Cinética da transferência de calor em materiais com mudança de fase

É extensa a bibliografia dedicada a potenciais aplicações de materiais com mudança de fase na regulação térmica e no armazenamento de calor ou de frio. No entanto, a baixa condutividade térmica impõe limitações numa grande diversidade de aplicações com exigências críticas em termos de tempo de resposta curto ou com requisitos de elevada potência em ciclos de carga/descarga de calor latente. Foram desenvolvidos códigos numéricos no sentido de obter soluções precisas para descrever a cinética da transferência de calor com mudança de fase, com base em geometrias representativas, i.e. planar e esférica. Foram igualmente propostas soluções aproximadas, sendo identificados correspondentes critérios de validação em função das propriedades dos materiais de mudança de fase e de outros parâmetros relevantes tais como as escalas de tamanho e de tempo, etc. As referidas soluções permitiram identificar com rigor os fatores determinantes daquelas limitações, quantificar os correspondentes efeitos e estabelecer critérios de qualidade adequados para diferentes tipologias de potenciais aplicações. Os referidos critérios foram sistematizados de acordo com metodologias de seleção propostas por Ashby e co-autores, tendo em vista o melhor desempenho dos materiais em aplicações representativas, designadamente com requisitos ao nível de densidade energética, tempo de resposta, potência de carga/descarga e gama de temperaturas de operação. Nesta sistematização foram incluídos alguns dos compósitos desenvolvidos durante o presente trabalho. A avaliação das limitações acima mencionadas deu origem ao desenvolvimento de materiais compósitos para acumulação de calor ou frio, com acentuada melhoria de resposta térmica, mediante incorporação de uma fase com condutividade térmica muito superior à da matriz. Para este efeito, foram desenvolvidos modelos para otimizar a distribuição espacial da fase condutora, de modo a superar os limites de percolação previstos por modelos clássicos de condução em compósitos com distribuição aleatória, visando melhorias de desempenho térmico com reduzidas frações de fase condutora e garantindo que a densidade energética não é significativamente afetada. Os modelos elaborados correspondem a compósitos de tipo core-shell, baseados em microestruturas celulares da fase de elevada condutividade térmica, impregnadas com o material de mudança de fase propriamente dito. Além de visarem a minimização da fração de fase condutora e correspondentes custos, os modelos de compósitos propostos tiveram em conta a adequação a métodos de processamento versáteis, reprodutíveis, preferencialmente com base na emulsificação de líquidos orgânicos em suspensões aquosas ou outros processos de reduzidas complexidade e com base em materiais de baixo custo (material de mudança de fase e fase condutora). O design da distribuição microestrutural também considerou a possibilidade de orientação preferencial de fases condutoras com elevada anisotropia (p.e. grafite), mediante auto-organização. Outros estágios do projeto foram subordinados a esses objetivos de desenvolvimento de compósitos com resposta térmica otimizada, em conformidade com previsões dos modelos de compósitos de tipo core-shell, acima mencionadas. Neste enquadramento, foram preparados 3 tipos de compósitos com organização celular da fase condutora, com as seguintes características e metodologias: i) compósitos celulares parafina-grafite para acumulação de calor, preparados in-situ por emulsificação de uma suspensão de grafite em parafina fundida; ii) compósitos celulares parafina-Al2O3 para acumulação de calor, preparados por impregnação de parafina em esqueleto cerâmico celular de Al2O3; iii) compósitos celulares para acumulação de frio, obtidos mediante impregnação de matrizes celulares de grafite com solução de colagénio, após preparação prévia das matrizes de grafite celular. Os compósitos com esqueleto cerâmico (ii) requereram o desenvolvimento prévio de um método para o seu processamento, baseado na emulsificação de suspensões de Al2O3 em parafina fundida, com adequados aditivos dispersantes, tensioactivos e consolidantes do esqueleto cerâmico, tornando-o auto-suportável durante as fases posteriores de eliminação da parafina, até à queima a alta temperatura, originando cerâmicos celulares com adequada resistência mecânica. Os compósitos desenvolvidos apresentam melhorias significativos de condutividade térmica, atingindo ganhos superiores a 1 ordem de grandeza com frações de fase condutora inferior a 10 % vol. (4 W m-1 K-1), em virtude da organização core-shell e com o contributo adicional da anisotropia da grafite, mediante orientação preferencial. Foram ainda preparados compósitos de armazenamento de frio (iii), com orientação aleatória da fase condutora, obtidos mediante gelificação de suspensões de partículas de grafite em solução aquosa de colagénio. Apesar da estabilidade microestrutural e de forma, conferida por gelificação, estes compósitos confirmaram a esperada limitação dos compósitos com distribuição aleatória, em confronto com os ganhos alcançados com a organização de tipo core-shell.

Architecture for real-time coordination of multiple autonomous mobile units

Interest on using teams of mobile robots has been growing, due to their potential to cooperate for diverse purposes, such as rescue, de-mining, surveillance or even games such as robotic soccer. These applications require a real-time middleware and wireless communication protocol that can support an efficient and timely fusion of the perception data from different robots as well as the development of coordinated behaviours. Coordinating several autonomous robots towards achieving a common goal is currently a topic of high interest, which can be found in many application domains. Despite these different application domains, the technical problem of building an infrastructure to support the integration of the distributed perception and subsequent coordinated action is similar. This problem becomes tougher with stronger system dynamics, e.g., when the robots move faster or interact with fast objects, leading to tighter real-time constraints. This thesis work addressed computing architectures and wireless communication protocols to support efficient information sharing and coordination strategies taking into account the real-time nature of robot activities. The thesis makes two main claims. Firstly, we claim that despite the use of a wireless communication protocol that includes arbitration mechanisms, the self-organization of the team communications in a dynamic round that also accounts for variable team membership, effectively reduces collisions within the team, independently of its current composition, significantly improving the quality of the communications. We will validate this claim in terms of packet losses and communication latency. We show how such self-organization of the communications can be achieved in an efficient way with the Reconfigurable and Adaptive TDMA protocol. Secondly, we claim that the development of distributed perception, cooperation and coordinated action for teams of mobile robots can be simplified by using a shared memory middleware that replicates in each cooperating robot all necessary remote data, the Real-Time Database (RTDB) middleware. These remote data copies, which are updated in the background by the selforganizing communications protocol, are extended with age information automatically computed by the middleware and are locally accessible through fast primitives. We validate our claim showing a parsimonious use of the communication medium, improved timing information with respect to the shared data and the simplicity of use and effectiveness of the proposed middleware shown in several use cases, reinforced with a reasonable impact in the Middle Size League of RoboCup.

Self-regulatory behaviours and flow dispositions in musical practice: a survey with advanced performers

Flow experience, a holistic sensation of total involvement in an activity, seems to have positive influences on musical performance activities. Although its main requirements (balance between challenges and skills, clear goals and unequivocal feedback) are inherent elements of musical practice, there is a lack of research about flow occurrences in the context of musical practice and on how specific practice behaviours affect the experience of flow and its particular dimensions. The aims of this thesis were to investigate advanced performersʼ dispositions to flow in musical practice, and to investigate whether the frequency of these experiences of holistic engagement with practice are associated with self-regulatory practice behaviours. 168 advanced classicallytrained performers (male = 50.0%; female = 50.0%), ranging in age from 18 to 74 years (m = 34.41, SD = 12.39), answered a survey that included two measures: the Dispositional Short Flow Scale, assessing performersʼ flow dispositions, and the Self-Regulated Practice Behaviours Questionnaire, developed specifically for the present research. The overall results of the survey suggested that advanced musicians have high dispositions to flow in musical practice, but not associated with the participantsʼ demographic characteristics. Three of the individual flow indicators were less experienced, suggesting that the most intense flow experiences are rare in musical practice. However, the results point to the existence of another relevant experience, named optimal practice experience. Practice engagement levels were positively associated with knowledge of oneʼs own personal resources and a capacity for practice organization, but not with inclusion/use of external resources. A capacity for setting optimal practice goals was related to self-regulation and to immersion aspects of flow. Current findings offer new clues about the assessment of flow dispositions in performers, helping to clarify how daily practice can heighten positive affective responses in musicians who are vulnerable to the requirements and difficulties of deliberate practice, as well as to other negative practice outcomes. The current research questions issues pertaining to the optimization and sustaining of flow in daily practice, suggesting future directions in the study of the affective subjective functioning of engagement with deliberate practice.

Curricular training report: clinical studies coordination in a clinical research organization vs an investigational site perspective

This report describes my experience of nine months as a trainee of a CRO (Eurotrials, Scientific Consultants), as well as a trainee of a clinical research site (Clinical Academic Center – Braga, Association). This document describes the European framework about clinical research and the Portuguese situation compared to similar countries. The activities developed during this internship are also described. These activities are divided in two phases. The first one occurred in Eurotrials, Scientific Consultants, a CRO specialized in clinical research and scientific advice. The first weeks were dedicated to intensive self-training needed to perform CTA tasks. These tasks included qualification, initiation and monitoring activities related to clinical trials, as well as the development of a quality management system. The second phase took place on 2CA-Braga, a clinical research center located in Hospital of Braga. Clinical studies coordination was the main focus of this second phase of my internship, as well as negotiation of clinical studies agreements. I had also the opportunity to participate in “1as Jornadas de Investigação Clínica e Inovação” (1st Clinical Investigation and Innovation Conference) organized by 2CA-Braga. Globally, this internship was a great opportunity to get knowledge and experience in the implementation and management of clinical trials, in a CRO and clinical research site perspectives. These two perspectives provided an interesting overview about the scientific needs of different players involved in clinical research. To conclude, this internship strengthened the knowledge acquired from my academic background, which make me able to face and overcome new challenges in the clinical research area.