Implementação e validação do método de determinação de metais e fósforo por ICP-OES (inductively coupled plasma-optical emission spectometry) em biodiesel

O objectivo do presente trabalho foi desenvolver, implementar e validar métodos de determinação de teor de cálcio (Ca), magnésio (Mg), sódio (Na), potássio (K) e fósforo (P) em biodiesel, por ICP-OES. Este método permitiu efectuar o controlo de qualidade do biodiesel, com a vantagem de proporcionar uma análise multi-elementar, reflectindo-se numa diminuição do tempo de análise. Uma vez que o biodiesel é uma das principais fontes de energia renovável e alternativa ao diesel convencional, este tipo de análises revela-se extremamente útil para a sua caracterização. De acordo com a análise quantitativa e qualitativa e após a validação dos respectivos ensaios, apresentam-se, na Tabela 1 as condições optimizadas para cada elemento em estudo. As condições de trabalho do ICP-OES foram escolhidas tendo em conta as características do elemento em estudo, o tipo de equipamento utilizado para a sua análise, e de modo a obter a melhor razão sinal/intensidade de fundo. Para a validação dos ensaios foram efectuados ensaios de recuperação, determinados limites de detecção e quantificação, ensaios de repetibilidade e reprodutibilidade, e verificação das curvas de calibração. Na tabela 2 apresentam-se os comprimentos de onda escolhidos (livres de interferências) e respectivos limites de detecção e quantificação dos elementos analisados por ICP-OES, na posição radial e radial atenuado.

Utilização de conhecimento semântico num sistema de recuperação de informação

As soluções de recuperação de informação actuais, que classificam documentos de acordo com a sua relevância, baseiam-se na sua grande maioria em algoritmos estatísticos não recorrendo a conhecimento semântico sobre o domínio pesquisado. Esta abordagem tem sido adoptada em grande escala e com bons resultados, em grande medida devido à baixa complexidade que apresenta e à facilidade e universalidade com que pode ser aplicada. Esta tese explora uma alternativa à pesquisa de informaçã baseada apenas na contagem de termos, tentando ao mesmo tempo manter a complexidade em níveis semelhantes. O trabalho desenvolvido baseia-se na utilização de Lógica de Descrição para representar conhecimento sobre um domínio e inferir pesquisas alternativas, que possam conduzir a um ganho na precisão dos resultados. Avaliam-se os ganhos obtidos por esta abordagem, nomeadamente na obtenção de resultados baseados em semelhança semântica e não puramente sintáctica. Esta abordagem permite obter resultados que não seriam considerados numa pesquisa puramente sintáctica.

Desenvolvimento de um dispositivo flutuante de recuperação de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante

Este relatório de estágio tem por finalidade demonstrar as aptidões adquiridas no decorrer do Mestrado, aptidões essas que tornaram possíveis a participação num projecto bastante inovador e em fase de desenvolvimento. Para além da grande importância do cálculo e verificação estrutural realizada, podemos também retirar algumas informações importantes sobre a tecnologia referente a energia das ondas, verificar que esta ainda está pouco desenvolvida e que se apresentam bastantes variações de equipamentos, quer pela sua forma, quer pelo seu método de extracção de energia, tal facto demonstra que ainda não se encontrou um tipo de dispositivo predominante que tenha uma boa eficiência energética e que os seus custos de construção tornem possível a sua comercialização. No âmbito do estágio deu-se mais importância ao dispositivo do tipo coluna de água oscilante, uma vez que se pretende desenvolver um dispositivo deste tipo para instalação offshore. Tal importância deve-se ao facto de que são poucos os dispositivos deste tipo e que os mesmos tenham sido bem-sucedidos.

Caracterização da remoção de metais pesados na ETAR da Charneca (Óbidos), Águas do Oeste

Este trabalho teve como objectivos a quantificação analítica de quatro metais pesados (chumbo, níquel, crómio e cádmio) nas diferentes etapas da ETAR da Charneca (Óbidos) identificando, através dos coeficientes de partição, os principais mecanismos de remoção dos metais em cada etapa de tratamento. Foram também determinados os parâmetros mais importantes na caracterização de águas residuais (pH, CQO, ST, STV, SS e SSV). Foram realizadas duas campanhas de amostragem, uma primeira com o objectivo de aperfeiçoamento dos planos de amostragem e selecção dos métodos analíticos a adoptar e uma segunda para o cumprimento dos objectivos do trabalho. A determinação de metais pesados foi efectuada por Espectrometria de Absorção Atómica de Chama (FAAS) e Espectrometria de Absorção Atómica de Câmara de Grafite (GFAAS). Os restantes parâmetros analíticos foram determinados pelos métodos de referência (APHA, 1998). No período de amostragem, o afluente à ETAR apresentou concentrações reduzidas dos metais em estudo com valores médios de 11,78 µg/L. De entre os metais destacavam-se, no entanto, o crómio e de níquel, com concentrações respectivamente 27,83 µg/L e 17,50 µg/L. As amostras de areias, extraídas na obra de entrada, apresentaram concentrações mais significativas de chumbo e crómio, enquanto as amostras de gorduras, recolhidas no mesmo ponto, apresentaram concentrações mais elevadas de níquel e crómio. As amostras do efluente final revelaram concentrações muito reduzidas dos quatro metais estudados com a concentração média a situar-se nos 7,34 µg/L. Verificou-se uma remoção na fase líquida do efluente de cerca de 85% para o chumbo, 39% para o níquel e 34% para o crómio. No cádmio não se verificou remoção na fase líquida. Concluiu-se que a remoção dos metais é determinada por uma transferência destes para a fase sólida e que ocorre fundamentalmente no reactor biológico onde uma parte significativa dos metais pesados é absorvida pela biomassa presente. Nas lamas desidratadas, os metais encontrados em maior concentração foram o chumbo e o crómio com concentrações de respectivamente 130,64 mg/Kgmat.seca e 87,99 mg/Kg mat.seca, embora todos os metais pesados estudados apresentem uma situação de conformidade com os requisitos de lamas para valorização agrícola, estabelecidos na legislação nacional.

Determinação de metais tóxicos em cosméticos

Neste trabalho determinou-se o teor dos metais crómio, níquel, Chumbo e cádmio em produtos cosméticos. Foram analisados produtos de quatro categorias diferentes: cremes (de corpo e de rosto), protectores solares, batons (de cor e de tratamento) e lápis para olhos. Os produtos foram adquiridos em grandes superfícies e em “lojas chinesas”. Alguns produtos são de marcas conhecidas e outros são de “marca branca”. A determinação de metais foi efectuada por Espectrometria de Absorção Atómica com Câmara de Grafite (GFAAS), após digestão ácida das amostras. O estudo revelou a existência dos referidos metais na maioria dos produtos analisados. Os metais pesados detectados em maior concentração nas amostras foram o níquel e o crómio. Os produtos onde se verificou maior concentração de níquel e crómio foram os batons de cor e os lápis para os olhos. O cádmio foi o metal detectado num maior número de amostras, mas em concentrações muito baixas. A concentração mais elevada de chumbo foi detectada num protector solar. Com os resultados obtidos pretende-se demonstrar a existência de crómio, níquel, chumbo e cádmio em produtos cosméticos, apesar de a legislação proibir a sua presença. Esta legislação revela ser inadequada pois não impões a análise à presença de metais e não define limites máximos para estes, impondo a concentração zero relativamente à presença de metais pesados, o que para alguns produtos é irrealista. A presença de metias pesados nestes produtos revela-se preocupante pois estes são aplicados directamente na pele e muitos deles em zonas sensíveis como lábios e olhos. O facto de alguns dos metais detectados terem efeitos nocivos para a saúde humana torna este assunto merecedor de futura atenção por quem os regula.

Optimização do processo de extracção por ultra-sons

Neste trabalho foi estudado o método de preparação de amostras baseado numa extracção ácida assistida por ultra-sons para a quantificação de metais pesados (Pb, Ni, Cd e Cr), em amostras de solo. Usou-se a espectrometria de absorção atómica com câmara de grafite (GFAAS) para quantificar os metais nestas amostras recolhidas em diferentes locais da cidade de Lisboa. A optimização dos parâmetros que influenciam a extracção dos metais por ultra-sons foi realizada a cinco variáveis: quantidade de amostra, volume de extractor (água-régia), tempo de sonificação, potência de sonificação e ciclo de sonificação. A eficiência do método foi testada por comparação dos resultados com os obtidos pela digestão ácida “tradicional” em banho de areia. A optimização do processo foi realizada para o metal chumbo. Os resultados analíticos obtidos por ambos os métodos apresentaram diferenças significativas. A extracção de chumbo das amostras, por ultra-sons, apresentou uma eficiência entre 65 a 78% quando comparada com o método “tradicional”. A recuperação de cádmio apresentou percentagens entre 36 e 90%. No caso do níquel e crómio, concluiu-se haver necessidade de optimizar o processo para cada um dos metais, pois apresentaram uma baixa taxa de recuperação.

Extracção líquido-líquido do ferro de soluções produzidas na lixiviação de um concentrado de sulfureto de zinco

Neste trabalho estudou-se a lixiviação de um concentrado de sulfureto de zinco e a recuperação de Fe(III) de soluções sulfúricas por extracção líquido-líquido. Nos estudos de lixiviação utilizou-se o ião férrico (Sulfato de ferro ou cloreto de ferro) como agente oxidante e avaliaram-se os efeitos da razão sólido/líquido, concentração do ião Fe(III) e o tipo do meio (sulfúrico e clorídrico) na eficiência da lixiviação. Os resultados mostraram que para uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar 48% de zinco e 15% do cobre em 2h de lixiviação com uma solução de 0,5 M H2SO4 e 0,11 Fe2(SO4) a 80°C. A lixiviação do cobre é favorecida em meio clorídrico onde cerca de 23% de cobre foi lixiviado, após 2h, com uma razão sólido/líquido de 20% e uma solução de 0,5 M FeCl3 2 M HCI e 1 M NaCl a 80°C, quando em meio sulfúrico tinha sido possível lixiviar apenas 6% deste metal. A realização de dois andares de lixiviação, sendo o primeiro em meio sulfúrico e o segundo em meio clorídrico, permitiu aumentar as taxas de lixiviação dos metais, tendo-se obtido um rendimento global de 45% de Zn e 23% de Cu nas seguintes condições experimentais: s/l=20% (p/v), T=80°C, v=350 rpm, 1º andar com [Fe2(SO4)3]=0,25 M; [H2SO4]=2 M e 2º andar com [FeCl3]=0,5 M; [HCl]=2 M; [NaCl]=1 M. Nos estudos de extracção líquido-líquido para a recuperação de Fe(III) de meios sulfúricos utilizam-se misturas de extractantes, i.e. um ácido organofosforado (lonquest ou DEHPA) com uma amina primária (JMT). Foi ainda, testada a presença de um modificador (isotridecanol) no solvente. As várias misturas revelaram uma elevada afinidade para o ferro na gam de PH’s 1,04 a 1,74 e elevada selectividade para a separação ferro/zinco. Os factores de separação Fe/Zn atingem valores na gama 1000-8000, sendo favorecidos pelas elevadas concentrações de ferro na fase orgânica. A presença de modificador no solvente dificultou a extracção de ferro da fase aquosa mas favoreceu a respectiva reextracção da fase orgânica carregada que foi efectuada com uma solução 50 g/L de H2SO4. Na etapa final deste trabalho, aplicou-se a extracção líquido-líquido para a remoção de Cu e Fe duma líxvia obtida por lixiviação sulfúrica do concentrado de sulfureto de zinco. Numa primeira etapa extraiu-se todo o cobre da lixívia com a aldoxima Acorga M5640(10%(v/v)). Em seguida, traçou-se a isotérmica para a extracção de Fe(III) da lixívia utilizando DEHPA(20%(v/v)/JMT(10%(v/v)) com (20%(v7v)) e sem 2-octanol. Os resultados obtidos mostram que ambos os sistemas podem ser utilizados na extracção do fero do meio sulfúrico.

Controlo de um gerador hidroeléctrico utilizado na recuperação de energia numa conduta de abastecimento de água

O presente trabalho pretende contribuir para a melhoria da eficiência dos sistemas de transporte e distribuição de água, possível de conseguir através da recuperação de energia potencial que, em certas situações, existe em excesso em condutas gravíticas. Sendo uma questão já abordada em diversos estudos, as poupanças de energia a que poderá conduzir, justificam a análise de todas as oportunidades, em especial no nosso País, cuja dependência energética do exterior é bem conhecida. Todavia, a implementação de soluções que recorrem à instalação de turbinas em condutas de abastecimento de água, causam naturalmente alguma apreensão às respectivas entidades gestoras, uma vez que pode pôr em causa a integridade das condutas e, em consequência, o abastecimento de água. Neste contexto, o estudo de modelos de controlo específicos para os referidos equipamentos poderá ser um contributo para a implementação mais alargada das soluções de melhoria da eficiência de sistemas de abastecimento de água, através da instalação de geradores hidroeléctricos, que terão a dupla função de controlo de caudal e produção de energia. O estudo e simulação dos modelos de controlo contidos neste trabalho permite concluir que é possível garantir a segurança das condutas e produzir energia eléctrica com turbinas nelas instaladas. Interessa assim aprofundar este tipo de estudos de forma a conseguir modelos de controlo que, com as premissas indicadas, possibilitem a optimização da produção de energia.

Simulação e optimização de tempo de recuperação de um modulador de impulso de alta tensão

presente dissertação tem como objectivo a análise e simulação de um Modulador de Impulso de Alta Tensão (este circuito tem como finalidade substituir o modulador actual do ISOLDE/CERN), utilizando programas de simulação e de implementação de modelos matemáticos respectivamente no Orcad-Pspice e o Matlab-Simulink. Estudou-se o modulador de impulso de alta tensão projectado para o ISOLDE/CERN, e analisou se o seu funcionamento em função do tempo de recuperação e sobreelevação da tensão na carga, os dois parâmetros mais importantes do sistema. Descreveu-se a operação do modulador de impulso de alta tensão baseado no gerador de MARX, desenvolvido no ISEL em pareceria com o CERN, estudou-se o funcionamento deste tipo de circuito baseado na tecnologia de semicondutores. Desenvolveu-se um modelo matemático que descreve a operação do modulador e implementou-se em MATLAB. Fez-se uma análise comparativa dos resultados obtidos experimentalmente com os de simulações obtidos em MATLAB e em PSPICE, e estudaram-se as limitações destes programas na análise do circuito.

Prensa electromagnética com recuperação de energia para corte e moldagem de chapas e tubos de AL

Foi desenvolvido um conversor de potência e atuador mecânico para a moldagem e corte, por ação de pressão magnética, de chapas e tubos de Al, com uma energia máxima de descarga de 10kJ. O conversor é composto por duas malhas de descarga em paralelo e duas malhas de recuperação de energia. O circuito é capaz de gerar uma corrente de pico de 50kA com uma taxa de variação máxima de 2kA/s através de um atuador, recuperar até 32% da sua energia inicial e diminuir o tempo de carga dos bancos de condensadores no mesmo valor, reduzindo assim a potência da fonte de alimentação primária Foram construídos vários atuadores de forma a otimizar o processo, considerando as várias funções pretendidas, como a deformação ou corte de chapas e compressão de tubos. O circuito elétrico aproximado desenvolvido em Matlab/Simulink foi validado, considerando apenas o funcionamento da malha primária sem o atuador e a dinâmica associada, sendo capaz de simular as respostas do sistema para várias situações específicas, tornando-se numa ferramenta para otimização do mesmo. Experimentalmente, os resultados obtidos provam ser possível cortar chapas Al de 0,5 e 0,8mm, com apenas 13% da energia total do circuito, e comprimir tubos de Al com 2mm de espessura e 50mm de diâmetro com apenas 2,4kJ. A topologia do circuito e a construção da máquina tiveram em conta vários aspetos que melhoram a proteção de pessoas e equipamentos e devida à sua configuração este é capaz de suportar variações de capacidade nos bancos de condensadores e variações de indutância nas bobinas de recuperação de energia sem se danificar.