Características físico-químicas, propriedades funcionais e perfil de compostos fenólicos de 17 variedades de maçãs portuguesas

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Qualidade Alimentar

Construção e caracterização de um transformador de 562,5 VA com núcleo de ferro amorfo

Nos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia, os transformadores de potência são um dos componentes mais comuns e importantes. Deste modo, o desempenho dos transformadores é fundamental para a eficiência global dos sistemas. Para optimizar a eficiência dos transformadores, a escolha do material ferromagnético a usar para a construção do núcleo, é um factor muito importante. Por exemplo, o uso de um material ferromagnético amorfo no núcleo de um transformador, em vez de aço silício, reduz as perdas magnéticas totais do dispositivo. Outra possível solução para aumentar a eficiência dos sistemas de distribuição de energia, é a instalação de transformadores supercondutores de alta temperatura (SAT), normalmente arrefecidos em azoto líquido a 77 K. Deste modo, um transformador de 562,5 VA com núcleo de ferro amorfo foi projectado e construído e as suas propriedades magnéticas mais importantes foram medidas à temperatura ambiente, e à temperatura criogénica para deste modo contribuir para uma melhoria da eficiência dos transformadores supercondutores. De seguida, foram comparadas com as propriedades magnéticas de um transformador com núcleo de aço silício de grão orientado. As perdas magnéticas totais do material amorfo à temperatura ambiente e criogénica, os parâmetros do esquema equivalente de Steinmetz e a impedância de curto-circuito são apresentadas e discutidas. Foi também caracterizado o comportamento do transformador em carga determinando, por exemplo, o rendimento e a regulação da tensão em função da carga do transformador. Aspectos de construção do transformador são também abordados.

Fotoionização de moléculas e átomos

Este trabalho, no âmbito da física atómica e molecular, é essencialmente um estudo experimental, por fotoionização, da estrutura electrónica de moléculas e átomos de elevada instabilidade, relevantes na indústria, atmosfera terrestre e astrofísica. Os estudos de física molecular compreendem a caracterização em fase gasosa, à temperatura ambiente e a decomposição térmica controlada até 1100 K, por fotoionização com radiação de ultravioleta de vácuo usando a fonte de He I (21.22 eV), das seguintes moléculas: azidoformato de metilo, N3COOCH3; azidoformato de etilo, N3COOCH2CH3; azidoacetato de etilo, N3CH2COOCH2CH3; azidoetanol, N3CH2CH2OH;2-azidopropionitrilo, CH3CH(N3)CN; e 3-azidopropionitrilo, N3CH2CH2CN. Os resultados de espectroscopia de fotoelectrões, para cada uma destas moléculas, são comparados com os resultados do estudo de pirólise pela técnica de isolamento em matriz de azoto molecular, à temperatura de 12 K, assistida por espectroscopia de infravermelho. Os compostos intermediários e produtos finais observados permitem propor mecanismos de decomposição térmica para cada um dos sistemas. A interpretação e atribuição das bandas espectrais relativas a cada molécula têm por base os cálculos ab initio (HF e MP2) e de funcional da densidade (BLYP e B3LYP) das propriedades moleculares dos seus confórmeros de equilíbrio. A radiação de sincrotrão de ultravioleta de vácuo é usada nos estudos, por fotoionização, do oxigénio e azoto atómicos e dos radicais OH e OD, os quais são produzidos in situ por descarga de microondas e/ou reacção rápida átomo molécula. Para cada um destes sistemas, apresentam-se medidas da secção eficaz parcial de fotoionização, σ i, e do parâmetro de assimetria, β. Nestes estudos é usada a radiação da estação de trabalho 4.2 do Sincrotrão Elettra, em Itália.

Nitrogen (N) : from science to society. A science communication project

O Azoto (N): da ciência para a sociedade é um projecto de comunicação de ciência que tem por objecNvo consciencializar os jovens para as ameaças que o azoto (N) em excesso traz para a humanidade. Pode ser dividido em duas partes. Uma, de invesNgação, sobre a análise de resultados de uma consulta pública realizada entre professores, usando o método qualitaNvo do focus group, para compreender a sua sensibilidade e propostas de solução para minimizar o excesso de N no ambiente. Os resultados obNdos foram instrumentais para o desenvolvimento da segunda parte. Esta segunda parte é uma proposta de projecto a submeter ao Horizon 2020, no âm-­‐ bito da “Science with and for Society “. Nela se propõe uma abordagem educaNva trans-­‐disciplinar, conseguida através da interacção entre docentes do secundário, e do ensino superior, associação de pais e organizações cívicas não governamentais, com vista à consciencialização dos jovens para as ameaças do N em excesso no meio ambiente, fazendo o enquadramento cien@fico e fornecendo abordagens tecnológi-­‐ cas. A inovação desta proposta baseia-­‐se: (i) no acompanhamento e desenvolvimen-­‐ to profissional dos docentes do secundário, (ii) na moNvação dos estudantes a de-­‐ senvolver o seu próprio estudo e pesquisa com a tutoria dos docentes, da escola e do ensino superior, e (iii) no desenvolvimento de capacidades de comunicação dos jo-­‐ vens para exercer uma cidadania acNva em prol da minimização das ameaças do N.

Sistema para o estudo da condutividade térmica a baixa temperatura aplicado à espuma de cobre

O desenvolvimento de novos materiais e a sua caracterização é de extrema importância no dimensionamento e construção de equipamentos criogénicos. A empresa Versarien desenvolveu uma técnica capaz de produzir cobre poroso, conseguindo controlar a porosidade e o tamanho de poros. Os materiais porosos são de especial interesse para dispositivos criogénicos em aplicações espaciais. Um exemplo desta aplicação são as unidades de armazenamento de energia (Energy Storage Units-ESU), onde um material poroso é usado em ausência de gravidade para reter um líquido criogénico por capilaridade, de modo a manter dispositivos a uma temperatura baixa e constante. Neste caso, um material poroso de elevada condutividade térmica, como o cobre, seria de grande interesse uma vez que permite obter uma boa homogeneidade de temperatura na célula. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema para medir a condutividade térmica deste material, entre 15 e 260 K, para porosidades entre 50% e 80%, utilizando um criorrefrigerador 2 W @ 20 K. Estas medições permitiram determinar que a pureza do cobre poroso se encontra entre RRR20 (RRR: Residual-resistivity ratio) e RRR10, apresentando uma tortuosidade que se encontra de acordo com um modelo simples descrito nesta dissertação. Foi ainda desenhado, construído e testado um criostato portátil, que apenas necessita de azoto líquido e de bombeamento primário para que se possam realizar medições de condutividade térmica entre 77 e 300 K.

Cracking catalítico de resíduos plásticos

No presente trabalho foram realizadas análises à degradação térmica e catalítica do polietileno de alta densidade (PEAD), de resíduos plásticos de cabos eléctricos e do hidrocarboneto n-C50. Analisou-se, ainda, a influência do n-C50 na degradação catalítica dos resíduos de cabos eléctricos, variando as proporções da mistura cabos/C50. Para isso, usaram-se simultaneamente as técnicas de Termogravimetria (TGA) e Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC), sob atmosfera inerte. No estudo em causa utilizou-se o zeólito ZSM-5 como catalisador de partida. Posteriormente submeteu-se o zeólito a tratamentos de dessilicação, variando a concentração da solução básica empregue durante o tratamento alcalino. Procedeu-se à caracterização textural dos zeólitos através da adsorção de azoto, e à caracterização da acidez pela técnica de termodessorção a temperatura programada. Averiguou-se o efeito da dessilicação dos zeólitos na pirólise catalítica do PEAD, resíduos de cabos eléctricos e C50. Verificou-se que a dessilicação conduziu a um aumento da mesoporosidade e da área de superfície externa, sem ocorrerem alterações significativas na microporosidade. O tratamento de dessilicação dos zeólitos conduziu a um aumento da sua actividade durante a pirólise catalítica dos resíduos de cabos eléctricos e do n-C50, diminuindo a temperatura de degradação catalítica dos mesmos. Constatou-se que a presença de hidrocarboneto baixou a temperatura de degradação catalítica dos resíduos de cabos eléctricos, melhorando a actividade do zeólito. Analogamente os resíduos de cabos eléctricos também aceleraram a degradação catalítica do n-C50, isto é, o hidrocarboneto, na presença dos resíduos, inicia a sua degradação catalítica a uma temperatura inferior comparativamente a quando se encontra isolado.

Optimização de catalisadores básicos provenientes de casca de ovo activos na produção de biodiesel

Uma das dificuldades no que concerne à utilização e produção do biodiesel e que ainda persiste, diz respeito ao recurso a bases fortes como catalisadores num processo homogéneo. Para além destes serem nocivos para o ambiente, possuem o inconveniente de produzirem sabões, os quais dificultam a separação do biodiesel formado. Assim sendo, neste trabalho foi estudada a transesterificação de triglicéridos com metanol, recorrendo a um processo catalítico heterogéneo. Os catalisadores que foram testados são sustentáveis do ponto de vista ambiental e económico, pois foram preparados a partir de casca de ovo. Os catalisadores preparados podem ser agrupados em três diferentes grupos:  ESC1: grupo de amostras catalíticas calcinadas uma vez  ESC2: grupo de amostras catalíticas sujeitas a tratamentos com água durante diferentes tempos  ESCUS: grupo de amostras catalíticas sujeitas ao tratamento em ultrassons durante diferentes tempos Durante o trabalho efectuado, foram realizados testes catalíticos com todos os catalisadores preparados, a fim de perceber a influência das diferentes condições de preparação na actividade catalítica demonstrada para a reacção estudada. Todos os catalisadores preparados e testados laboratorialmente revelaram ser activos na reacção de transesterificação do óleo de soja. No grupo ESC2 foi efectivamente criada porosidade e no grupo ESCUS foram fragmentadas as partículas do catalisador. A fim de perceber a influência da actividade catalítica com as modificações estruturais dos catalisadores, algumas das amostras pertencentes aos diferentes grupos foram caracterizadas mediante difracção de Raio-X (XRD), microscopia electrónica de transmissão (TEM) e caracterização textural através da obtenção das isotérmicas de adsorção e dessorção de azoto. Palavras-chave: Transesterificação; Biodiesel; Actividade Catalítica; Calcinação; Tratamento com água; Tratamento no ultrassons.

Estudo do motor em disco com o rotor em alumínio e em supercondutor multi-semente

Nesta dissertação é realizado o estudo de um motor em disco polifásico com armadura convencional e rotor que pode ser convencional, em alumínio, ou composto por material supercondutor de alta temperatura multi‐semente. O motor com o rotor em alumínio apresenta um comportamento assíncrono bem definido, baseado na lei geral de indução de eletromotrizes no induzido. Contudo, ao ser mergulhado em azoto líquido, evidencia melhores características eléctricas, tanto do induzido como do indutor, mesmo que o núcleo ferromagnético convencional possa exibir degradação magnética. O motor com o rotor SAT exibe um comportamento distinto, evidenciando ambos os regimes síncrono e assíncrono estáveis. O regime síncrono fica caracterizado pelo fenómeno de aprisionamento de campo, que garante que o rotor gire síncrono com o campo girante do estator. Em regime assíncrono, para um determinado valor de binário resistente aplicado superior ao electromagnético máximo desenvolvido pelo motor, o fenómeno de escoamento de campo está presente, sendo o binário electromagnético motor reforçado por um binário extra de perdas de carácter resistivo desenvolvidas no rotor devido à interacção da densidade de corrente a campos eléctricos que se estabelecem no rotor. Neste caso, o fenómeno de escoamento de campo não é devido a forças de Lorentz que se definem na matriz de Abrikosov, mas sim devido a esta ser “puxada” pelo campo girante do estator, ficando a matriz a deslizar sobre o rotor. De modo a obter as características dos sistemas electromecânicos em estudo é realizada uma análise teórica, baseada na teoria convencional das máquinas eléctricas, com o objectivo de compreender alguns dos fenómenos do motor de fluxo axial, e uma análise baseada num programa comercial de elementos finitos onde o fenómeno da supercondutividade é simulado com base na relação entre o campo elétrico e a densidade de corrente pela lei da potenciação (E‐J power law). O ensaio dos motores referidos é realizado para comparar ambos os sistemas e de realçar o princípio de funcionamento e as características mais relevantes de cada um. Da análise realizada é desenvolvido um modelo que caracteriza o funcionamento da máquina com o rotor com SAT.

Remoção em fase líquida do fármaco Diclofenac por adsorção em biocarvão

Grande parte dos resíduos de biomassa gerados na indústria agro-alimentar encontram-se subvalorizados. Como tal, é fundamental desenvolver processos capazes de converter esses resíduos em produtos de valor acrescentado. Por outro lado, os compostos farmacêuticos são considerados contaminantes emergentes das águas residuais e com efeitos nocivos para a saúde humana e dos animais. Tendo em conta este enquadramento, resíduos industriais de processamento de batata, foram convertidos em biocarvão activado e utilizados como adsorventes do fármaco Diclofenac, em fase líquida. Os resíduos de biomassa, maioritariamente casca de batata, foram submetidos a caracterização química e a análise termogravimétrica. O biocarvão foi obtido por activação química dos resíduos de biomassa com K2CO3 a 700ºC durante 1 hora, em atmosfera de azoto. Seguidamente foi submetido a caracterização textural e química. O biocarvão (CRB) foi aplicado à remoção de diclofenac sódico (DCF), em fase aquosa, e o seu desempenho foi comparado com o de um carvão activado comercial (GAC). Ambos os carvões, apresentaram-se como materiais microporosos, mas o CRB revelou possuir uma extensa rede macroporosa que se reflectiu numa cinética de adsorção do DCF significativamente mais rápida que a do GAC. Concluiu-se que a cinética de adsorção do DCF com o biocarvão obedecia a um modelo de pseudo 2ªordem e a cinética do GAC se ajustava a um modelo de pseudo 1ª ordem. Apesar do GAC apresentar uma capacidade superior de adsorção no equilíbrio, a sua constante cinética foi inferior à do CRB. No estudo das isotérmicas de adsorção, observou-se que ambos os carvões seguiam o modelo de Langmuir. Apesar da maior capacidade de adsorção do carvão comercial, a constante de Langmuir para o carvão CRB apresentou-se acentuadamente superior, revelando maior afinidade do DCF com este carvão. Para além disso, a cinética superior do CRB representa uma vantagem para processos em que este parâmetro seja determinante.

Desenvolvimento de membranas catalíticas ácidas para a metanólise do ácido palmítico: estudo do efeito da reticulação

A produção de biodiesel tem sido afectada, ao nível dos custos de produção, pela falta de matérias-primas adequadas que não entrem em competição com a indústria alimentar. A matéria-prima original para a produção de biodiesel é o óleo de soja alimentar, porém a sua utilização origina problemas significativos a nível político e económico. Desta forma, a indústria do biodiesel encontra-se empenhada na modificação para matériasprimas alternativas e de baixo custo. Contudo, estas matérias-primas apresentam elevados níveis de ácidos gordos livres, sendo por isso necessária a eliminação dos ácidos gordos livres. Neste trabalho experimental é proposta a metanólise do ácido palmítico catalisada por membranas poliméricas catalíticas ácidas, utilizadas num reactor de membrana com pervaporação simultânea. Este processo é uma alternativa á destilação reactiva visto que permite a integração da reacção e da separação numa única operação, pelo que é possível a optimização energética, a maximização da conversão e a eliminação de solventes de extracção. Foi efectuado o estudo cinético da reacção de esterificação catalisada pelo catalisador KIT-6 sulfonado. Este catalisador foi caracterizado por titulação ácido-base. Prepararam-se membranas catalíticas compósitas por dispersão do KIT-6 sulfonado em matrizes de poli(álcool vinílico) reticulado com glutaraldeído ou hexametilenodiisocianato. As membranas foram caracterizadas por medição de ângulos de contacto, percentagem de inchamento e por FTIR. Os efeitos do tipo de reticulante e da percentagem de reticulação nas propriedades de transporte e de sorção das membranas, foram estudados em reactor bacth, com as membranas cortadas em pedaços. Os elevados períodos de indução apresentados pelas curvas cinéticas obtidas sugerem que a água formada na reacção afecta de forma pronunciada as propriedades de transporte das membranas. Esta hipótese foi suportada pelo bom ajuste dum modelo cinético-difusional aos pontos experimentais. Por fim, foi testada uma membrana em reactor de membrana com pervaporação simultânea, utilizando azoto seco como gás de varrimento.

Valorização de residuos de biomassa preparação de carvões activados para remoção de poluentes orgânicos

O trabalho que se apresenta nesta dissertação foi realizado na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, no Grupo de Adsorção e Materiais Adsorventes em parceria com o grupo de Engenharia das Reacções (Departamento de Química, REQUIMTE) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. De uma parte do trabalho desenvolvido resultaram duas comunicações na Annual World Conference on Carbon 2012 na Cracóvia, Polônia, que se realizou em Junho de 2012; e uma comunicação aceite para apresentação na XXXVII Reunião Ibérica de Adsorção (RIA 2012) em Sevilla, Espanha, que se irá realizar em Setembro de 2012.

Estudo dos efeitos do abuso de produtos de branqueamento no esmalte dentário

A estética dentária tem recebido bastante enfoque nos últimos anos, particularmente devido à importância a que a população atribui à aparência estética do sorriso. É, assim, desejado um sorriso o mais branco possível e que de preferência seja fácil de obter, eficaz, rápido, económico e que seja o menos invasivo possível. Com vista a satisfazer esta necessidade, surgiu no mercado uma grande diversidade de produtos Over the Counter (OTC). Os produtos OTC podem ser facilmente adquiridos por qualquer pessoa a um baixo custo. Contudo, a maioria destes produtos têm concentrações do agente ativo bastante superiores aos níveis considerados seguros pela Comissão Europeia (CE). Muitos autores têm demostrado preocupação em relação à segurança e consequentes efeitos no esmalte dentário devido ao possível uso abusivo destes produtos. Mais precisamente, a obsessão por dentes brancos pode constituir uma patologia, na qual os produtos de branqueamento dentário são constantemente aplicados pelo paciente, sem qualquer supervisão médica. Nos casos mais graves pode causar lesões na cavidade oral, induzindo efeitos adversos severos tais como sensibilidade dentária, redução da microdureza e aumento da rugosidade do dente. O objetivo deste estudo in vitro é avaliar se o grau de mineralização e o teor elementar do esmalte dentário são alterados aquando o branqueamento dentário com dois produtos de branqueamento OTC diferentes, excedendo as recomendações indicadas pelos fabricantes. De forma a realizar este estudo, foram usados dezassete dentes. Foram realizados dois protocolos: no primeiro protocolo foram aplicados dois produtos diferentes (Teeth Whitening Home Kit e White! – Bingo-UK) por um período de 39 dias. Para cada produto foram selecionadas seis espécimes aleatoriamente, tendo as condições experimentais sido idênticas. No segundo protocolo, cinco espécimes foram tratadas com o produto (WHITE! -Bingo-UK) por um período de 5 dias. Ambos produtos foram adquiridos em sites online. Entre cada aplicação todos os espécimes foram conservados em saliva humana. O conteúdo elementar de cada espécime, antes e após o branqueamento foi obtido com recurso à espetroscopia por fluorescência de raios X dispersiva em energia (EDXRF) e a banda do fosfato (PO43-) foi avaliada com espetroscopia Raman. Em relação ao primeiro protocolo, 7 dias após o branqueamento a desmineralização estudada foi significativa (p <0,01), sendo que após os 39 dias de tratamento o aumento do grau de desmineralização (GD) parece ser permanente. As amostras no segundo protocolo demostraram resultados semelhantes relativamente ao GD, mas em diferentes momentos.

Caracterização de novas tipologias de fibras sintéticas

Este estudo realizou-se nas instalações da FISIPE e teve como objectivo a caracterização de novas tipologias de fibras, no âmbito do controlo do processo e da qualidade do produto final. Assim, pretendeu-se cumprir os seguintes objectivos: i. Validação da substituição dos viscosímetros de Cannon-Fenske por viscosímetros de Ubbelohde; ii. Caracterização da granulometria para uma nova tipologia de fibra; iii. Caracterização da densidade aparente de um novo polímero; iv. Desenvolvimento de uma técnica de quantificação de comonómeros vinílicos; v. Quantificação da porosidade da fibra de poliacrilonitrilo (PAN). No âmbito do objectivo i., concretizaram-se medições de viscosidade manuais recorrendo a viscosímetros de Ubbelohde. Verificou-se que esta propriedade não influencia os valores de especificação de NSP estabelecidos, pelo que é possível a substituição dos viscosímetros de Cannon-Fenske por viscosímetros de Ubbelohde. Para análise da evolução da granulometria, do novo polímero em estudo, ao longo da reacção de polimerização, variou-se a proporção água/monómero. Não foi possível obter-se uma distribuição de tamanhos de partícula (DTP) monodispersa, pelo que se conclui que nos estudos efectuados não se atingiu o estado estacionário em termos de distribuição granulométrica. A densidade aparente foi medida para avaliação do seu impacto na transferência (por transporte pneumático) e armazenamento do polímero. Este parâmetro é particularmente relevante no dimensionamento dos silos de armazenagem. Verificou-se que o novo polímero tem uma menor densidade aparente e consequentemente ocupa maior volume comparativamente ao polímero padrão. Portanto, silos de armazenagem de dimensão similar aos actuais irão armazenar uma menor quantidade do novo polímero. Estudou-se uma técnica de quantificação de comonómeros vinílicos. Verificou-se que os tempos das reacções e de banho de gelo influenciam os resultados finais, bem como, possivelmente, as condições de armazenagem dos reagentes. Devido à insuficiência de tempo, não foi possível validar o método. A porosidade da fibra de poliacrilonitrilo (PAN) foi caracterizada por picnometria de hélio. Concluiu-se que esta técnica não é sensível a esta análise. Por porosimetria de mercúrio e adsorção de azoto, verificou-se a inexistência de poros abertos na fibra PAN.

Avaliação da implementação da fase III da zona de emissões reduzidas de Lisboa

Os efeitos de uma qualidade do ar reduzida são sentidos principalmente em centros urbanos, como Lisboa, onde persistem situações de concentrações elevadas de dióxido de azoto (NO2) e matéria particulada (PM10), originadas pelo tráfego automóvel. Para diminuir a concentração desses poluentes foi implementada uma Zona de Emissões Reduzidas (ZER) em Lisboa, que entrou na fase III em janeiro de 2015. Avaliou-se a evolução da qualidade do ar nos últimos cinco anos em Lisboa, nomeadamente as excedências aos valores limite legais de curto prazo para NO2 e PM10, bem como a influência da meteorologia na sua ocorrência. A qualidade do ar, em geral, melhorou, registando-se a maioria das excedências no outono e inverno, em dias úteis e final da tarde e início da manhã, períodos coincidentes com a maior intensidade de tráfego rodoviário. A altura da base da inversão térmica e a velocidade do vento são mais reduzidas em dias com excedências, o que indicia um papel relevante da meteorologia. A avaliação do impacte da fase II da ZER nas excedências aos valores limite revelou que o número de excedências e a duração dos episódios de poluição diminuíram, mas mais significativamente em estações fora da ZER. Analisou-se a influência da fase III da ZER na composição da frota automóvel e nas emissões associadas de NOX e PM na Avenida da Liberdade, com base nos dados obtidos antes (2014) e depois (2015) da fase III. Verificou-se uma melhoria na frota em toda a cidade, mais acentuada na zona 2 que na zona 1. Concluiu-se que o impacte da fase III foi reduzido, principalmente na zona 1, possivelmente relacionado com a escassa fiscalização. Caso o número de veículos se tivesse mantido igual entre 2014 e 2015, teria sido possível uma redução de 23% nas emissões de NOX e de 8% nas de PM.