Preparação de nanofibras de carbono dopadas para utilização como catalisadores em electroxidação

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Conversão catalítica de etanol sobre carvões activados

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Desenvolvimento de um simulador de apoio à decisão para sistemas ativos de climatização

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Gestão e Sistemas Ambientais

Período de tempo disponível para a compactação de misturas betuminosas: análise paramétrica

A compactação de misturas betuminosas, apesar de ser a última etapa da construção de um pavimento rodoviário, tem uma importância fundamental para o comportamento do material em serviço. As alterações impostas aquando da compactação conferem ao material a capacidade para que o pavimento suporte as cargas sem se deformar de forma comprometedora e que não apresente fendilhamento prematuro. A operação de compactação deverá ser realizada enquanto a temperatura do material está no intervalo de temperaturas consideradas adequadas. O objectivo principal deste trabalho é o estudo da previsão do tempo disponível para a compactação. Assim, construi-se uma ferramenta numérica para a previsão do arrefecimento da camada de mistura betuminosa após a aplicação. Adoptou-se o método do equilíbrio energético, um método directo, às equações de transmissão de calor para determinar a temperatura em função do tempo e da posição em altura na camada. O arrefecimento da camada de desgaste foi calculado tendo em conta a transmissão de calor por condução, convecção e radiação. Foi realizada a análise da influência das condições atmosféricas e das características do material no arrefecimento da camada de mistura betuminosa aplicada. No estudo admitiram-se quatro estruturas de pavimento, com diferentes espessuras e materiais, e efectuou-se a análise das condições atmosféricas, onde foram tidas em conta os seguintes parâmetros: temperatura do ar; velocidade do vento; nebulosidade. Na variação das condições dos materiais foi considerada a variação da temperatura de aplicação da mistura betuminosa e a variação do coeficiente de condutibilidade térmica do material aplicado. Por ultimo, foi modelado o processo construtivo, pela variação da espessura e das propriedades dos materiais de acordo com a compactação prevista. Concluiu-se que as características atmosféricas têm um peso substancialmente maior no tempo de arrefecimento quando comparadas com as alterações impostas nas propriedades dos materiais. O vento surge como o factor atmosférico que mais influencia o arrefecimento, sendo possível também concluir que para ser possível ter a percepção do efeito provocado pela nebulosidade é necessário ter em conta a sua influência na temperatura do ar. Contudo o maior condicionante do tempo disponível é a espessura da camada de mistura betuminosa aplicada. O resultado final deste trabalho é um modelo numérico, que pode ser usado para prever o arrefecimento de uma camada de mistura betuminosa aplicada com base nas condições atmosféricas verificadas e características térmicas dos materiais envolvidos, com base nos três fenómenos de transmissão térmicas: condução; convecção; radiação.

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.

Preparação e caracterização de filmes poliméricos inteligentes incorporando grafenos para aplicações biomédicas

O objectivo deste trabalho foi combinar o comportamento magnético de micropartículas de óxido de grafeno (GO) modificado com Fe3O4 (GO - 0%, 0.05%, 0.1% e 0.2%) com as propriedades do polímero álcool polivinílico (PVA), nomeadamente a sua elasticidade, de forma a obter-se materiais poliméricos com capacidade de reversão das suas características estruturais, topográficas e consequentemente controlar as suas características de transporte por ajuste de campo magnético. Preparou-se e caracterizou-se filmes/membranas poliméricas de PVA com GO na presença e ausência de campo magnético. Caracterizou-se a morfologia destas membranas, através de microscopia óptica e de varrimento electrónico; o efeito na superfície de membranas por incorporação de GO através de ângulos de contacto, a avaliação da estabilidade estrutural e química através de estudos de inchamento e degradação, adsorção de proteínas e o impacto da presença de GO e o seu comportamento magnético na permeabilidade a gases. As membranas apresentaram boa afinidade com o GO, e um bom alinhamento das micropartículas quando expostas a campo. A estabilidade estrutural foi avaliada durante um período de imersão de 28 dias, usando uma solução de PBS a 0.01M, a pH 6.9 e a 37ºC. A análise dos espectros de UV-Vis obtidos para solução de imersão ao longo do tempo não revelaram degradação das membranas. O efeito na rugosidade da superfície das membranas por incorporação de GOs obteve-se através de ensaios de ângulos de contacto de glicerol. Verificou-se um aumento destes com o aumento de %GO; uma diminuição dos ângulos quando as membranas humidificadas foram expostas a um campo magnético de intensidade 0.0832T; e um aumento destes nas membranas expostas a humidade e temperatura controlada, a 50% e 17ºC. Foi observado o efeito do conteúdo magnético existente nas membranas alinhadas e não-alinhadas, com diferentes %GO, no desempenho da adsorção de BSA, submetidas a campo. Verificou-se um aumento de adsorção na membrana com menor %GO, devido provavelmente ao aumento da sua rugosidade; e a diminuição de adsorção com o aumento de intensidade de campo. Nos ensaios de permeabilidade, observou-se que a membrana de PVA (0% GO) é mais permeável ao CO2 do que ao O2. As membranas com GOs (0.05% e 0.1%) apresentam uma maior permeabilidade ao O2 do que ao CO2, devendo-se isto a uma provável alteração topográfica das membranas por incorporação das micropartículas já referidas.

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.

Conceção, simulação e validação experimental de sondas de correntes induzidas para ensaios não destrutivos de geometrias tubulares

Os Ensaios Não destrutivos de (END) por Correntes Induzidas (CI) são uma das principais técnicas utilizadas na inspeção de tubagens, nomeadamente em caldeiras e permutadores de calor. Apesar de ser uma técnica comum e com muitos anos de experiência acumulada, existem algumas condições onde persistem dificuldades, como é o caso da deteção de micro defeitos com orientação tangencial. Por outro lado, assiste-se atualmente a uma exigência cada vez maior do ponto de vista da fiabilidade dos sistemas e sondas de CI. Um exemplo particular dessa exigência é a inspeção de um perfil com geometria tubular em aço inox 316LN (JK2LB), o qual constitui as bobinas poloidais do International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). O objetivo central deste trabalho foi desenvolver e validar experimentalmente diferentes tipos de sondas de CI para a deteção de micro defeitos no interior de componentes de geometria tubular, com vista a reduzir o limiar de detetabilidade dos defeitos com orientação tangencial, e assim aumentar a fiabilidade de inspeção. Foram concebidas, produzidas e validadas experimentalmente quatro novas sondas de CI e foram replicadas três configurações já existentes. Foram realizadas simulações numéricas das diferentes sondas, sob diferentes condições de inspeção e criaram-se os meios laboratoriais adequados para a realização dos END. Os resultados experimentais mostraram que as novas sondas desenvolvidas permitem detetar com clareza defeitos tangenciais com 2 mm de comprimento e 0.5 mm de profundidade, o que está claramente abaixo do limiar de detetabilidade das sondas convencionais constituídas por bobinas toroidais. As simulações numéricas permitiram descrever e caracterizar com sucesso alguns fenómenos elétricos e magnéticos envolvidos no funcionamento das sondas. Em termos genéricos, foi estabelecido um importante conhecimento processual dos END por CI de geometrias tubulares.

Desenvolvimento experimental e simulação numérica em soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica

A soldadura por fricção linear (SFL) é um processo de ligação no estado sólido com capacidade para soldar materiais dissimilares e ligas metálicas de baixa soldabilidade. Contudo, nas juntas soldadas com uma configuração topo-a-topo é possível o aparecimento de defeitos na raiz do cordão, nomeadamente, de falta de penetração e de alinhamentos de óxidos. Estes defeitos são responsáveis pela diminuição da resistência mecânica das juntas, sobretudo quando sujeitas a esforços de fadiga. Existem variantes do processo para eliminar este tipo de defeitos, no entanto, verificam-se algumas dificuldades tecnológicas e a competitividade do processo é afetada. No âmbito deste trabalho desenvolveu-se uma variante do processo designado soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica (SFLAE). Esta variante consiste em introduzir uma corrente elétrica de elevada intensidade na zona da raiz do cordão, por forma a que o calor gerado por efeito de Joule aqueça o material e aumente o fluxo visco-plástico nessa zona, tendo em vista atenuar ou eliminar os defeitos na raiz. Foram concebidas e produzidas ferramentas de SFL dedicadas, melhorado um modelo analítico do processo, realizadas simulações numéricas para permitir compreender alguns fenómenos físicos envolvidos no processo, e realizados ensaios experimentais de validação. A análise aos cordões permitiu observar uma diminuição da espessura dos defeitos na raiz em três ensaios realizados na liga AA1100 e AA6084-T6 usando intensidades de corrente de 300 A. Dos resultados de microdureza e de medição de condutividade elétrica é possível concluir que a microestrutura do material não é significativamente alterada pela passagem de corrente elétrica.

Bionanoconjugados catalíticos de tirosinase e nanopartículas de ouro

O presente estudo teve como principal objetivo a preparação de bionanoconjugados de Tirosinase e nanopartículas de ouro (AuNPs) com a finalidade de observar alterações positivas da atividade enzimática relativamente à enzima livre em solução, a partir da determinação dos respetivos parâmetros cinéticos. A atividade específica da tirosinase foi determinada com tirosina, L-3,4-dihidroxifenilalanina (L-DOPA) e 4-metilcatecol, tendo este último sido escolhido como substrato a utilizar no decorrer do restante trabalho experimental devido ao maior número de unidades específicas determinado para este substrato, bem como devido à menor concentração de enzima necessária para a realização dos ensaios. Os ensaios cinéticos com variação da temperatura e pH permitiram concluir que a 30 oC e a pH 6,5 a tirosinase é mais ativa. Os bionanoconjugados foram preparados incubando tirosinase de um dia para o outro com AuNPs. Três diferentes agentes de revestimento foram usados nos estudos: AuNPs sintetizadas revestidas por citrato, funcionalizadas com ácido 11-mercaptoundecanóico (MUA) e funcionalizadas com pentapéptido CALNN. Diferentes razões molares de tirosinase : AuNPs foram estudadas e, apesar da baixa reprodutibilidade dos resultados, os mais consistentes foram obtidos para a razão molar de 120. A conjugação da tirosinase com AuNPs aumentou a afinidade para o substrato e também a eficiência catalítica, em todos os bionanoconjugados, sendo que os melhores resultados foram observados para AuNPs funcionalizadas com CALNN, aumentando cerca de 48% a eficiência catalítica relativamente à tirosinase na sua forma livre em solução. As AuNPs funcionalizadas com citrato apresentaram maior consistência de resultados relativamente ao aumento da velocidade inicial da reacção. A modelação computacional da tirosinase a pH 6,5 revelou que a carga superficial da enzima é maioritariamente negativa, dificultando a adsorção na superfície das AuNPs, podendo esta ocorrer em regiões de maior carga positiva localizadas na subunidade L ou englobando regiões da subunidade H.

Argamassas de terra - Comportamento higrotérmico função da granulometria da areia

É referido em bibliografia que a utilização da terra em argamassas de reboco interiores apresenta propriedades muito importantes para a melhoria da qualidade e conforto do ambiente interior de edifícios. Destaca-se a elevada capacidade de adsorção de vapor de água, que pode contribuir para o equilíbrio dos ambientes interiores e, consequentemente, para a mitigação dos problemas de saúde associados a estados limites de humidade. O trabalho experimental que se apresenta teve como objectivo o estudo das propriedades higrotérmicas de argamassas de terra, através do estudo da sua condutibilidade térmica, da permeabilidade ao vapor de água e da capacidade higroscópica (a nível de adsorção mas também de desadsorção). Para tal formularam-se diversas argamassas com base numa mesma terra argilosa destorroada, proveniente do barrocal algarvio, e com diferentes misturas de areias siliciosas. Todas as argamassas foram formuladas ao traço volumétrico 1:3 de terra e areia, respectivamente. Compararam-se com duas argamassas pré-doseadas produzidas com terra da mesma região produzidas com equipamento de laboratório e de obra. Os resultados obtidos com as diversas argamassas são apresentados e discutidos, comparando sempre que possível com outros estudos e salientando-se particularmente os bons resultados apresentados em relação à higroscopicidade das argamassas estudadas. Essa capacidade deve-se às características da argila, que constitui o aglutinante das argamassas que constituem estes rebocos, e aparenta não ser muito influenciada pela granulometria das areias utilizadas, nem pela existência de baixa percentagem de fibras. Esta situação permite considerar argamassas com este tipo de terra como potencialmente adequadas para contribuírem para a regulação higrométrica dos espaços interiores, nomeadamente na reabilitação de edifícios existentes.

Sistemas geotérmicos de baixa entalpia estudos de caracterização térmica

A crescente atenção revelada pelas sociedades nos últimos anos, no que respeita à sustentabilidade energética do planeta, tornou-se o principal impulsionador para o desenvolvimento de formas de exploração de energia que contribuem para a redução dos gases com efeito de estufa. A energia geotérmica de baixa entalpia (Shallow Geothermal Energy–SGE) é um dos tipos de energia verde utilizados para aquecimento e arrefecimento de edifícios. Nas últimas décadas, tem vindo a demonstrar uma elevada eficácia energética e aplicabilidade em diversos países em todo o mundo. Aos sistemas convencionais de exploração abertos e fechados, seguiram-se os sistemas com estruturas de fundações termoactivas. A Suíça e Áustria foram os países pioneiros onde se iniciou a exploração utilizando este tipo de estruturas, primeiro com recurso a lajes de fundo e depois, em 1984, através de estacas. A utilização generalizada de fundações de forma bi-funcional poderá resultar numa compensação sustentável dos seus custos de implementação. No entanto, é necessário conhecer de forma sólida o comportamento geotécnico dos solos face à imposição das diferentes acções térmicas provocadas pelos Sistemas Geotérmicos de Baixa Entalpia. A eficácia dos Ground Energy Systems (GES) está directamente associada à capacidade que os solos apresentam para fornecer ou dissipar calor. O desempenho dos GES e a sua eficiência está ainda por avaliar relativamente às condições existentes em Portugal. As propriedades térmicas dos solos são um desses aspectos, sendo da maior relevância na avaliação do seu desempenho. Nesta dissertação são abordados os diferentes mecanismos de transferência de calor nos solos bem como propriedades térmicas necessárias para a sua caracterização. Apresenta-se também um caso prático, para o qual foi realizada caracterização térmica e posterior modelação numérica de uma estrutura termoactiva, determinando-se os campos de temperaturas máximos e mínimos e os fluxos térmicos provocados pelo seu funcionamento.

Argamassas de terra. Comportamento higrotérmico função da granulometria da areia

O trabalho experimental que se apresenta teve como objetivo o estudo das propriedades higrotérmicas de argamassas de terra, através do estudo da sua condutibilidade térmica, permeabilidade ao vapor de água e capacidade higroscópica. Formularam-se diversas argamassas com base numa mesma terra argilosa destorroada, proveniente do barrocal algarvio, com diferentes misturas de areias siliciosas. Compararam-se com duas argamassas pré-doseadas produzidas com terra da mesma região produzidas com equipamento de laboratório e de obra. Os resultados obtidos com as diversas argamassas são apresentados e discutidos, salientando-se particularmente os bons resultados apresentados em relação à higroscopicidade das argamassas estudadas. Essa capacidade deve-se às características da argila, que constitui o aglutinante das argamassas, e aparenta não ser muito influenciada pela granulometria das areias utilizadas, nem pela existência de baixa percentagem de fibras. Destaca-se a elevada capacidade de adsorção de vapor de água, que pode contribuir para o equilíbrio dos ambientes interiores e, consequentemente, para a mitigação dos problemas de saúde associados a estados limites de humidade. É possível considerar argamassas com este tipo de terra como potencialmente adequadas para contribuírem para a regulação higrométrica dos espaços interiores, nomeadamente na reabilitação de edifícios existentes.

Betão em massa pré-refrigeração e pós-refrigeração

Esta dissertação, na versão de relatório de actividade profissional, alicerça-se na experiência que o autor adquiriu, tanto em obra, como na definição das estratégias técnicas a implementar em fase de concurso. A presente dissertação tem como principal objectivo a abordagem da problemática da refrigeração de betões, e os princípios a ter em conta na definição das respectivas composições, sempre que grandes volumes de betonagem estão em causa (betões em massa). Dentro deste contexto, nos chamados betões em massa, são exigidas medidas que permitem controlar as temperaturas de colocação do betão (pré-refrigeração) e após betonagem (pós-refrigeração), situações que, se descontroladas, podem implicar problemas de durabilidade decorrentes de reacções expansivas internas e, ainda, fissuração generalizada provocada por elevados gradientes térmicos, decorrentes da diferença de temperatura entre o núcleo do volume betonado e a respectiva zona externa, que naturalmente está condicionada pela temperatura ambiente. Por outro lado, sem recurso a estas metodologias, as injecções das juntas de contracção entre blocos de betonagem, quando necessárias, seriam fortemente condicionadas. São apresentados exemplos onde se articulam as tomadas de decisões técnicas, decorrentes de diversos cenários, com diferentes necessidades de pré-refrigeração e pós-refrigeração, a partir dos quais se realiza uma análise critica.

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.