Caracterização térmica de tubos de explorações petrolíferas em águas profundas

Este trabalho foi realizado devido aos novos desafios existentes na área petrolífera, pois tem-se verificado novas necessidades na transferência de calor em tubagens em águas profundas. Com estes novos cenários de produção em águas profundas, existe a preocupação de garantir o escoamento do produto evitando cenários de obstrução nas tubagens. Os principais problemas aquando da exploração petrolífera prendem-se com a ocorrência de parafinas nas paredes dos tubos bem como a formação de hidratos. É descrito neste trabalho as soluções existentes para a transferência do produto e comparação das mesmas. Numa segunda fase é realizado um modelo matemático para análise térmica das tubagens comparando os materiais isolantes propostos, afim de garantir a temperatura mínima do fluido circulante. De salientar que houve a preocupação de ter em conta uma paragem na exploração do petróleo, por motivos de manutenção por exemplo, e garantir dessa maneira a temperatura mínima do mesmo. Este trabalho propõe soluções de isolamento térmico e discute todos os desafios e problemas existentes.

Building a network Operations Center (NOC) solution

Esta dissertação contextualiza e descreve a actividade prática do quotidiano de um gestor de redes informáticas modernas. Define Network Operations Center (NOC) e a sua importância como provedor de serviços de Internet, e aborda a gestão de redes como alicerce teórico mediante a tomada de decisões que a tarefa de gestão coloca. É com base na complexidade da tarefa de gestão que surge a necessidade e o aparecimento consequente de Plataformas de Gestão. Estas plataformas não só auxiliam na tarefa para a qual foram desenvolvidas como substituem todo um conjunto de ferramentas tradicionais, limitadas para a realidade das infraestruturas de telecomunicações actuais. O estudo do NOC da NOS Madeira enfatiza a problemática que as infra-estruturas de média e grande dimensão comportam para os gestores de redes que lá operam. As limitações da plataforma de gestão em uso referentes à definição e organização de utilizadores, dispositivos e grupos respectivos, conjuntamente com a falta de parametrização em notificações justificam uma solução. Aqui, é feita uma análise e um levantamento de requisitos para a selecção da nova plataforma de gestão seguida da proposta de uma solução integrada para resolução do problema. Esta proposta envolve a definição de uma arquitectura, o desenho e a implementação de software próprios para um sistema particular ao qual designamos: ZenDash.

OpenDataHub: an open dataset management system

This thesis presents a cloud-based software platform for sharing publicly available scientific datasets. The proposed platform leverages the potential of NoSQL databases and asynchronous IO technologies, such as Node.JS, in order to achieve high performances and flexible solutions. This solution will serve two main groups of users. The dataset providers, which are the researchers responsible for sharing and maintaining datasets, and the dataset users, that are those who desire to access the public data. To the former are given tools to easily publish and maintain large volumes of data, whereas the later are given tools to enable the preview and creation of subsets of the original data through the introduction of filter and aggregation operations. The choice of NoSQL over more traditional RDDMS emerged from and extended benchmark between relational databases (MySQL) and NoSQL (MongoDB) that is also presented in this thesis. The obtained results come to confirm the theoretical guarantees that NoSQL databases are more suitable for the kind of data that our system users will be handling, i. e., non-homogeneous data structures that can grow really fast. It is envisioned that a platform like this can lead the way to a new era of scientific data sharing where researchers are able to easily share and access all kinds of datasets, and even in more advanced scenarios be presented with recommended datasets and already existing research results on top of those recommendations.

A virtual agent to sustaining children's engagement in language learning

In this thesis we aimed to explore the potential of gamification - defined as “the use of game elements in non-game contexts” [30] - in increasing children's (aged 5 to 6) engagement with the task. This is mainly due to the fact that our world is living a technological era, and videogames are an example of this engagement by being able to maintain children’s (and adults) engagement for hours straight. For the purpose of limiting complexity, we only addressed the feedback element by introducing it with an anthropomorphic virtual agent (human-like aspect), because research shows that virtual agents (VA’s) can influence behavioural change [17], or even induce emotions on humans both through the use of feedback provided and their facial expressions, which can interpreted in the same way as of humans’ [2]. By pairing the VA with the gamification concept, we wanted to 1) create a VA that is likely to be well-received by children (appearance and behaviour), and 2) have the immediate feedback that games have, so we can give children an assessment of their actions in real-time, as opposed to waiting for feedback from someone (traditional teaching), and with this give students more chances to succeed [32, 43]. Our final system consisted on a virtual environment, where children formed words that corresponded to a given image. In order to measure the impact that the VA had on engagement, the system was developed in two versions: one version of the system was limited to provide a simple feedback environment, where the VA provided feedback, by responding with simple phrases (i.e. “correct” or “incorrect”); for the second version, the VA had a more complex approach where it tried to encourage children to complete the word – a motivational feedback - even when they weren’t succeeding. Lastly we conducted a field study with two groups of children, where one group tested the version with the simple feedback, and the other group tested the ‘motivational’ version of the system. We used a quantitative approach to analyze the collected data that measured the engagement, based on the number of tasks (words) completed and time spent with system. The results of the evaluation showed that the use of motivational feedback may carry a positive effect on engaging children.

Motivating the use of public transit through a mobile glanceable display

With increasing concerns about the impact of global warming on human life, policy makers around the world and researchers have sought for technological solutions that have the potential to attenuate this process. This thesis describes the design and evaluation of an information appliance that aims to increase the use of public transportation. We developed a mobile glanceable display that, being aware of the user’s transportation routines, provides awareness cues about bus arrival time, grounded upon the vision of Ambient Intelligence. We present the design process we followed, from ideation to building a prototype and conducting a field study, and conclude with a set of guidelines for the design of relevant personal information systems. More specifically we seek to test the following hypotheses: 1) That the tangible prototype that provides ambient cues will be used more frequently than a similar purpose mobile app, 2) That the tangible prototype will reduce the waiting time at the bus stop, 3) That the tangible prototype will result to reduced anxiety on passengers, 4) That the tangible prototype will result to an increase in the perceived reliability of the transit service, 5) That the tangible prototype will enhance users’ efficiency in reading the bus schedules and 6) That the tangible prototype will make individuals more likely to use public transit. In a field study, we compare the tangible prototype against the mobile app and a control condition where participants were given no external support in obtaining bus arrival information, other than their existing routines. Using qualitative and quantitative data, we test the aforementioned hypotheses and explore users’ reactions to the prototype we developed.

Modelos para acontecimentos múltiplos

Ao longo dos últimos anos tem existido um interesse crescente em estudar o tempo até à ocorrência de vários acontecimentos, os quais podem ser observados mais do que uma vez para um mesmo indivíduo. Os dados respeitantes a acontecimentos múltiplos têm como principal característica o facto de se registar mais do que um tempo de vida para cada indivíduo, o que inviabiliza a aplicação direta do modelo de regressão de Cox. Assim, surgiu a necessidade de desenvolver novas extensões deste modelo, sendo que as mais utilizadas na prática foram sugeridas por: Prentice, Williams e Peterson (PWP); Andersen e Gill (AG); Wei, Lin e Weissfeld (WLW); e Lee, Wei e Amato (LWA). Um dos maiores obstáculos na aplicação destes modelos é a forte possibilidade de existir correlação intraindivíduos. Neste ponto, os quatro modelos referidos anteriormente são classificados como modelos marginais, uma vez que o vetor de parâmetros de regressão é estimado com base no ajustamento de um modelo que ignora a correlação entre acontecimentos. Para compensar esse facto, nestes modelos é usado um estimador robusto da matriz de covariância, o qual permite efetuar a correção necessária na estimativa da variância usual. Após realizar uma descrição detalhada de cada modelo marginal procedeu-se à respetiva implementação através do software estatístico R. Para o efeito, recorreu-se à simulação de dados relativos a acontecimentos múltiplos do mesma natureza, isto é, a acontecimentos recorrentes. Os resultados obtidos permitiram realçar e confirmar as características dos modelos estudados.

A classe de distribuições de Panjer e a modelação do risco coletivo

O principal objetivo desta dissertação é analisar a classe de distribuições de Panjer, algumas das suas extensões e a utilização destas na modelação do risco coletivo. Inicialmente, são referidos alguns momentos históricos importantes no estudo da família de distribuições de Panjer e no desenvolvimento do modelo do risco coletivo. Apresentamos também alguns artigos publicados nos últimos vinte anos sobre estas temáticas. Depois, são apresentados os conceitos e instrumentos fundamentais na construção das extensões da família de Panjer e na construção recursiva das distribuições do modelo do risco coletivo. Tais conceitos e instrumentos incluem a função geradora de probabilidades, a transformada de Laplace, a mistura e modi cação de distribuições de probabilidade. Seguidamente, são caracterizadas as distribuições discretas pertencentes à classe de Panjer, distribuições essas denominadas de distribuições de contagem básicas, de nidas a recursão de Panjer e duas suas extensões e apresentadas as distribuições pertencentes a cada uma delas. Finalmente, é apresentado o modelo do risco coletivo, designadamente o modelo composto das indemnizações agregadas, cujas distribuições, neste caso, são construídas através do método recursivo. São também expostos dois métodos de construção de distribuições aritméticas. A dissertação termina com a dedução de alguns modelos particulares para o risco coletivo, obtidos com o auxílio dos programas informáticos Mathematica e R.

Avaliação de nova estratégia extrativa, baseada em NTDs, combinada com dados de análise cromatigráfica e quimiométrica para a deteção de biomarcadores de diferentes tipos de cancro

A elevada incidência e mortalidade mundiais associadas ao cancro justificam o desenvolvimento e implementação de estratégias eficazes e não-invasivas conducentes a um diagnóstico precoce. Neste contexto, pretendeu-se avaliar a performance de uma metodologia inovadora, a microextração por “needle trap” (NTME), na extração de metabolitos voláteis (VOMs) da urina de pacientes oncológicos com diferentes tipos de cancro - cólon, pulmão e mama, e de indivíduos saudáveis, com a finalidade de identificar um conjunto de VOMs potenciais biomarcadores dos diferentes tipos cancros em estudo. De modo a maximizar a eficiência da extração dos VOMs, foram otimizados diferentes parâmetros experimentais, nomeadamente a natureza do sorvente, a temperatura, o tempo de equilíbrio, o volume de headspace, a força iónica, o pH do meio e o volume e a agitação da amostra. Usando como sorvente o DVB/Car1000/CarX, os melhores resultados foram obtidos com 4 mL de urina acidificada (pH= 2), 20% NaCl, 40 mL de headspace e 40 min de equilíbrio a 50 °C. Foi ainda avaliada a estabilidade dos VOMs no sorvente até 72 h após a extração. Nos quatro grupos em estudo foram identificados, por GC-MS, 259 VOMs pertencentes a diversas famílias químicas, nomeadamente cetonas, compostos sulfurados, furânicos e terpénicos. A matriz de dados obtida para cada grupo em estudo foi submetida a análise discriminante, usando o método dos mínimos quadrados parciais (PLS-DA), que resultou em clusters distintos diferenciadores de cada grupo. A aplicabilidade do modelo foi avaliada através do método de classificação SIMCA (modelagem suave e independente de analogias de classe), com elevadas taxas de classificação, sensibilidade e especificidade. Este foi o primeiro estudo usando NTME para o estabelecimento do padrão volatómico da urina. Os resultados obtidos revelam-se muito promissores originando perfis voláteis de maior expressividade, mais completos e abrangentes, que os obtidos usando metodologias de referência.

Energy harvesting from hydroelectric systems for remote sensors

Hydroelectric systems are well-known for large scale power generation. However, there are virtually no studies on energy harvesting with these systems to produce tens or hundreds of milliwatts. The goal of this work was to study which design parameters from large-scale systems can be applied to small-scale systems. Two types of hydro turbines were evaluated. The first one was a Pelton turbine which is suitable for high heads and low flow rates. The second one was a propeller turbine used for low heads and high flow rates. Several turbine geometries and nozzle diameters were tested for the Pelton system. For the propeller, a three-bladed turbine was tested for different heads and draft tubes. The mechanical power provided by these turbines was measured to evaluate the range of efficiencies of these systems. A small three-phase generator was developed for coupling with the turbines in order to evaluate the generated electric power. Selected turbines were used to test battery charging with hydroelectric systems and a comparison between several efficiencies of the systems was made. Keywords

A micro-extraction technique using a new digitally controlled syringe combined with UHPLC for assessment of urinary biomarkers of oxidatively damaged DNA

The formation of reactive oxygen species (ROS) within cells causes damage to biomolecules, including membrane lipids, DNA, proteins and sugars. An important type of oxidative damage is DNA base hydroxylation which leads to the formation of 8-oxo-7,8-dihydro-29-deoxyguanosine (8-oxodG) and 5-hydroxymethyluracil (5-HMUra). Measurement of these biomarkers in urine is challenging, due to the low levels of the analytes and the matrix complexity. In order to simultaneously quantify 8-oxodG and 5-HMUra in human urine, a new, reliable and powerful strategy was optimised and validated. It is based on a semi-automatic microextraction by packed sorbent (MEPS) technique, using a new digitally controlled syringe (eVolH), to enhance the extraction efficiency of the target metabolites, followed by a fast and sensitive ultrahigh pressure liquid chromatography (UHPLC). The optimal methodological conditions involve loading of 250 mL urine sample (1:10 dilution) through a C8 sorbent in a MEPS syringe placed in the semi-automatic eVolH syringe followed by elution using 90 mL of 20% methanol in 0.01% formic acid solution. The obtained extract is directly analysed in the UHPLC system using a binary mobile phase composed of aqueous 0.1% formic acid and methanol in the isocratic elution mode (3.5 min total analysis time). The method was validated in terms of selectivity, linearity, limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ), extraction yield, accuracy, precision and matrix effect. Satisfactory results were obtained in terms of linearity (r2 . 0.991) within the established concentration range. The LOD varied from 0.00005 to 0.04 mg mL21 and the LOQ from 0.00023 to 0.13 mg mL21. The extraction yields were between 80.1 and 82.2 %, while inter-day precision (n=3 days) varied between 4.9 and 7.7 % and intra-day precision between 1.0 and 8.3 %. This approach presents as main advantages the ability to easily collect and store urine samples for further processing and the high sensitivity, reproducibility, and robustness of eVolHMEPS combined with UHPLC analysis, thus retrieving a fast and reliable assessment of oxidatively damaged DNA.

Localização e simulação de som tridimensional

Orientador: António Manuel Casimiro

The combination of neural estimates in prediction and decision problems

In this dissertation, different ways of combining neural predictive models or neural-based forecasts are discussed. The proposed approaches consider mostly Gaussian radial basis function networks, which can be efficiently identified and estimated through recursive/adaptive methods. Two different ways of combining are explored to get a final estimate – model mixing and model synthesis –, with the aim of obtaining improvements both in terms of efficiency and effectiveness. In the context of model mixing, the usual framework for linearly combining estimates from different models is extended, to deal with the case where the forecast errors from those models are correlated. In the context of model synthesis, and to address the problems raised by heavily nonstationary time series, we propose hybrid dynamic models for more advanced time series forecasting, composed of a dynamic trend regressive model (or, even, a dynamic harmonic regressive model), and a Gaussian radial basis function network. Additionally, using the model mixing procedure, two approaches for decision-making from forecasting models are discussed and compared: either inferring decisions from combined predictive estimates, or combining prescriptive solutions derived from different forecasting models. Finally, the application of some of the models and methods proposed previously is illustrated with two case studies, based on time series from finance and from tourism.

inVídeo: uma aplicação de vídeo interactivo sobre a Internet

A utilização de vídeo e áudio sobre a Internet tem ganho nos últimos anos um interesse crescente. Na verdade, o interesse não é recente, mas os limites tecnológicos de variadíssimas ordens impediam o desenvolvimento e a utilização alargada de aplicações com media ricos. Os avanços nas tecnologias relacionadas com, por exemplo, a compressão, as redes e as ferramentas multimédia possibilitaram o desenvolvimento e o funcionamento, de uma forma alargada, de sistemas multimédia. O trabalho apresentado nesta dissertação descreve a especificação e a implementação de um sistema de formação à distância, designado inVídeo, que utiliza o vídeo como elemento central. O sistema tem como objectivo proporcionar formação por intermédio de uma aplicação que permite a visualização paralela de um vídeo com imagens ou animações, acompanhada com outros dados, como texto e acesso a ficheiros que podem ser descarregados. O enquadramento para esta aplicação surgiu das necessidades de formação contínua de um centro hospitalar, todavia a aplicação foi desenvolvida para poder ser utilizada noutras instituições. A especificação passou pela descrição do problema e sua modelação utilizando um método para o desenvolvimento de aplicações interactivas, o WISDOM. A implementação descreve o sistema desenvolvido, a justificação das opções tecnológicas e os resultados de um inquérito feito aos utilizadores do sistema. O desenvolvimento do sistema levou ao estudo e, em alguns casos, à utilização de um conjunto de tecnologias distintas. Os estudos iniciais abordaram as tecnologias que possibilitam a utilização do vídeo sobre a Internet e algumas das suas condicionantes. Seguiram-se a composição, sincronização e interactividade multimédia, e por fim o uso de metadados para conteúdos educacionais. A resposta dada pelos utilizadores durante a utilização do sistema foi bastante satisfatória e revelou um grande interesse no uso do vídeo sobre a Internet. A construção de aplicações para Internet utilizando media exigentes deixou de ser a tarefa complexa que era há alguns anos, isto devido aos avanços tecnológicos. Todavia o desenvolvimento ainda necessita de muita ponderação e do enquadramento de muitos factores relacionados com a codificação dos media e com a heterogeneidade das redes, dos utilizadores e dos equipamentos.

Sensores de pressão em fibra óptica para o estudo dos fenómenos da percolação da água em solos

Dada a necessidade de obtermos sistemas monitorizados com elevada precisão, de grande durabilidade e resistentes às condições atmosféricas, surgiu a possibilidade de aplicação das fibras ópticas como sensores para monitorização de pressão. Nesse contexto, as fibras “hetero-core” (fibra óptica composta por uma fibra multimodo entre duas fibras ópticas monomodo) e a utilização de lentes GRIN (“GRaded INdex”) em conjunto com superfícies reflectoras permitem a determinação da pressão e são objecto de estudo desta dissertação. Em termos de aplicação, o objectivo principal desta tese de mestrado foi de proporcionar o projecto e desenvolvimentos da medida de pressão em 48 pontos para um tanque de estudo dos fenómenos de percolação da água nos solos e que é pertencente à Secção de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Inicialmente, foi caracterizado um sistema contendo uma fibra “hetero-core” à qual foi aplicada uma curvatura, com auxílio de uma carruagem micrométrica. Este sistema permitiu a simulação do mesmo efeito de aplicação de pressão à fibra “hetero-core”. Na configuração seguinte, usou-se um OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) para visualização e registo das perdas encontradas durante o processo de dobrar e esticar da fibra “hetero-core”. Ao longo deste registo, várias configurações foram testadas até ser encontrada a cabeça sensora com melhor comportamento para monitorizar a pressão. A multiplexagem foi conseguida ao colocar dois sensores em série, sendo cada um deles constituído por uma fibra “hetero-core” colocada no fundo de um tubo de água disposto verticalmente. Com a adição da água no tubo de água, a curvatura na fibra “hetero-core” aumentava, notando-se claramente que as perdas também subiam. Os resultados obtidos nesta configuração foram bastante satisfatórios permitindo a independência entre os dois sensores dispostos em série. Posteriormente, foi testada uma nova configuração sensora, o sensor de fibra óptica para monitorização de pressão foi construído com recurso a uma lente GRIN e uma superfície reflectora. Esta lente, disposta diante de um espelho, permitiu emitir e captar luz de um determinado comprimento de onda devido à reflexão do sinal luminoso no espelho. Com sucessivos incrementos, afastou-se e aproximou-se a lente ao espelho, registando-se e observando-se as perdas de potência obtidas com auxílio do OTDR. Também para esta configuração foi testada a multiplexagem de vários sensores, tendo sido utilizadas as seguintes opções: um acoplador de 2:1; um acoplador 4:1 e um comutador óptico. Verificou-se que a utilização de um comutador óptico é o melhor caso para a monitorização de pressão de múltiplos sensores. A multiplexagem com recurso ao comutador foi possível, uma vez que permitia a medição independente de cada sensor de pressão num determinado tempo. Com este resultado, é possível monitorizar 48 sensores com recurso ao OTDR, multiplexados temporalmente. Toda esta implementação prática da dissertação foi realizada nas instalações da Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos no INESC Porto, onde foram caracterizados e estudados sensores com diferentes características que poderão ser lidas neste documento. A componente teórica foi efectuada na Universidade da Madeira.

Estado da arte da S.C.I.E. desde 1951 a 2008 e a sua aplicação como especialidade da engenharia

No âmbito da dissertação apresentada à Universidade da Madeira para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, foi desenvolvida uma pesquisa na área da Segurança Contra Incêndio em Edifícios, abreviadamente designada por SCIE, desde 1951 a 2008 e a sua aplicação como especialidade da Engenharia, designadamente ao nível da fenomenologia da combustão, no que concerne à evolução histórica dos organismos, legislação, normas técnicas e factos históricos marcantes ao nível socioeconómico. Foi feita uma abordagem às normas europeias e à sua transcrição para as normas portuguesas devido ao factor político com a entrada de Portugal na C.E.E. em 1986. Neste sentido, este trabalho pretende dar a conhecer a evolução da SCIE em Portugal e exemplifica a sua aplicação como especialidade obrigatória para o licenciamento de qualquer edifício, independentemente da sua Utilização-Tipo à excepção dos estabelecimentos prisionais, instalações das forças armadas, espaços destinados ao armazenamento de explosivos e pirotecnia. O estudo de caso escolhido foi de um edifício de utilização mista da 4ª Categoria de Risco. Identificaram-se as diferenças entre a legislação anterior e o novo Diploma, a evolução histórica e as medidas a implementar no estudo de caso, apresentado no (anexo II), de acordo com o novo quadro legislativo.