Técnica de separação de cor para fotocoagulação com luz solar concentrada

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Degradación de efluentes de las industrias del cuero y textil mediante procesos fotocatalíticos heterogéneos empleando la luz solar. Degradation of effluents from the leather and textile industries through heterogeneous photocatalytic processes using sunlight.

El creciente desarrollo de la industria del cuero y textil en nuestro país, y específicamente en la provincia de Córdoba, ha hecho resurgir en los ultimos años una problemática aún no resuelta que es la elevada contaminación de los recursos hídricos. En ambas industrias, la operación de teñido involucra principalmente colorantes de tipo azoico los cuales son "no biodegradables" y se fragmentan liberando aminas aromáticas cancerígenas. Para abordar esta problemática, la fotocatálisis heterogénea aparece como una nueva tecnología que permitiría la completa mineralización de estos colorantes. A través de radiación y un fotocatalizador sólido adecuado se pueden generan radicales libres eficientes para la oxidación de materia orgánica (colorantes) en medio acuoso. En este sentido, se proponen tamices moleculares mesoporosos modificados con metales de transición (MT) como fotocatalizadores potencialmente aptos para la degradación de estos contaminantes. El propósito principal de este proyecto es el diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales mesoporosos que presenten actividad fotocatalítica ya sea mediante la modificación de su estructura con diversos metales fotosensibles y/o empleándolos como soporte de óxido de titanio. Se pretende evaluar estos materiales en la degradación de colorantes intentando desplazar su fotosensibilidad hacia la radiación visible para desarrollar nuevas tecnologías con menor impacto ambiental y mayor aprovechamiento de la energía solar. Para ello se sintetizarán materiales del tipo MCM-41 modificados con distintos MT tales como Fe, Cr, Co, Ni y Zn mediante incorporación directa del ión metálico o impregnación. Al mismo tiempo, tanto estos últimos materiales como el MCM-41 silíceo serán empleados como soporte de TiO2. Sus propiedades fisicoquímicas se caracterizarán mediante distintas técnicas instrumentales y su actividad fotocatalítica se evaluará en la degradación de colorantes azoicos bajo radiación visible. Se seleccionará el catalizador más eficiente y se estudiarán los diversos factores que afectan el proceso de fotodegradación. Así mismo, el análisis de la concentración del colorante y los productos presentes en el medio en función del tiempo de reacción permitirá inferir sobre la cinética de la decoloración y postular posibles mecanismos de fotodegradación. Con esta propuesta se espera contribuír al desarrollo de un sector industrial importante en nuestra provincia como es el de las industrias del cuero y textil, mediante la generación de nuevas tecnologías que empleen la energía solar para la degradación de sus efluentes (colorantes). En este sentido, se espera desarrollar nuevos materiales optimizados para lograr la mayor eficiencia fotocatalítica. Esto conduciría entonces hacia la remediación de un problema ambiental de alto impacto tanto para nuestra provincia y nuestro país como para la población mundial, como es la contaminación de los recursos hídricos. Finalmente, con este proyecto se contribuirá a la formación de dos doctorandos y un maestrando, cuyos temas de tesis están vinculados con nuestro objeto de estudio. The increasing development of the textile and leather industries in our country, and specifically in Córdoba, has revived an unresolved problem that is the high contamination of water resources. In both industries, the dyeing involves mainly type azoic dyes which are not biodegradable and break releasing carcinogenic aromatic amines. Heterogeneous photocatalysis appears as a new technology that would allow the complete mineralization of these pollutants. Through radiation and a suitable solid it is possible to generate free radicals for efficient oxidation of organic matter (dyes) in aqueous medium. In this respect, mesoporous molecular sieves modified with transition metals are proposed as potential photocatalysts. The main purpose of this project is the synthesis of mesoporous materials having photocatalytic activity for the degradation of dyes. We will try to move their photosensitivity to visible radiation to develop new technologies with lower environmental impact and greater use of solar energy. Materials MCM-41 modified with metals (Fe, Cr, Co, Ni and Zn) will be synthesized by direct incorporation or impregnation. These materials and the siliceous MCM-41 will be then employed as support of TiO2. The materials will be evaluated in the photocatalytic degradation of azoic dyes under visible radiation. The influence of different factors on the photodegradation proccess will be studied. Kinetic studies will be carried out and a possible reaction way will be proposed. Thus, this work will contribute to the advancement of an important industrial sector and the remediation of an environmental problem with high impact for our province and our country. Moreover, this proyect will contribute to the development of two doctoral tesis and one magister tesis which are vinculated with our study subject.

UTILIZAÇÃO DO COMPÓSITO NANOESTRUTURADO SIO2/TIO2NA FOTODEGRADAÇÃO DE CORANTES TÊXTEIS COM LUZ SOLAR NATURAL

SiO2/TiO2 nanostructured composites with three different ratios of Si:Ti were prepared using the sol-gel method. These materials were characterized using energy dispersive X-ray fluorescence, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, high-resolution transmission electron microscopy, photoluminescence, Raman with Fourier transform infrared spectroscopy, and the specific surface area. The band gaps of materials were determined by diffuse reflectance spectra, and the values of 3.20 ± 0.01, 2.92 ± 0.02, and 2.85 ± 0.01 eV were obtained as a result of the proportional increases in the amount of Ti within the composite. The materials exhibit only the anatase (TiO2) crystalline phase and have crystalline domains ranging from 4 to 5 nm. The photodegradation process of methylene blue, royal blue GRL, and golden yellow GL dyes were studied with respect to their contact times, pH variations within the solution, and the variations in the dye concentration of the solution in response to only sunlight. The maximum amount of time for the mineralization of dyes was 90 min. The kinetics of the process follows an apparently first order model, in which the obtained rate constant values were 5.72 × 10-2 min-1 for methylene blue, 6.44 × 10-2min-1 for royal blue GRL, and 1.07 × 10-1min-1 for golden yellow.

Desempenho animal em sistema silvipastoril com acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) e rendimento de matéria seca de cultivares de Panicum maximum Jacq. sob dois regimes de luz solar

Esse estudo foi compreendido por dois experimentos de campo, no período de outubro/2003 a abril/2004, na Fundação Estadual de Pesquisa Agropecuária (FEPAGRO), localizado em Tupanciretã, no Planalto Médio, região ecoclimática do RS. O principal objetivo do primeiro experimento foi avaliar o desempenho de novilhas de corte e a dinâmica de três pastos constituídos por Panicum maximum cvs. Gatton e Aruana e por Digitaria diversinervis em um sistema silvipastoril (SSP), associadas com acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) sob duas densidades arbóreas (833 e 500 árvores/ha). Os resultados mostraram que não houve efeito da densidade arbórea com relação à dinâmica dos pastos e no desempenho animal. As cvs. de P. maximum apresentaram maiores resultados de massa de forragem residual do que a D. diversinervis. A taxa de acúmulo diário de MS, forragem total, oferta de forragem real e relação folha/colmo não diferiram entre as espécies. A cv. Gatton obteve maior resultado de forragem disponível quando comparado com a D. diversinervis. O ganho médio diário, ganho por área, animais.dia/ha, lotação animal e carga animal média também não diferiram com relação as forrageiras. O objetivo do segundo experimento foi avaliar o rendimento de matéria seca total de cinco cultivares de Panicum maximum, crescendo dentro e fora de um bosque de Eucalyptus sp. de 17 anos de idade, estabelecido na densidade de 1111 árvores/ha. A produção media de MS e a taxa de crescimento diário foram significativamente menores (P≤0.05) na condição de sombra (5.529 kg/ha) do que em pleno sol (22.346 kg/ha). Na condição de sombra, os resultados das cvs. não diferiram, enquanto que os resultados em pleno sol apresentaram diferenças significativas (P≤0,01), onde a cv. Tanzânia apresentou menores resultados no rendimento de matéria seca e taxa de crescimento e a cv. Mombaça os maiores resultados Pode-se concluir que as cvs. Mombaça, Tobiatã, Gatton e Vencedor são boas promissoras para o uso em SSP. Esse estudo indicou claramente altos níveis de desempenho animal sob pastejo em SSP com algumas cvs. de P. maximum selecionadas ou D. diversinervis usando Acacia-Negra no Sul do Brasil.

Estratégias para ajuste do ciclo vigília-sono de adolescentes aos horários escolares matutinos: a educação sobre o sono e a exposição a luz solar

In adolescents, who tend to sleep and wake-up later, the school schedule in the morning is associated with sleep advancement and shortening besides bedtime and wake-up time irregularity between week and weekend days. As a result, there is an increase in daytime sleepiness and a drop in cognitive performance that interfer in students performance in classroom. These consequences reinforce the need to evaluate alternatives that help the adolescent to adapt their sleep needs to the time of start of classes in the morning. Accordingly, the general aim of this study was to evaluate the effects of a sleep program education and sunlight exposure in early morning on sleep-wake cycle (SWC) and daytime sleepiness of adolescents. The students chronotype were evaluated by the Horne-Ostberg questionnaire and the health and usual sleep habits by "the health and the sleep questionnaire. The SWC patterns were assessed by sleep log, the daytime sleepiness by Karolinska Sleepiness Scale (KSS) and the alertness by the Psychomotor Vigilance Test (PVT). These parameters were compared before and after a sleep education program and before and during the sunlight exposure. The sleep program was effective in increasing sleep knowledge of adolescents, in promoting a reduction of bedtime and wake-up time irregularity and increasing the sleep duration in school days. The sunlight exposure effect was evaluated in the return to classes after vacation due to the difference in sleep patterns between school and vacation days. During the intervention week it was observed an advance of sleep schedules, an increase on sleep duration and alertness at the end of the morning. Assessed separately, sleep education and sunlight exposure should contribute to minimize adolescents partial sleep deprivation, but daytime sleepiness effect must be better investigated. These strategies should be used jointly by school members to improve health and performance of their students

Efeito do exercício físico matinal realizado sob luz solar no ciclo vigília-sono de adolescentes

The sleep onset and offset delay at adolescence in relation to childhood. Besides biological causes, some external factors as academic obligations and socialization contributes, increasing the burden of school and socialization. However, morning school schedules reduce sleep duration. Besides light strong effect, studies in humans have indicated that exercise influence circadian synchronization. To evaluate the effect of the morning exercise under sunlight on sleep-wake cycle (SWC) of adolescents, 160 high school students (11th year) were exposed to the following conditions: lesson in usual classroom (Group C), lesson in swimming pool exposed to sunlight (Group E), half of them carrying through physical activity (EE) and the other resting (EL). Each experimental group met two stages: assessment of SWC 1 week before and 1 week during the intervention, which was held in Monday and Wednesday between 7:45 and 8:30 am. In the baseline, there were applied the questionnaires "Health and Sleep" and cronotype evaluation (H & O). In addition, students were evaluated before and during the intervention by "Sleep Diary", "Karolinska Sleepiness Scale" (KSS), Psychomotor Vigilance Test (PVT) and actimetry. During the intervention, there was a delay in wake-up time on the weekend and a trend to greater sleep duration on week for the three groups. At the weekend, only the groups EE and EL increased sleep duration. There was no difference in bedtime, irregularity of sleep schedules and nap variables. The sleepiness showed a circadian pattern characterized by higher alertness levels at 11:30 am and sleepiness levels at bedtime and wake-up time on week. On weekends there were higher levels of alertness in these times. In the days of intervention, there was an increase of sleepiness at 11:30 am for groups EL and EE, which may have been caused by a relaxing effect of contact with the water of the pool. In addition, the group EE showed higher alert levels at 14:30 pm on Monday and at 8:30 am in the Wednesday, possibly caused by exercise arousal effect. The reaction time assessed through the TPV did not vary between the stages. The sleep quality improved in the three groups in the second stage, making impossible the evaluation of intervention effect. However, the sleep quality increased on Monday and Tuesday only on the group EE. From the results, it is suggested that the intervention promoted effects on the sleepiness at some day hours. In other SWC variables there were no effects, possibly due to a large SWC irregularity on weekends. Thus, the evaluation of higher weekly frequency EF is necessary, since only two days were insufficient to promote greater effect on adolescents SWC

Degradación de efluentes de las industrias del cuero y textil mediante procesos fotocatalíticos heterogéneos empleando la luz solar.

El creciente desarrollo de la industria del cuero y textil en nuestro país, y específicamente en la provincia de Córdoba, ha hecho resurgir en los ultimos años una problemática aún no resuelta que es la elevada contaminación de los recursos hídricos. En ambas industrias, la operación de teñido involucra principalmente colorantes de tipo azoico los cuales son "no biodegradables" y se fragmentan liberando aminas aromáticas cancerígenas. Para abordar esta problemática, la fotocatálisis heterogénea aparece como una nueva tecnología que permitiría la completa mineralización de estos colorantes. A través de radiación y un fotocatalizador sólido adecuado se pueden generan radicales libres eficientes para la oxidación de materia orgánica (colorantes) en medio acuoso. En este sentido, se proponen tamices moleculares mesoporosos modificados con metales de transición (MT) como fotocatalizadores potencialmente aptos para la degradación de estos contaminantes. El propósito principal de este proyecto es el diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales mesoporosos que presenten actividad fotocatalítica ya sea mediante la modificación de su estructura con diversos metales fotosensibles y/o empleándolos como soporte de óxido de titanio. Se pretende evaluar estos materiales en la degradación de colorantes intentando desplazar su fotosensibilidad hacia la radiación visible para desarrollar nuevas tecnologías con menor impacto ambiental y mayor aprovechamiento de la energía solar. Para ello se sintetizarán materiales del tipo MCM-41 modificados con distintos MT tales como Fe, Cr, Co, Ni y Zn mediante incorporación directa del ión metálico o impregnación. Al mismo tiempo, tanto estos últimos materiales como el MCM-41 silíceo serán empleados como soporte de TiO2. Sus propiedades fisicoquímicas se caracterizarán mediante distintas técnicas instrumentales y su actividad fotocatalítica se evaluará en la degradación de colorantes azoicos bajo radiación visible. Se seleccionará el catalizador más eficiente y se estudiarán los diversos factores que afectan el proceso de fotodegradación. Así mismo, el análisis de la concentración del colorante y los productos presentes en el medio en función del tiempo de reacción permitirá inferir sobre la cinética de la decoloración y postular posibles mecanismos de fotodegradación. Con esta propuesta se espera contribuír al desarrollo de un sector industrial importante en nuestra provincia como es el de las industrias del cuero y textil, mediante la generación de nuevas tecnologías que empleen la energía solar para la degradación de sus efluentes (colorantes). En este sentido, se espera desarrollar nuevos materiales optimizados para lograr la mayor eficiencia fotocatalítica. Esto conduciría entonces hacia la remediación de un problema ambiental de alto impacto tanto para nuestra provincia y nuestro país como para la población mundial, como es la contaminación de los recursos hídricos. Finalmente, con este proyecto se contribuirá a la formación de dos doctorandos y un maestrando, cuyos temas de tesis están vinculados con nuestro objeto de estudio.

Desenvolvimento de um concentrador solar fixo para foto-estimulação

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Aplicació de calculadora solar

El present treball fi de carrera consisteix en la realització de l'estudi, disseny i implementació d'una aplicació informàtica dins de la temàtica dels sistemes d'informació geogràfica (SIG) per realitzar el càlcul de la quantitat de llum solar rebuda pels diferents edificis d'una ciutat. L'aplicació s'ha desenvolupat sota l'entorn de GeoMedia, una plataforma comercial per tractar dades SIG, i ha estat programada en Visual Basic fent servir l'entorn Visual Studio 2012.

Disponibilidade de luz em macieiras 'Fuji' cobertas com telas antigranizo e seus efeitos sobre a fotossíntese, o rendimento e a qualidade dos frutos

Em pomares de macieira, o dano de granizo pode ser evitado através da cobertura das plantas com telas. Todavia, as telas alteram a intensidade e a qualidade da luz solar e, assim, podem comprometer o rendimento e a qualidade dos frutos. Este trabalho objetivou avaliar estes aspectos em macieiras 'Fuji', cobertas com telas nas cores branca e preta. A tela preta ocasionou maiores reduções na densidade de fluxo de fótons fotossinteticamente ativos (DFFFA) disponíveis às plantas (24,8%) em relação à tela branca (21,2%). O interior do dossel das plantas sob tela, especialmente quando cobertas com tela preta, recebeu radiação com menores valores da relação vermelho:vermelho distante (V:Vd) em relação às plantas descobertas. Somente sob tela preta, a magnitude das reduções na DFFFA e na relação V:Vd da luz foi capaz de aumentar a área média e a área específica das folhas e reduzir a taxa fotossintética potencial, reduzindo assim o rendimento (número e peso de frutos por cm² de seção transversal de tronco) e a coloração vermelha dos frutos. As telas antigranizo branca e preta reduziram a incidência de queimadura de sol, porém não afetaram a severidade de "russeting" e o número de sementes por fruto.

Efeito da disponibilidade de água e de luz na colonização micorrízica e no crescimento de Tabebuia avellanedae Lorentz ex Griseb. (Bignoniaceae)

Em plantas cultivadas em substrato não esterilizado, inoculado ou não com fungos micorrízicos arbusculares, analisou-se, através de dois experimentos em separado, o efeito de quatro intensidades de luz (70%, 50%, 30% e 4% da luz solar incidente) e de dois regimes hídricos (saturado e insaturado) sobre o crescimento e micorrização de plântulas de Tabebuia avellanedae Lorentz ex Griseb. (ipê-roxo; Bignoniaceae). As variáveis analisadas foram área foliar, massa seca à altura do caule, taxas de crescimento, densidade estomática, teor de prolina e intensidade de colonização micorrízica. As plântulas apresentaram diferenças morfológicas, fisiológicas e na intensidade de colonização micorrízica, em função dos tratamentos aplicados. Essas diferenças foram no sentido de minimizar os possíveis estresses causados por intensidade luminosa e disponibilidade hídrica desfavoráveis. Os resultados permitiram o relato de que os ajustamentos morfológicos e fisiológicos apresentados pela espécie podem conferir a ela vantagens no estabelecimento de plântulas em clareiras e ambientes mais secos e, também, na sobrevivência em ambientes mais sombreados.

Crescimento inicial de Euterpe edulis Mart. em diferentes regimes de luz

Plantas sob forte sombreamento (2% ou 6% da luz solar direta) apresentaram, em relação às plantas sob maior nível de luz, menor biomassa, menores taxas de crescimento, menor razão raiz/parte aérea, menor massa foliar específica (MFE), menor razão clorofila a/b e maior razão de área foliar (RAF). Com o aumento da irradiância as plantas apresentaram três tipos de comportamento, dependendo da quantidade de luz dada: 1) até cerca de 20% da luz solar direta as plantas apresentaram, com aumento da luz, aumento de biomassa, das taxas de crescimento relativo (TCR) e de assimilação líquida (TAL), maior alocação de biomassa para a raiz, maior número de folhas, maior MFE, maior razão clorofila a/b e menor razão de peso foliar (RPF) e RAF; 2) entre 20% e 70% de luz as plantas não mostraram alterações morfológicas ou fisiológicas com aumento na quantidade de luz, à exceção de um aumento na razão clorofila a/b; e 3) plantas crescendo em luz solar plena apresentaram uma redução do crescimento em massa seca. As plantas transferidas de 4% para 20 ou 30% de luz mostraram respostas similares àquelas das plantas crescidas sempre em mais luz. A densidade de estômatos mostrou uma leve tendência ao aumento em plantas transferidas para maior quantidade de luz. O menor crescimento em níveis mais fortes de sombreamento e o maior crescimento com aumento de irradiância até 20-30% da luz solar total sugere que a espécie possa se beneficiar do aparecimento de clareiras para sua regeneração. O menor desempenho das plantas em condições de luz plena ou forte sombreamento sugere menor capacidade competitiva da espécie em grandes clareiras ou sob dossel fechado.

Produção de óleos essenciais em plantas de Mentha x piperita L. var. piperita (Lamiaceae) submetidas a diferentes níveis de luz e nutrição do substrato

Mentha x piperita L. var. piperita (hortelã-pimenta) é bastante utilizada devido à presença de óleos essenciais, principalmente pelo componente mentol, produzidos nos tricomas glandulares. Foi avaliada a influência da intensidade de luz e da adubação do substrato na quantidade e qualidade do óleo essencial. As intensidades de luz utilizadas foram 100%, 70% e 50% da luz solar total e dois níveis de nutrição do substrato aplicados, solo de mata e solo de mata com adição de adubo orgânico. A alta intensidade de luz e a adubação favoreceram o crescimento em biomassa, influenciando no rendimento do óleo essencial por planta. A intensidade de luz e a adubação influenciaram na qualidade do óleo essencial, apresentando as plantas sob luz solar plena e adubadas apresentaram maior concentração relativa de mentol que plantas sombreadas ou sem adubo. O mentol foi o componente majoritário encontrado no óleo essencial.

La luz natural en las escuelas.

Se trata el problema del alumbrado en las escuelas españolas. A veces la iluminación puede conseguirse con luz natural de forma meticulosamente estudiada, pero en la mayoría de los casos es necesario un complemento de luz artificial. Se dan pautas para usar la luz del día según la orientación de los edificios, cómo debe entrar la luz del sol en las clases, el tamaño de las ventanas, disposición de los pupitres, de las pizarras, cómo colocar luz artificial para crear un ambiente adecuado para el estudio y la necesidad de techos inclinados para regular la luz solar, así como la decoración de la clase en lo que a pintura de paredes y tonos de los elementos decorativos se refiere. Se concluye con un modelo ideal de escuela para aprovechar la luz natural, dirigido expresamente, a los arquitectos que anteponen los estético a lo práctico y funcional.

Construção e avaliação térmica de um fogão solar tipo caixa

The present work presents a contribution in the study of modelings of transference of heat for foods submitted to the experimental tests in the considered solar oven, where the best modeling for the beefburger of chicken in study was evaluated, comparing the results, considering this food as a half-infinite(1er object considered model) and,after that, considered the chicken beefburger as a plain plate in transient regimen in two distinct conditions: not considering and another model considering the contribution of the generation term, through the Criterion of Pomerantsev. The Sun, beyond life source, is the origin of all the energy forms that the man comes using during its history and can be the reply for the question of the energy supplying in the future, a time that learns to use to advantage in rational way the light that this star constantly special tax on our planet. Shining more than the 5 billion years, it is calculated that the Sun still in them will privilege for others 6 billion years, or either, it is only in the half of its existence and will launch on the Earth, only in this year, 4000 times more energy that we will consume. Front to this reality, would be irrational not to search, by all means technical possible, to use to advantage this clean, ecological and gratuitous power plant. In this dissertation evaluate the performance of solar cooker of the type box. Laboratory of Solar Energy of the Federal University of the Great River of North - UFRN was constructed by the group (LES) a model of solar stove of the type box and was tested its viability technique, considering modeling foods submitted when baking in the solar oven, the cooker has main characteristic the easiness of manufacture and assembly, the low cost (was used material accessible composition to the low income communities) and simplicity in the mechanism of movement of the archetype for incidence of the direct solar light. They had been proposals modeling for calculations of food the minimum baking time, considering the following models of transference of heat in the transient state: object the halfinfinite, plain plate and the model of the sphere to study the necessary temperature for the it bakes of bread (considering spherical geometry). After evaluate the models of transmission of heat will be foods submitted you the processes of to it bakes of, the times gotten for the modeling with the experimental times of it bakes in the solar oven had been compared, demonstrating the modeling that more good that it portraies the accuracies of the results of the model