Comparison of oxygen mass transfer coefficient in simple and extractive fermentation systems

Aeration and agitation are important variables to ensure effective oxygen transfer rate during aerobic bioprocesses: therefore, the knowledge of the volumetric mass transfer coefficient (k(L)a) is required. In view of selecting the optimum oxygen requirements for extractive fermentation in aqueous two-phase system (ATPS), the k(L)a values in a typical ATPS medium were compared in this work with those in distilled water and in a simple fermentation medium. in the absence of biomass. Aeration and agitation were selected as the independent variables using a 2(2) full factorial design. Both variables showed statistically significant effects on k(L)a, and the highest values of this parameter in both media for simple fermentation (241 s(-1)) and extractive fermentation with ATPS (70.3 s(-1)) were observed at the highest levels of aeration (5 vvm) and agitation (1200 rpm). The k(L)a values were then used to establish mathematical correlations of this response as a function of the process variables. The exponents of the power number (N(3)D(2)) and superficial gas velocity (V(s)) determined in distilled water (alpha = 0.39 and beta = 0.47, respectively) were in reasonable agreement with the ones reported in the literature for several aqueous systems and close to those determined for a simple fermentation medium (alpha=0.38 and beta=0.41). On the other hand, as expected by the increased viscosity in the presence of polyethylene glycol, their values were remarkably higher in a typical medium for extractive fermentation (alpha=0.50 and beta=1.0). A reasonable agreement was found between the experimental data of k(L)a for the three selected systems and the values predicted by the theoretical models, under a wide range of operational conditions. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Localisation of aryl sulfotransferase expression in human tissues using hybridisation histochemistry and immunohistochemistry

To date, the laboratory has cloned seven unique human sulfotransferases; five aryl sulfotransferases (HAST1, HAST2, HAST3, HAST4 and HAST4v), an estrogen sulfotransferase and a dehydroepiandrosterone sulfotransferase. The cellular distribution of human aryl sulfotransferases in human hepatic and extrahepatic tissues has been determined using the techniques of hybridization histochemistry and immunohistochemistry. Human aryl sulfotransferase expression was detected in liver, epithelial cells of the gastrointestinal mucosal layer, epithelial cells lining bronchioles and in mammary duct epithelial cells. (C) 1998 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

Localization of N-acetyltransferases NAT1 and NAT2 in human tissues

Human acetyl coenzyme A-dependent N-acetyltransferase (EC 2.3.1.5) (NAT) catalyzes the biotransformation of a number of arylamine and hydrazine compounds. NAT isozymes are encoded at 2 loci; one encodes NAT1, formerly known as the monomorphic form of the enzyme, while the other encodes the polymorphic NAT2, which is responsible for individual differences in the ability to acetylate certain compounds. Human epidemiological studies have suggested an association between the acetylator phenotype and particular cancers such as those of the bladder and colon. In the present study, NAT1- and NAT2-specific riboprobes were used in hybridization histochemistry studies to localize NAT1 and NAT2 mRNA sequences in formalin-fixed, paraffin-embedded human tissue sections. Expression of both NAT1 and NAT2 mRNA was observed in liver, gastrointestinal tract tissues (esophagus, stomach, small intestine, and colon), ureter, bladder, and lung. In extrahepatic tissues, NAT1 and NAT2 mRNA expression was localized to intestinal epithelial cells, urothelial cells, and the epithelial cells of the respiratory bronchioles. The observed heterogeneity of NAT1 and NAT2 mRNA expression between human tissue types may be of significance in assessing their contribution to known organ-specific toxicities of various arylamine drugs and carcinogens.

Desiccation tolerance of three moss species from continental Antarctica

Tolerance of desiccation was examined in three species of moss, Grimmia antarctici Card., Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid. and Bryum pseudotriquetrum (Hedw.) Gaertn., Meyer et Scherb. collected from two sites of contrasting water availability in the Windmill Islands, continental Antarctica. Physiological tolerance to desiccation was measured using chlorophyll fluorescence in plugs of moss during natural drying in the laboratory. Differences in relative water content, rate of drying and the response of photosynthesis to desiccation were observed among the three species and between sites. Of the three species studied, G. antarctici showed the lowest capacity to sustain photosynthetic processes during desiccation, B. pseudotriquetrum had an intermediate response and showed the greatest plasticity and C. purpureus showed the greatest capacity to sustain photosynthesis during desiccation. These results fit well with the known distribution of the three species with G. antarctici being limited to relatively wet sites, C. purpureus being common in the driest sites and B. pseudotriquetrum showing a wide distribution between these two extremes. Levels of soluble carbohydrates were also measured in these samples following desiccation and these indicate the presence of stachyose, an oligosaccharide known to be important in desiccation tolerance in seeds, in B. pseudotriquetrum. Both gross morphology and carbohydrate content are likely to contribute to differences in desiccation tolerance of the moss species. These results indicate that if the Casey region continues to dry out, as a result of local geological uplifting or global climate change, we would expect to see not only reductions in the moss community but also changes in community composition. G. antarctici is likely to become more limited in distribution as C. purpureus and B. pseudotriquetrum expand into drying areas.

The role of xenobiotic metabolizing enzymes in arylamine toxicity and carcinogenesis: Functional and localization studies

In both animal models and humans, the first and obligatory step in the activation of arylamines is N-hydroxylation. This pathway is primarily mediated by the phase-I enzymes CYP1A1, CYP1A2 and CYP4B1. In the presence of flavonoids such as alpha-naphthoflavone and flavone, both CYP3A4 and CYP3A5 have also been shown to play a minor role in the activation of food-derived heterocyclic amines. The further activation of N-hydroxyarylamines by phase-II metabolism can involve both N,O-acetylation and N,O-sulfonation catalyzed by N-acetyltransferases (NAT1 and NAT2) and sulfotransferases, respectively. Using an array of techniques, we have been unable to detect constitutive CYP1A expression in any segments of the human gastrointestinal tract. This is in contrast to the rabbit where CYP1A1 protein was readily detectable on immunoblots in microsomes prepared from the small intestine. In humans, CYP3A3/3A4 expression was detectable in the esophagus and all segments of the small intestine. Northern blot analysis of eleven human colons showed considerable heterogeneity in CYP3A mRNA between individuals, with the presence of two mRNA species in same subjects. Employing the technique of hybridization histochemistry (also known as in situ hybridization), CYP4B1 expression was observed in some human colons but not in the liver or the small intestine. Hybridization histochemistry studies have also demonstrated variable NAT1 and NAT2 expression in the human gastrointestinal tract. NAT1 and NAT2 mRNA expression was detected in the human liver, small intestine, colon, esophagus, bladder, ureter, stomach and lung. Using a general aryl sulfotransferase riboprobe (HAST1), we have demonstrated marked sulfotransferase expression in the human colon, small intestine, lung, stomach and liver. These studies demonstrate that considerable variability exists in the expression of enzymes involved in the activation of aromatic amines in human tissues. The significance of these results in relation to a role for heterocyclic amines in colon cancer is discussed.

Electromagnetic transients analysis of lightning overvoltages on wind power plants

As wind power generation undergoes rapid growth, lightning and overvoltage incidents involving wind power plants have come to be regarded as a serious problem. Firstly, lightning location systems are discussed, as well as important parameters regarding lightning protection. Also, this paper presents a case study, based on a wind turbine with an interconnecting transformer, for the study of adequate lightning and overvoltage protection measures. The electromagnetic transients circuit under study is described, and computational results are presented.

Simple thermodynamics of jet engines

We use the first and second laws of thermodynamics to analyze the behavior of an ideal jet engine. Simple analytical expressions for the thermal efficiency, the overall efficiency, and the reduced thrust are derived. We show that the thermal efficiency depends only on the compression ratio r and on the velocity of the aircraft. The other two performance measures depend also on the ratio of the temperature at the turbine to the inlet temperature in the engine, T-3/T-i. An analysis of these expressions shows that it is not possible to choose an optimal set of values of r and T-3/T-i that maximize both the overall efficiency and thrust. We study how irreversibilities in the compressor and the turbine decrease the overall efficiency of jet engines and show that this effect is more pronounced for smaller T-3/T-i.

Power converter topologies for wind energy conversion systems: Integrated modeling, control strategy and performance simulation

This paper presents new integrated model for variable-speed wind energy conversion systems, considering a more accurate dynamic of the wind turbine, rotor, generator, power converter and filter. Pulse width modulation by space vector modulation associated with sliding mode is used for controlling the power converters. Also, power factor control is introduced at the output of the power converters. Comprehensive performance simulation studies are carried out with matrix, two-level and multilevel power converter topologies in order to adequately assert the system performance. Conclusions are duly drawn.

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

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

Sistema de accionamento de pás móveis para turbina de impulso

A actual dependência mundial dos combustíveis fósseis e a crescente necessidade de redução do seu consumo têm culminado em novas directrizes de gestão de recursos de energia. A utilização de recursos energéticos renováveis apresenta-se como um caminho vital para o desenvolvimento sustentável da nossa sociedade. Assim sendo, a energia das ondas surge como potencial fonte de energia que muitos autores afirmam como sendo um dos sectores com maior potencial energético por metro quadrado de área. Contudo, esta ainda é uma tecnologia muito recente, que ainda evidencia uma grande diversidade de conceitos e que ainda se encontra numa fase inicial de demonstração. É neste contexto que foi criado o projecto CORES que visa desenvolver uma turbina de impulso com pás guia de posição variável, no âmbito do desenvolvimento de novos dispositivos e componentes para produção de energia através das ondas do mar. Neste trabalho será desenvolvido um sistema de accionamento de pás móveis para a turbina de impulso, tendo como principal objectivo o fabrico de um protótipo. Assim sendo, será realizado o desenvolvimento, dimensionamento e análise dos seus elementos móveis, bem como do sistema de actuação que melhor se adeqúe e permita um correcto funcionamento do conjunto.

Concepção de uma pequena turbina eólica destinada ao segmento doméstico (simplificação e análise aerodinâmica das pás)

O trabalho que se apresenta incide sobre o estudo aerodinâmico das pás de uma turbina eólica de pequeno porte, com vista à simplificação geométrica, de forma a que estas sejam baratas e de fácil concepção. A teoria da quantidade de movimento do elemento de pá (BEMT), que é o modelo de referência para o projecto e análise aerodinâmica das pás das turbinas eólicas, foi utilizada neste trabalho de forma a projectar e analisar aerodinamicamente as pás da turbina. Sendo assim, desenvolveu-se um programa computacional em MATLAB, denominado de “Turbina”, de forma a implementar a teoria BEM. Introduzindo os dados dos parâmetros de projecto no programa (potência requerida, o número de pás, velocidade do vento, a TSR e o tipo de perfil alar), obtêm-se os parâmetros geométricos das pás (distribuição da corda ao longo da envergadura, o raio da pá e a distribuição da torção da pá), os parâmetros aerodinâmicos e de desempenho. Uma pá ideal foi calculada e de seguida foi modificada de forma a obter-se uma pá simples e menos carregada aerodinamicamente. Introduzidas as modificações na geometria da pá ideal, obtiveram-se duas configurações distintas. Uma configuração linear, onde a distribuição da corda e do ângulo de torção se tornam lineares, e outra configuração bi-linear, onde a distribuição da corda continua linear mas o ângulo de torção se torna bi-linear, isto é, a pá é composta por dois troços onde cada troço apresenta uma distribuição linear do ângulo de torção geométrica. As conclusões demonstram que a configuração bi-linear é uma boa alternativa a configuração ideal, apresentando uma redução do desempenho do rotor de 2.8% para um aumento do raio da pá em 1.41%, para se obter a mesma potência da configuração ideal. A análise aos perfis alares, utilizados neste trabalho, foi efectuada a partir dos programas comerciais ICEM e FLUENT. De forma a automatizar a análise de CFD, três programas foram desenvolvidos utilizando a linguagem de programação “C”. Os programas são denominados de “Malha2D”, “Calcula_Coeficientes” e “Plot_Graficos”. Finalmente, um estudo paramétrico foi feito de forma a avaliar a influências das variáveis de projecto no desempenho geral da turbina.

Estudo técnico/económico da instalação de uma central de cogeração numa serração de madeira

O pinheiro tem um papel importante na ecologia e economia nacional. O Pinheiro sofre de uma praga severa, denominada por doença da murchidão dos pinheiros, causada pelo nemátodo da madeira do pinheiro (NMP). Apresenta-se como um verme microscópico, invertebrado, medindo menos de 1,5 mm de comprimento. O contágio entre árvores deve-se a vectores biologicamente conhecidos por longicórneo e capricórnio do pinheiro. Os produtores de madeira de pinho são desta forma obrigados a efectuar tratamentos térmicos (HT), de eliminação do NMP e dos seus vectores para que a exportação da madeira serrada cumpra com a norma NP 4487. De modo a manter a competitividade internacional das empresas nacionais, o impacto dos custos do HT deve ser minimizado. O objectivo desta dissertação é efectuar o estudo técnico-económico da implementação de um sistema de cogeração capaz produzir calor para efectuar o tratamento ao NMP e simultaneamente energia eléctrica para vender à rede pública. As receitas da venda de energia eléctrica poderão contribuir para a minimização dos custos do HT. Tendo em conta que os resíduos das serrações de madeira podem ser usados como combustível consideraram-se para avaliação duas tecnologias de cogeração, um sistema de turbina a vapor clássico (ciclo Rankine) e um sistema Organic Rankine Cycle (ORC), permitindo ambas a queima dos resíduos das serrações de madeira. No que diz respeito à avaliação económica, foi desenvolvido um simulador de tecnologia/modalidade de remuneração que efectua cálculos consoante as necessidades térmicas de cada produtor, a potência eléctrica a instalar e indicadores económicos, VAL, TIR e PAYBACK da instalação do sistema de cogeração. O simulador desenvolvido aplica a nova legislação que enquadra o sistema jurídico e remuneratório da cogeração (DL 23/2010), na qual se consideram duas modalidades, geral e especial. A metodologia desenvolvida foi aplicada num caso real de uma serração de madeira e os principais resultados mostram que as soluções apresentadas, turbina a vapor e sistema ORC, não apresentam viabilidade económica. Através da análise de sensibilidade, conclui-se que um dos factores que mais influência a viabilidade económica do projecto é o tempo de funcionamento reduzido. Sendo uma das soluções apresentada a criação de uma central de cogeração para vários produtores de madeira. Uma possível solução para o problema do reduzido tempo de utilização seria o fornecimento do serviço de tratamentos térmicos a outros produtores de paletes de madeira que não possuem estufa própria.

Fractional-order control and simulation of wind energy systems with PMSG/full-power converter topology

This paper presents a new integrated model for the simulation of wind energy systems. The proposed model is more realistic and accurate, considering a variable-speed wind turbine, two-mass rotor, permanent magnet synchronous generator (PMSG), different power converter topologies, and filters. Additionally, a new control strategy is proposed for the variable-speed operation of wind turbines with PMSG/full-power converter topology, based on fractional-order controllers. Comprehensive simulation studies are carried out with matrix and multilevel power converter topologies, in order to adequately assert the system performance in what regards the quality of the energy injected into the electric grid. Finally, conclusions are duly drawn.

Short-term wind forecasting for energy resources scheduling

This paper proposes a wind power forecasting methodology based on two methods: direct wind power forecasting and wind speed forecasting in the first phase followed by wind power forecasting using turbines characteristics and the aforementioned wind speed forecast. The proposed forecasting methodology aims to support the operation in the scope of the intraday resources scheduling model, namely with a time horizon of 5 minutes. This intraday model supports distribution network operators in the short-term scheduling problem, in the smart grid context. A case study using a real database of 12 months recorded from a Portuguese wind power farm was used. The results show that the straightforward methodology can be applied in the intraday model with high wind speed and wind power accuracy. The wind power forecast direct method shows better performance than wind power forecast using turbine characteristics and wind speed forecast obtained in first phase.