Variation of the pore structure of coal chars during gasification

The variation of the pore structure of several coal chars during gasification in air and carbon dioxide was studied by argon adsorption at 87 K and CO2 adsorption at 273 K. It is found that the surface area and volume of the small pores (10 Å for air gasification is constant over a wide range of conversion (>20%), while for CO2 gasification similar results are obtained using the total surface area. However, in the early stages of gasification (

Utilização de ultrassom na conservação de suco de laranja : efeito sobre características físico-químicas, enzimáticas, microbiológicas e sensoriais

O consumo de suco de frutas vem aumentando no Brasil. Entre 2002 e 2009 o consumo de sucos, sejam eles concentrados, em pó, sucos ou néctares, aumentou em 21%. Devido ao seu sabor agradável e doce, e ao seu valor nutricional, o suco de laranja é o suco mais comum fabricado pela indústria de processamento de bebidas. Diversos fatores podem afetar a qualidade do suco de laranja. A microbiota típica presente no suco de laranja pode ser proveniente de várias etapas de sua produção. Em relação às enzimas, a pectinametilesterase (PME) é a principal causadora de alterações em suco laranja. A pasteurização e a esterilização comercial são os métodos de conservação mais comuns utilizados para inativar enzimas e micro-organismos, porém podem causar efeitos adversos em relação às características sensoriais (cor, sabor, aroma, e outros) dos produtos. A tecnologia de ultrassom vem sendo estudada recentemente como uma forma de conservar os alimentos sem causar efeitos indesejáveis como os provocados pelos tratamentos térmicos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização da tecnologia de ultrassom e de ultrassom aliado a temperaturas brandas, como forma de conservar suco de laranja. Para isto, foram analisadas a contagem de mesófilos totais e bolores e leveduras, a atividade da pectinametilesterase, o teor de vitamina C, a cor, o pH, o teor de sólidos solúveis e a estabilidade em relação à turbidez. Ainda, avaliou-se a aceitação sensorial de suco de laranja submetido à termossonicação. Os resultados foram comparados com os obtidos para o suco natural e o suco pasteurizado. Utilizou-se um ultrassom de 40 kHz, associado às temperaturas de 25 ºC, 30 ºC, 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC durante 10 minutos. Os tratamentos utilizando ultrassom a 50 ºC e 60 ºC foram capazes de reduzir a contagem de bolores e leveduras e de mesófilos totais, apresentando uma redução de 3 ciclos logarítmicos. Resultado similar foi encontrado quando realizado o tratamento térmico a 90 ºC por 30 segundos. Observou-se que a aplicação da termossonicação permitiu uma redução significativa na atividade de PME e uma menor perda de vitamina C. O tratamento que apresentou melhor redução na atividade de PME foi utilizando ultrassom 40 kHz com temperatura de 60 ºC. Em relação ao ácido ascórbico, quanto menor a temperatura utilizada em conjunto com a sonicação, menor foi a perda deste composto. O teor de sólidos solúveis, o pH e a cor do suco não foram alterados ao longo do processamento. Avaliando a aceitabilidade do suco, verificou-se que a cor não foi influenciada por nenhum tratamento. Em relação ao aroma, sabor e aceitação global o suco submetido a termossonicação obteve aceitação sensorial superior à encontrada para o suco pasteurizado. Concluiu-se então que a utilização da termossonicação como uma forma de conservação para suco de laranja é viável.

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.

Melhoria do processo produtivo no departamento de tratamentos térmicos do F. Ramada

Na atualidade, devido à situação económico-financeira existente e à elevada competitividade de mercado, é fundamental que as empresas possam produzir o máximo, utilizando para isso o mínimo de recursos disponíveis, eliminando qualquer forma de desperdício que ocorra no seu processo. Por estas razões, são cada vez mais as empresas que seguem a filosofia Lean, orientando toda a sua estrutura produtiva no sentido de obter zero desperdícios, sem interferir com a qualidade do produto final. Com a elaboração deste trabalho, pretende-se fazer uma análise do processo produtivo do setor dos Tratamentos Térmicos, da empresa F. Ramada, identificando os desperdícios que ocorrem ao longo do processo e desenvolver um plano de ações de melhoria, utilizando para isso as ferramentas da metodologia Lean. Em primeiro lugar, fez-se uma análise do processo produtivo, onde foram identificados alguns pontos de melhoria e recolhidos os primeiros dados para uma análise mais aprofundada de cada problema. Posteriormente, estabeleceu-se um plano de ações para eliminar ou minimizar os desperdícios encontrados no processo e procedeu-se à implementação das melhorias. Após a implementação das melhorias, fez-se uma avaliação das mesmas e constatou-se, em todos os casos, uma redução dos desperdícios no processo produtivo (tempos de execução, consumo dos materiais e nos transportes).

Study of thermochemical treatments of cork in the 150-400ºC range using colour analysis and Ftir spectroscopy

A study of chemical transformations of cork during heat treatments was made using colour variation and FTIR analysis. The cork enriched fractions from Quercus cerris bark were subjected to isothermal heating in the temperature range 150–400 ◦C and treatment time from 5 to 90 min. Mass loss ranged from 3% (90 min at 150 ◦C) to 71% (60 min at 350 ◦C). FTIR showed that hemicelluloses were thermally degraded first while suberin remained as the most heat resistant component. The change of CIE-Lab parameters was rapid for low intensity treatments where no significant mass loss occurred (at 150 ◦C L* decreased from the initial 51.5 to 37.3 after 20 min). The decrease in all colour parameters continued with temperature until they remained substantially constant with over 40% mass loss. Modelling of the thermally induced mass loss could be made using colour analysis. This is applicable to monitoring the production of heat expanded insulation agglomerates.

Influência dos Ciclos Térmicos na Soldadura do Aço GRAU 91- SA213 T91 / SA 335 P91

A indústria metalomecânica nacional possui uma larga tradição no fabrico de equipamentos de elevada qualidade nas mais diversas vertentes. Seja em moldes, colunas de geradores de energia eólica, torres de telecomunicações, equipamento para a agropecuária, básculas de camiões ou simplesmente em silos, a indústria metalomecânica portuguesa é reconhecida internacionalmente pela sua competitividade e qualidade. Sectores como o da maquinagem, estampagem e soldadura mantêm viva a economia nacional, exportando produtos e serviços de engenharia que são largamente reconhecidos pelas empresas estrangeiras, tanto na Europa como em África e na América. O sector da construção soldada teve sempre uma forte tradição no nosso país, conhecendo um novo impulso com o fabrico de estruturas metálicas para geradores de energia eólica e torres de telecomunicações. Atualmente esta indústria mantém viva a sua atividade devido a um forte ’know-how’ nesta matéria e a uma qualidade invejável. Apesar do forte ‘know-how’ já existente, esta indústria está constantemente a ser solicitada para novos desafios, passando pela necessidade da aplicação de novos materiais os quais trazem sempre requisitos específicos aos processos, necessitando ser estudados com pormenor. Este estudo baseia-se na necessidade de uma empresa industrial portuguesa precisar de realizar equipamentos em construção soldada com base em aço do tipo Cr-Mo, grau 91, cuja soldadura é tradicionalmente bastante complicada. A realização dos adequados tratamentos ao material, quer antes, quer depois da soldadura, são a garantia de que a qualidade final do produto atinge os níveis exigidos pelos clientes. Assim, o presente estudo, com uma forte componente experimental, permitiu determinar com sucesso quais as melhores condições para o ciclo térmico na soldadura que podem ser aplicadas a esta liga, para que os resultados obtidos possam exibir a qualidade desejada.

Influence of ageing on the properties of bitumen from asphalt mixtures with recycled concrete aggregates

The reuse of recycled concrete aggregates in new hot-mix asphalt can be a more sustainable method of production, but these mixtures may need a heat treatment before compaction to improve their water sensitivity performance. A direct consequence of this treatment is an increase in the hot-mix asphalt resilient modulus. The aim of this paper is to analyse the effect of ageing on the stiffness of asphalt mixtures with different amounts of recycled concrete aggregates, before and after a heat treatment, which was analysed through the assessment of its bitumen properties. Moreover, this paper also aims to analyse whether the rolling thin-film oven test is able to simulate the ageing effect of the heat treatment. In the laboratory work, a paving grade bitumen B50/70 has been used to produce asphalt mixtures with 0% and 30% recycled concrete aggregates, and the bitumen was later characterised (using penetration, softening point, dynamic viscosity and dynamic shear rheometer tests) in various situations, such as when using virgin bitumen, short-term aged bitumen, aged bitumen after heat treatment (simulated with 4 h of rolling thin-film oven test) and bitumen samples recovered from asphalt mixtures with different production mixes (0% and 30% recycled concrete aggregate) and heat treatment conditions (0 and 4 h of curing time in the oven). Based on the results obtained, it could be concluded that the ageing resulting from the heat treatment is the primary cause of the hot-mix asphalt's increased stiffness, while recycled concrete aggregate content has a small influence. Moreover, it could be concluded that when there is no curing time, the recycled concrete aggregate protects the bitumen against ageing. Additionally, it could be stated that the rolling thin-film test is able to adequately simulate the ageing effect of the heat treatment. Thus, this test is useful for determining the ageing suffered by the bitumen when the recycled concrete aggregate mixture is manufactured using a heat treatment.

Estudo e caracterização de espécies portuguesas de madeira termicamente modificada.

A modificação térmica tem-se revelado um método eficaz na melhoria da durabilidade de elementos de madeira. Até ao momento, as aplicações da madeira termicamente modificada (MTM) têm sido limitadas a revestimentos já que o tratamento térmico de tratamento conduz a uma redução significativa das resistências mecânicas da madeira. Contudo, este tratamento térmico poderá valorizar e potenciar a utilização de espécies de madeira menos utilizadas na construção, como são o Eucalipto e o Pinho bravo nacional. Com o objetivo de avaliar o efeito do tratamento térmico nas espécies referidas e, complementarmente, na madeira de Faia e Freixo, realizou-se uma campanha experimental composta por ensaios de caracterização mecânica (compressão paralela às fibras e flexão) e de estabilidade dimensional (retração, inchamento e teor de água de equilíbrio (TAE)). Para efeitos de comparação, todos os ensaios envolveram séries de provetes de cada espécie de madeira natural e MTM. Os resultados obtidos são coerentes com a bibliografia disponível, o aumento da estabilidade dimensional, assim como a diminuição do TAE e das propriedades mecânicas de flexão foram verificadas, permitindo, assim, avaliar a influência da modificação térmica nas propriedades de espécies de madeira presentes em Portugal.

Structural, mechanical and piezoelectric properties of polycrystalline AlN films sputtered on titanium bottom electrodes

Polycrystalline AlN coatings deposited on Ti-electrodes films were sputtered by using nitrogen both as reactive gas and sputtering gas, in order to obtain high purity coatings with appropriate properties to be further integrated into wear resistance coatings as a piezoelectric monitoring wear sensor. The chemical composition, the structure and the morphology of the films were investigated by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy and atomic force microscopy techniques. These measurements show the formation of highly (101), (102) and (103) oriented AlN films with good piezoelectric and mechanical properties suitable for applications in electronic devices. Through the use of lower nitrogen flow a densification of the AlN coating occurs in the microstructure, with an improvement of the crystallinity along with the increase of the hardness. Thermal stability of aluminum nitride coatings at high temperature was also examined. It was found an improvement of the piezoelectric properties of the highly (10x) oriented AlN films which became c-axis (002) oriented after annealing. The mechanical behavior after heat treatment shows an important enhancement of the surface hardness and Young’s modulus, which decrease rapidly with the increase of the indentation depth until approach constant values close to the substrate properties after annealing. Thus, thermal annealing energy promotes not only the rearrangement of Al–N network, but also the occurrence of a nitriding process of unsaturated Al atoms which cause a surface hardening of the film.

Produção e caracterização de filmes finos nanocompósitos de Au-Ag dispersos numa matriz dielétrica, com efeito de ressonância de plasmão de superfície localizado

Dissertação de mestrado em Engenharia de Materiais

Biological behaviour of thin films consisting of Au nanoparticles dispersed in a TiO2 dielectric matrix

In this work it was studied the possible use of thin films, composed of Au nanoparticles (NPs) embedded in a TiO2 matrix, in biological applications, by evaluating their interaction with a well-known protein, Bovine Serum Albumin (BSA), as well as with microbial cells (Candida albicans). The films were produced by one-step reactive DC magnetron sputtering followed by heat-treatment. The samples revealed a composition of 8.3 at.% of Au and a stoichiometric TiO2 matrix. The annealing promoted grain size increase of the Au NPs from 3 nm (at 300 °C) to 7 nm (at 500 °C) and a progressive crystallization of the TiO2 matrix to anatase. A broad localized surface plasmon resonance (LSPR) absorption band (λ = 580–720 nm) was clearly observed in the sample annealed at 500 °C, being less intense at 300 °C. The biological tests indicated that the BSA adhesion is dependent on surface nanostructure morphology, which in turn depends on the annealing temperature that changed the roughness and wettability of the films. The Au:TiO2 thin films also induced a significant change of the microbial cell membrane integrity, and ultimately the cell viability, which in turn affected the adhesion on its surface. The microstructural changes (structure, grain size and surface morphology) of the Au:TiO2 films promoted by heat-treatment shaped the amount of BSA adhered and affected cell viability.

Evolution of the functional properties of titanium–silver thin films for biomedical applications: Influence of in-vacuum annealing

In this work, the thermal stability of TiAgx thin films, deposited by magnetron sputtering, was evaluated, envisaging their application in biomedical devices, namely as electrodes for biosignal acquisition. Based on the composition and microstructural characterization, a set of four representative TiAgx thin films was selected in order to infer whether they are thermally stable in terms of functional properties. In order to achieve this purpose, the structural and morphological evolution of the films with annealing temperature was correlated with their electrical, mechanical and thermal properties. Two distinct zones were identified and two samples from each zone were extensively analysed. In the first zone (zone I), Ti was the main component (Ti-rich zone) while in the second, zone II, the Ag content was more significant. The selected samples were annealed in vacuum at four different temperatures up to 500 oC. For the samples produced within zone I, small microstructural changes were observed due to the recrystallization of the Ti structure and grain size increment. Also, no significant changes were observed with annealing temperature regarding the f l ’ functional properties, being thermally stable up to 500 oC. For higher Ag contents (zone II) the energy supplied by thermal treatments was sufficient to activate the crystallization of Ti-Ag intermetallic phases. A strong increase of the grain size of these phases was also reported. The structural and morphological organization proved to be determinant for the physical responses of the TiAgx system. The hardness and Y g’s modulus were significantly improved with the formation of the intermetallic phases. The silver addition and annealing treatments also played an important role in the electrical conductivity of the films, which was once again improved by the formation of Ti-Ag phases. The thermal diffusivity of the films was practically unchanged with the heat-treatment. This set of results shows that this intermetallic-like thin film system has good thermal stability up to high temperatures (as high as 500 oC), which in case of the highest Ag content zone is particularly evident for electrical and mechanical properties, showing an important improvement. Hardness increases about three times, while resistivity values become half of those from the lowest Ag contents zone. These set of characteristics are consistent with the targeted applications, namely in terms of biomedical sensing devices.

Projecto de componentes estruturais recorrendo a soluções avançadas em aços de alta resistência

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Efeito da adição de Zr no endurecimento de ligas Al-Sc

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Procesos oxidativos en matrices alimentarias complejas. Oxidative processes in complex food matrices.

Las reacciones bioquímicas que ocurren como consecuencia del tratamiento y almacenamiento de los alimentos, mejoran la seguridad alimentaria, las propiedades sensoriales y la vida útil. Sin embargo, el tratamiento térmico, la exposición a la luz y el oxígeno pueden causar daño oxidativo a los lípidos y proteínas. Los procesos oxidativos de matrices complejas tienen características distintivas que no se manifiestan cuando los componentes son sometidos a oxidación individualmente. La hipótesis de trabajo es que la oxidación de proteínas en matrices alimentarias complejas altera la estructura y las propiedades funcionales de las proteínas y, que las modificaciones que se producen varían según las condiciones de procesamiento y de la composición química del alimento. Nuestros estudios intentan demostrar que el estado oxidativo de las proteínas de un alimento es un parámetro importante para la evaluación de las propiedades funcionales, sensoriales y nutricionales de un producto lácteo. El objetivo general del proyecto es el estudio de los procesos de oxidación de matrices alimentarias complejas (la leche, miel) y su relación con distintos procesos y materiales utilizados en la industria. Es decir, nos proponemos estudiar las consecuencias funcionales y biológicas (calidad nutricional, coagulación) de la oxidación proteica en modelos experimentales “in vitro” y en productos comerciales. 1. Estudiar los fenómenos de peroxidación proteica en leche entera y descremada sometida a los distintos procesos tecnológicos de la producción de leche y queso a escala laboratorio. Se realizarán las mismas experiencias con albúmina sérica y con proteínas aisladas de suero de leche para comparar diferencias entre una matriz compleja y una simple. 2. Determinar la relación entre oxidación y composición proteica de la leche, y los cambios en las fracciones proteicas aisladas (caseínas y beta-lactoglobulina). 3. Analizar el impacto de los procesos tecnológicos a nivel de producción primaria (composición proteica y estado de oxidación) en los indicadores de inflamación (contenido de células somáticas y proteína C Reactiva) y de estado redox (capacidad antioxidante de los productos lácteos y nivel de carbonilos de proteinas). 4. Comparar las características de composición química y el estado de oxidación de leche provenientes de las tres regiones (Buenos Aires, Santa Fe y Córdoba) que conforman la cuenca láctea Argentina. Este objetivo se realizará conjuntamente con los integrantes de nuestro grupo de investigación que trabajan en el Laboratorio de Control de Calidad de la Escuela Superior de Lechería. 5. Determinar los metabolitos secundarios de mieles uniflorales propuestos como responsables de la capacidad antioxidante de estas (polifenoles) y como indicadores de su origen botánico. 6. Valorar la capacidad antioxidante total de mieles uniflorales. 7. Validar los métodos analíticos y semicuantitativos utilizados y a utilizar en el presente proyecto teniendo en cuenta lo efectos de matrices típico de los fluidos biológicos y las mezclas. El estudio de las modificaciones oxidativas de matrices complejas es un tema que es importante tanto desde el punto de vista del conocimiento básico como del aplicado. Nosotros creemos que el presente proyecto aportará conocimiento sobre las características de las vías oxidativas de proteínas en matrices complejas y que podrá ser utilizado para diseñar estrategias productivas tendientes a disminuir el deterioro de la calidad de la leche debido a la exposición a energía radiante. Parte de la experiencia ganada por el grupo ha sido ya volcada a subsanar dificultades y problemas de oxidación y deterioro de la calidad de alimentos. Además, se contribuirá a discernir la paradoja que existe en el área sobre las propiedades oxidantes/antioxidantes de los polifenoles y la relación entre estas y el estado oxidativo de un alimento. The biochemical reactions that occur as a result of food treatment and storage, improve food security, sensory properties and shelf life. Heat treatment, exposure to light and oxygen can cause oxidative damage to lipids and proteins. Oxidative processes in complex matrices display distinctive features that do not appear when the components are individually subjected to oxidation. The hypothesis is that protein oxidation in complex food matrices alters the structure and functional properties of proteins and that the modifications vary according to process conditions and food composition. The main goal is to study oxidation of complex food matrices (milk, honey) with different processes and materials used in the industry. The specific aims are: 1. To study protein oxidation in whole milk and skim subject to various technological processes. The same experiences will be done with serum albumin and isolated whey proteins to compare complex and simple matrices. 2. To determine the relationship between oxidation and milk protein composition, and changes in casein and beta-lactoglobulin. 3. Analyze the impact of technological processes at the level of primary production on markers of inflammation and redox (antioxidant capacity and protein carbonyls). 4. Compare characteristics of chemical composition and oxidation state of milk. 5. Determine secondary metabolites of honey responsible for the antioxidant capacity of these. 6. To evaluate the total antioxidant capacity unifloral honey. This project will provide knowledge about characteristics of oxidative pathways of proteins in complex matrices that can be used to design production strategies aimed at reduce the deterioration of milk quality. Also, it would help to discern the paradox that exists on the oxidants/antioxidants properties of polyphenols and the relationship between these and the oxidative status of a food.