Selective entrainment of sediment graded by size and density under waves

The influence of near-bed sorting processes on heavy mineral content in suspension is discussed. Sediment concentrations above a rippled bed of mixed quartz and heavy mineral sand were measured under regular nonbreaking waves in the laboratory. Using the traditional gradient diffusion process, settling velocity would be expected to strongly affect sediment distribution. This was not observed during present trials. In fact, the vertical gradients of time-averaged suspension concentrations were found to be similar for the light and heavy minerals, despite their different settling velocities. This behavior implies a convective rather than diffusive distribution mechanism. Between the nonmoving bed and the lowest suspension sampling point, fight and heavy mineral concentration differs by two orders of magnitude. This discrimination against the heavy minerals in the pickup process is due largely to selective entrainment at the ripple face. Bed-form dynamics and the nature of quartz suspension profiles are found to be little affected by the trialed proportion of overall heavy minerals in the bed (3.8-22.1%).

Wall mediated transport in confined spaces: Exact theory for low density

We present a theory for the transport of molecules adsorbed in slit and cylindrical nanopores at low density, considering the axial momentum gain of molecules oscillating between diffuse wall reflections. Good agreement with molecular dynamics simulations is obtained over a wide range of pore sizes, including the regime of single-file diffusion where fluid-fluid interactions are shown to have a negligible effect on the collective transport coefficient. We show that dispersive fluid-wall interactions considerably attenuate transport compared to classical hard sphere theory.

Molecular transport in nanopores

Simulation of the transport of methane in cylindrical silica mesopores have been performed using equilibrium and nonequilibrium molecular dynamics (NEMD) as well as dual control volume grand canonical molecular dynamics methods. It is demonstrated that all three techniques yield the same transport coefficient even in the presence of viscous flow. A modified locally averaged density model for viscous flow, combined with consideration of wall slip through a frictional condition, gives a convincing interpretation of the variation of the transport coefficient over a wide range of densities, and for various pore sizes and temperatures. Wall friction coefficients extracted from NEMD simulations are found to be consistent with momentum transfer arguments, and the approach is shown to be more meaningful than the classical slip length concept. (C) 2003 American Institute of Physics.

The need for standardized tests to evaluate the reliability of data transport in wireless medical systems

Wireless medical systems are comprised of four stages, namely the medical device, the data transport, the data collection and the data evaluation stages. Whereas the performance of the first stage is highly regulated, the others are not. This paper concentrates on the data transport stage and argues that it is necessary to establish standardized tests to be used by medical device manufacturers to provide comparable results concerning the communication performance of the wireless networks used to transport medical data. Besides, it suggests test parameters and procedures to be used to produce comparable communication performance results.

Targeting lactate transport suppresses in vivo breast tumour growth

Background: Most cancers, including breast cancer, have high rates of glucose consumption, associated with lactate production, a process referred as “Warburg effect”. Acidification of the tumour microenvironment by lactate extrusion, performed by lactate transporters (MCTs), is associated with higher cell proliferation, migration, invasion, angiogenesis and increased cell survival. Previously, we have described MCT1 up-regulation in breast carcinoma samples and demonstrated the importance of in vitro MCT inhibition. In this study, we performed siRNA knockdown of MCT1 and MCT4 in basal-like breast cancer cells in both normoxia and hypoxia conditions to validate the potential of lactate transport inhibition in breast cancer treatment. Results: The effect of MCT knockdown was evaluated on lactate efflux, proliferation, cell biomass, migration and invasion and induction of tumour xenografts in nude mice. MCT knockdown led to a decrease in in vitro tumour cell aggressiveness, with decreased lactate transport, cell proliferation, migration and invasion and, importantly, to an inhibition of in vivo tumour formation and growth. Conclusions: This work supports MCTs as promising targets in cancer therapy, demonstrates the contribution of MCTs to cancer cell aggressiveness and, more importantly, shows, for the first time, the disruption of in vivo breast tumour growth by targeting lactate transport.

Optical properties and transport in PLD-GaN

We present structural, optical and transport data on GaN samples grown by hybrid, two-step low temperature pulsed laser deposition. The band gap of samples with good crystallinity has been deduced from optical spectra. Large below gap band tails were observed. In samples with the lowest crystalline quality the PL spectra are quite dependent on spot laser incidence. The most intense PL lines can be attributed to excitons bounded to stacking faults. When the crystalline quality of the samples is increased the ubiquitous yellow emission band can be detected following a quenching process described by a similar activation energy to that one found in MOCVD grown samples. The samples with the highest quality present, besides the yellow band, show a large near band edge emission which peaked at 3.47 eV and could be observed up to room temperature. The large width of the NBE is attributed to effect of a wide distribution of band tail states on the excitons. Photoconductivity data supports this interpretation.

Transport properties in microcrystalline silicon solar cells under AM1.5 illumination analysed by two-dimensional numerical simulation

Microcrystalline silicon is a two-phase material. Its composition can be interpreted as a series of grains of crystalline silicon imbedded in an amorphous silicon tissue, with a high concentration of dangling bonds in the transition regions. In this paper, results for the transport properties of a mu c-Si:H p-i-n junction obtained by means of two-dimensional numerical simulation are reported. The role played by the boundary regions between the crystalline grains and the amorphous matrix is taken into account and these regions are treated similar to a heterojunction interface. The device is analysed under AM1.5 illumination and the paper outlines the influence of the local electric field at the grain boundary transition regions on the internal electric configuration of the device and on the transport mechanism within the mu c-Si:H intrinsic layer.

Introdução ao estudo de durabilidade do betão auto-compactável

O âmbito desta dissertação centra-se na temática de estudos de durabilidade do betão auto-compactavel (BAC), cujo cálculo dos constituintes foi feito pelo método de Nepomuceno. Sobre amostras de 40, 55 e 70 MPa, produzidas segundo o método atrás identificado, foram feitos estudos químicos e morfológicos, de propriedades de transporte de mecanismos de degradação e de propriedades indirectas. Os três provetes em estudo de 40, 55 e 70 MPa, apresentam características satisfatórias a nível da microestrutura, propriedades de transporte, carbonatação, penetração de cloretos e análise de ultra-sons. Numa análise comparativa entre as três resistências mecânicas em estudo, verifica-se que as propriedades de durabilidade vão melhorando a medida que a resistência mecânica também aumenta, ou seja, os provete com 70 MPa apresentam as melhores características a nível de durabilidade e os de 40 as piores; os de 55 apresentam propriedades intermédias.

Influence of growth temperature and carrier flux on the structure and transport properties of highly oriented CrO2 on Al2O3 (0001)

In this work we report on the structure and magnetic and electrical transport properties of CrO2 films deposited onto (0001) sapphire by atmospheric pressure (AP)CVD from a CrO3 precursor. Films are grown within a broad range of deposition temperatures, from 320 to 410 degrees C, and oxygen carrier gas flow rates of 50-500 seem, showing that it is viable to grow highly oriented a-axis CrO2 films at temperatures as low as 330 degrees C i.e., 60-70 degrees C lower than is reported in published data for the same chemical system. Depending on the experimental conditions, growth kinetic regimes dominated either by surface reaction or by mass-transport mechanisms are identified. The growth of a Cr2O3 interfacial layer as an intrinsic feature of the deposition process is studied and discussed. Films synthesized at 330 degrees C keep the same high quality magnetic and transport properties as those deposited at higher temperatures.

Electrical transport properties of CuS single crystals

Electrical resistivity, transverse magnetoresistance and thermoelectric power measurements were performed on CuS high quality single crystals in the range 1.2-300 K and under fields of up to 16 T. The zero field resistivity data are well described below 55 K by a quasi-2D model, consistent with a carrier confinement at lower temperatures, before the transition to the superconducting state. The transverse magnetoresistance develops mainly below 30 K and attains values as large as 470% for a 16 T field at 5 K, this behaviour being ascribed to a band effect mechanism, with a possible magnetic field induced DOS change at the Fermi level. The transverse magnetoresistance shows no signs of saturation, following a power law with field Delta rho/rho(0) proportional to H(1.4), suggesting the existence of open orbits for carriers at the Fermi surface. The thermoelectric power shows an unusual temperature dependence, probably as a result of the complex band structure of CuS.

Impact of Sahara dust transport on Cape Verde atmospheric element particles

The objectives of this study were to (1) conduct an elemental characterization of airborne particles sampled in Cape Verde and (2) assess the influence of Sahara desert on local suspended particles. Particulate matter (PM10) was collected in Praia city (14°94'N; 23°49'W) with a low-volume sampler in order to characterize its chemical composition by k0-INAA. The filter samples were first weighed and subsequently irradiated at the Portuguese Research Reactor. Results showed that PM10 concentrations in Cape Verde markedly exceeded the health-based air quality standards defined by the European Union (EU), World Health Organization (WHO), and U.S. Environmental Protection Agency (EPA), in part due to the influence of Sahara dust transport. The PM10 composition was characterized essentially by high concentrations of elements originating from the soil (K, Sm, Co, Fe, Sc, Rb, Cr, Ce, and Ba) and sea (Na), and low concentrations of anthropogenic elements (As, Zn, and Sb). In addition, the high concentrations of PM measured in Cape Verde suggest that health of the population may be less affected compared with other sites where PM10 concentrations are lower but more enriched with toxic elements.

Estudo da implementação de um sistema de vigilância e alarme num recurso hídrico

Neste trabalho estudou-se a implementação de um sistema de vigilância e alerta da qualidade da água de um recurso hídrico, para um possível caso de poluição. Em 25 de Agosto de 2008 foram derramadas 4 toneladas de ácido clorídrico acidentalmente para as águas do rio Febros. Este rio situa-se no concelho de Vila Nova de Gaia e é um pequeno afluente do rio Douro, tendo cerca de 14 km de extensão e tem a particularidade de atravessar o Parque Biológico de Gaia. A falta de uma rápida intervenção e da existência de um plano de ação levou a que parte da fauna e flora fosse destruída. Por este motivo realizou-se este estudo que se baseou na criação de um sistema de vigilância e alerta a ser implementado neste rio. A informação da hidrogeometria do rio e da capacidade de transporte e dispersão de poluentes é indispensável para o bom funcionamento deste sistema. O coeficiente de dispersão longitudinal é um parâmetro muito importante no estudo da qualidade da água. Recorreu-se à utilização da Rodamina WT como marcador, determinando assim a evolução da sua concentração ao longo do tempo e espaço. No cálculo do coeficiente de dispersão foi utilizado o modelo Transient Storage, que demonstrou ser um bom modelo de ajuste aproximando-se dos valores medidos em campo. Para três estações diferentes com distâncias de 290, 390 e 1100 metros do ponto de injeção, obtiveram-se valores de coeficiente de dispersão de 0,18, 0,15 e 0,39 m2/s respetivamente. Os valores do ajuste expressos sob a forma de coeficiente de correlação foram 0,988, 0,998 e 0,986, para a mesma ordem de estações. A constante de rearejamento do rio foi também determinada recorrendo ao método dos marcadores inertes, utilizando o propano como marcador gasoso. A constante determinada próximo de Casal Drijo, entre 2 estações de amostragem a 140 e 290 m do local de injeção, foi de 13,4 dia-1. Com os resultados do coeficiente de dispersão e da constante de rearejamento para além da velocidade e caudal da corrente do rio conseguir-se-á construir o modelo de simulação e previsão de um possível poluente. O sistema de vigilância a implementar sugere-se assim que seja construído por duas partes, uma de análise de evolução da nuvem de poluição e plano de ação outra de monitorização contínua e emissão de alerta. Após uma análise do investimento à implementação deste sistema chegou-se à conclusão que o valor de investimento é de 15.182,00 €.

Dimensionamento de um secador em leito fluidizado para secagem de cereais

O objectivo desta tese é dimensionar um secador em leito fluidizado para secagem de cereais, nomeadamente, secagem de sementes de trigo. Inicialmente determinaram-se as condições de hidrodinâmica (velocidade de fluidização, TDH, condições mínimas de “slugging”, expansão do leito, dimensionamento do distribuidor e queda de pressão). Com as condições de hidrodinâmica definidas, foi possível estimar as dimensões físicas do secador. Neste ponto, foram realizados estudos relativamente à cinética da secagem e à própria secagem. Foi também estudado o transporte pneumático das sementes. Deste modo, determinaram-se as velocidades necessárias ao transporte pneumático e respectivas quedas de pressão. Por fim, foi realizada uma análise custos para que se soubesse o custo deste sistema de secagem. O estudo da secagem foi feito para uma temperatura de operação de 50ºC, tendo a ressalva que no limite se poderia trabalhar com 60ºC. A velocidade de operação é de 2,43 m/s, a altura do leito fixo é de 0,4 m, a qual sofre uma expansão durante a fluidização, assumindo o valor de 0,79 m. O valor do TDH obtido foi de 1,97 m, que somado à expansão do leito permite obter uma altura total da coluna de 2,76 m. A altura do leito fixo permite retirar o valor do diâmetro que é de 0,52 m. Verifica-se que a altura do leito expandido é inferior à altura mínima de “slugging” (1,20 m), no entanto, a velocidade de operação é superior à velocidade mínima de “slugging” (1,13 m/s). Como só uma das condições mínimas é cumprida, existe a possibilidade da ocorrência de “slugging”. Finalmente, foi necessário dimensionar o distribuidor, que com o diâmetro de orifício de 3 mm, valor inferior ao da partícula (3,48 mm), permite a distruibuição do fluido de secagem na coluna através dos seus 3061 orifícios. O inicio do estudo da secagem centrou-se na determinação do tempo de secagem. Além das duas temperaturas atrás referidas, foram igualmente consideradas duas humidades iniciais para os cereais (21,33% e 18,91%). Temperaturas superiores traduzem-se em tempos de secagem inferiores, paralelamente, teores de humidade inicial inferiores indicam tempos menores. Para a temperatura de 50ºC, os tempos de secagem assumiram os valores de 2,8 horas para a 21,33% de humidade e 2,7 horas para 18,91% de humidade. Foram também tidas em conta três alturas do ano para a captação do ar de secagem, Verão e Inverno representando os extremos, e a Meia- Estação. Para estes três casos, foi possível verificar que a humidade específica do ar não apresenta alterações significativas entre a entrada no secador e a corrente de saída do mesmo equipamento, do mesmo modo que a temperatura de saída pouco difere da de entrada. Este desvio de cerca de 1% para as humidades e para as temperaturas é explicado pela ausência de humidade externa nas sementes e na pouca quantidade de humidade interna. Desta forma, estes desvios de 1% permitem a utilização de uma razão de reciclagem na ordem dos 100% sem que o comportamento da secagem se altere significativamente. O uso de 100% de reciclagem permite uma poupança energética de cerca de 98% no Inverno e na Meia-Estação e de cerca de 93% no Verão. Caso não fosse realizada reciclagem, seria necessário fornecer à corrente de ar cerca de 18,81 kW para elevar a sua temperatura de 20ºC para 50ºC (Meia-Estação), cerca de 24,67 kW para elevar a sua temperatura de 10ºC para 50ºC (Inverno) e na ordem dos 8,90 kW para elevar a sua temperatura dos 35ºC para 50ºC (Verão). No caso do transporte pneumático, existem duas linhas, uma horizontal e uma vertical, logo foi necessário estimar o valor da velocidade das partículas para estes dois casos. Na linha vertical, a velocidade da partícula é cerca de 25,03 m/s e cerca de 35,95 m/s na linha horizontal. O menor valor para a linha vertical prende-se com o facto de nesta zona ter que se vencer a força gravítica. Em ambos os circuitos a velocidade do fluido é cerca de 47,17 m/s. No interior da coluna, a velocidade do fluido tem o valor de 10,90 m/s e a velocidade das partículas é de 1,04 m/s. A queda de pressão total no sistema é cerca de 2408 Pa. A análise de custos ao sistema de secagem indicou que este sistema irá acarretar um custo total (fabrico mais transporte) de cerca de 153035€. Este sistema necessita de electricidade para funcionar, e esta irá acarretar um custo anual de cerca de 7951,4€. Embora este sistema de secagem apresente a possibilidade de se realizar uma razão de reciclagem na ordem dos 100% e também seja possível adaptar o mesmo para diferentes tipos de cereais, e até outros tipos de materiais, desde que possam ser fluidizados, o seu custo impede que a realização deste investimento não seja atractiva, especialmente tendo em consideração que se trata de uma instalação à escala piloto com uma capacidade de 45 kgs.

Modelação do transporte e dispersão de um marcador corado no Rio Febros

O rio Febros é um pequeno curso de água, situado no concelho de Vila Nova de Gaia, com cerca de 15 km de extensão, cuja bacia hidrográfica ocupa uma área de aproximadamente 35,4 km2. Nasce em Seixezelo e desagua na margem esquerda do Rio Douro no Cais do Esteiro, em Avintes. Em Maio de 2008, um acidente de viação teve como consequência o derrame de cerca de quatro toneladas de ácido clorídrico que rapidamente convergiu às águas do rio. Apenas um dia depois, o pH desceu para três e muitos foram os peixes que morreram. A solução adoptada para evitar o desaire foi introduzir milhares de litros de água de modo a diluir o ácido presente, ao longo de todo o curso de água. Tal facto não evitou a destruição de parte de um ecossistema, que ainda nos dias de hoje se encontra em recuperação. De forma a avaliar-se o impacto destas possíveis perturbações sejam estas de origem antropogénica ou natural é necessário possuir conhecimentos dos processos químicos tais como a advecção, a mistura devida à dispersão e a transferência de massa ar/água. Estes processos irão determinar o movimento e destino das substâncias que poderão ser descarregadas no rio. Para tal, recorrer-se-á ao estudo hidrogeométrico do curso de água assim como ao estudo do comportamento de um marcador, simulando uma possível descarga. A rodamina WT será o marcador a ser utilizado devido à panóplia de características ambientalmente favoráveis. Os estudos de campo com este corante, realizados em sequência de descarga previamente estudada, fornecem uma das melhores fontes de informação para verificação e validação de modelos hidráulicos utilizados em estudos de qualidade de águas e protecção ambiental. Escolheram-se dois pontos de descarga no Febros, um em Casal Drijo e outro no Parque Biológico de Gaia, possuindo cada um deles, a jusante, duas estações de monitorização. Pelo modelo ADE os valores obtidos para o coeficiente de dispersão longitudinal para as estações Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas e Giestas foram, respectivamente, 0,3622; 0,5468; 1,6832 e 1,7504 m2/s. Para a mesma sequência de estações, os valores da velocidade de escoamento obtidos neste trabalho experimental foram de 0,0633; 0,0684; 0,1548 e 0,1645 m/s. Quanto ao modelo TS, os valores obtidos para o coeficiente de dispersão longitudinal para as estações Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas e Giestas foram, respectivamente, 0,2339; 0,1618; 0,5057e 1,1320 m2/s. Para a mesma sequência de estações, os valores da velocidade de escoamento obtidos neste trabalho experimental foram de 0,0652; 0,0775; 0,1891 e 0,1676 m/s. Os resultados foram ajustados por um método directo, o método dos momentos, e por dois métodos indirectos, os modelos ADE e TS. O melhor ajuste corresponde ao modelo TS onde os valores do coeficiente de dispersão longitudinal e da velocidade de escoamento são aqueles que melhor se aproximam da realidade. Quanto ao método dos momentos, o valor estimado para a velocidade é de 0,162 m/s e para o coeficiente de dispersão longitudinal de 9,769 m2/s. Não obstante, a compreensão da hidrodinâmica do rio e das suas características, bem como a adequação de modelos matemáticos no tratamento de resultados formam uma estratégia de protecção ambiental inerente a futuros impactos que possam suceder.

Transport mechanism in ionic liquid membranes and the study of thiomersal biodegradation

The initial goal of this work was the development of a supported liquid membrane (SLM) bioreactor for the remediation of vaccine production effluents contaminated with a highly toxic organomercurial – thiomersal. Therefore, two main aspects were focused on: 1) the development of a stable supported liquid membrane – using room temperature ionic liquids (RTILs) – for the selective transport of thiomersal from the wastewater to a biological compartment, 2) study of the biodegradation kinetics of thiomersal to metallic mercury by a Pseudomonas putida strain. The first part of the work focused on the evaluation of the physicochemical properties of ionic liquids and on the SLMs’ operational stability. The results obtained showed that, although it is possible to obtain a SLM with a high stability, water possesses nonnegligible solubility in the RTILs studied. The formation of water clusters inside the hydrophobic ionic liquid was identified and found to regulate the transport of water and small ions. In practical terms, this meant that, although it was possible to transport thiomersal from the vaccine effluent to the biological compartment, complete isolation of the microbial culture could not be guaranteed and the membrane might ultimately be permeable to other species present in the aqueous vaccine wastewater. It was therefore decided not to operate the initially targeted integrated system but, instead, the biological system by itself. Additionally, attention was given to the development of a thorough understanding of the transport mechanisms involved in the solubilisation and transport of water through supported liquid membranes with RTILs as well as to the evaluation of the effect of water uptake by the SLM in the transport mechanisms of water-soluble solutes and its effect on SLM performance. The results obtained highlighted the determinant role played by water – solubilised inside the ionic liquids – on the transport mechanism. It became clear that the transport mechanism of water and water-soluble solutes through SLMs with [CnMIM][PF6] RTILs was regulated by the dynamics of water clusters inside the RTIL, rather than by molecular diffusion through the bulk of the ionic liquid. Although the stability tests vi performed showed that there were no significant losses of organic phase from the membrane pores, the formation of water clusters inside the ionic liquid, which constitute new, non-selective environments for solute transport, leads to a clear deterioration of SLM performance and selectivity. Nevertheless, electrical impedance spectroscopy characterisation of the SLMs showed that the formation of water clusters did not seem to have a detrimental effect on the SLMs’ electrical characteristics and highlighted the potential of using this type of membranes in electrochemical applications with low resistance requirements. The second part of the work studied the kinetics of thiomersal degradation by a pure culture of P. putida spi3 strain, in batch culture and using a synthe tic wastewater. A continuous ly stirred tank reactor fed with the synthetic wastewater was also operated and the bioreactor’s performance and robustness, when exposed to thiomersal shock loads, were evaluated. Finally, a bioreactor for the biological treatment of a real va ccine production effluent was set up and operated at different dilution rates. Thus it was possible to treat a real thiomersal-contaminated effluent, lowering the outlet mercury concentration to values below the European limit for mercury effluent discharges.