Robust model-order reduction of complex biological processes

This paper addresses robust model-order reduction of a high dimensional nonlinear partial differential equation (PDE) model of a complex biological process. Based on a nonlinear, distributed parameter model of the same process which was validated against experimental data of an existing, pilot-scale BNR activated sludge plant, we developed a state-space model with 154 state variables in this work. A general algorithm for robustly reducing the nonlinear PDE model is presented and based on an investigation of five state-of-the-art model-order reduction techniques, we are able to reduce the original model to a model with only 30 states without incurring pronounced modelling errors. The Singular perturbation approximation balanced truncating technique is found to give the lowest modelling errors in low frequency ranges and hence is deemed most suitable for controller design and other real-time applications. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Effect of weight reduction on liver histology and biochemistry in patients with chronic hepatitis C

Background: Steatosis occurs in more than 50% of patients with chronic hepatitis C and is associated with increased hepatic fibrosis. In many of these patients the pathogenesis of steatosis appears to be the some as for patients with non-alcoholic fatty liver disease-that is, related to visceral adiposity and obesity. Methods: The effect of a three month weight reduction programme on liver biochemistry and metabolic parameters was examined in 19 subjects with steatosis and chronic hepatitis C. Paired liver biopsies were performed in 10 subjects, prior to and 3-6 months following the intervention, to determine the effect of weight loss on liver histology. Results: There was a mean weight loss of 5.9 (3.2) kg and a mean reduction in waist circumference of 9.0 (5.0) cm. In 16 of the 19 patients, serum alanine aminotransferase levels fell progressively with weight loss. Mean fasting insulin fell from 16 (7) to 11 (4) mmol/l (p

A comparative study of carbon gasification with O-2 and CO2 by density functional theory calculations

A comparative study of carbon gasification with O-2 and CO2 was conducted by using density functional theory calculations. It was found that the activation energy and the number of active sites in carbon gasification reactions are significantly affected by both the capacity and manner of gas chemisorption. O-2 has a strong adsorption capacity and the dissociative chemisorption of O-2 is thermodynamically favorable on either bare carbon surface or even isolated edge sites. As a result, a large number of semiquinone and o-quinone oxygen can be formed indicating a significant increase in the number of active sites. Moreover, the weaker o-quinone C-C bonds can also drive the reaction forward at (ca. 30%) lower activation energy. Epoxy oxygen forms under relatively high O-2 pressure, and it can only increase the number of active sites, not further reduce the activation energy. CO2 has a lower adsorption capacity. Dissociative chemisorption of CO2 can only occur on two consecutive edge sites and o-quinone oxygen formed from CO2 chemisorption is negligible, let alone epoxy oxygen. Therefore, CO2-carbon reaction needs (ca 30%) higher activation energy. Furthermore, the effective active sites are also reduced by the manner Of CO2 chemisorption. A combination of the higher activation energy and the fewer active sites leads to the much lower reaction rate Of CO2-carbon.

A randomized trial of aggressive lipid reduction for improvement of myocardial ischemia, symptom status, and vascular function in patients with coronary artery disease not amenable to intervention

PURPOSE: To determine the effects of aggressive lipid lowering on markers of ischemia, resistance vessel function, atherosclerotic burden, and Symptom status in patients with symptomatic coronary artery disease. METHODS: Sixty consecutive patients with coronary artery disease that was unsuitable for revascularization were assigned randomly to either usual therapy of lipids for patients with a low-density lipoprotein (LDL) cholesterol target level <116 mg/dL, or to a, more aggressive lipid-lowering strategy involving up to 80 mg/d of atorvastatin, with a target LDL cholesterol level <77 mg/dL. The extent and severity of inducible ischemia (by dobutamine echocardiography), vascular function.(brachial artery reactivity), atheroma burden (carotid intima-media thickness), and symptom status were evaluated blindly at baseline and after 12 weeks of treatment. RESULTS: After 12 weeks of treatment, patients in the aggressive therapy group had a significantly greater decrease in mean (+/- SD) LDL cholesterol level than those in the usual care group (29 +/- 38 mg/dL vs. 7 +/- 24 mg/dL, P = 0.03). Patients in the aggressive therapy group had a reduction in the number of ischemic wall segments (mean between-group difference of 1.3; 95% confidence interval: 0.1 to 2.0; P = 0.04), flow-mediated dilatation (mean between-group difference of 5.9%; 95% confidence interval: 2.5% to 9.4%; P = 0.001), and angina score after 12 weeks. There were no significant changes in atherosclerotic burden in either group. CONCLUSION: Patients with symptomatic coronary artery disease who are treated with aggressive lipid lowering have improvement of symptom status and ischemia that appears to reflect improved vascular function but not atheroma burden. Am J Med. 2003;114:445-453. (C) 2003 by Excerpta Medica Inc.

Matéria orgânica do solo e emissão de C-CO2 em diferentes manejos e cultivos agrícolas

O manejo do solo deve ser realizado de tal forma que garanta a produção sustentável ao longo dos anos. Dentre as técnicas empregas, o manejo agroecológico e o plantio direto favorecem a manutenção da cobertura do solo e o aporte de matéria orgânica. Partindo da hipótese de que o maior aporte de resíduos culturais aumenta o conteúdo e estoque de matéria orgânica no solo, bem como reduz a emissão de C-CO2, o objetivo geral da pesquisa foi avaliar o impacto do manejo na matéria orgânica do solo e na emissão de C-CO2, nos períodos secos e chuvosos em diferentes cultivos agrícolas. O capítulo 1 foi desenvolvido na comunidade de Feliz Lembrança, Alegre–ES, onde foram avaliados sistemas de manejo em pastagem (PAST), café a pleno sol (PS) e café em sistema agroflorestal (SAF) e uma mata nativa (MN). O capítulo 2 foi desenvolvido no Incaper de Domingos Martins, onde se avaliou tratamentos de plantio direto de hortaliças sob palhada de gramínea (PD-G), leguminosa (PD-L), consórcio gramínea/leguminosa (PD-GL) e convencional utilizando enxada rotativa no pré-plantio (PC)em um delineamento de blocos casualizados. Amostras de solos em diferentes camadas foram coletadas para caracterização química e da matéria orgânica. Foram realizadas medições de emissão de C-CO2, temperatura do solo, umidade do solo e C biomassa microbiana do solo in situ. Foi utilizada análise de variância multivariada, vinculada a teste de aleatorização e aplicação de contrastes ortogonais no capítulo 1 e análise de variância aplicando teste F e teste de médias no capítulo 2. O SAF apresentou maior conteúdo de C orgânico total (19,8 g/kg) na camada de 0 a 5 cm e a PAST em subsuperfície. O menor estoque de C e N e os maiores valores de quociente metabólico foram encontrados no PS. O SAF reduziu a emissão de C-CO2 em 1,93 Mg ha-1 ano-1 em relação ao PS. O C orgânico total variou de 34,94 a 50,48 g/kg no PD-GL enquanto no sistema PC essa variação foi de 27,11 a 43,74 g/kg no perfil amostrado. A emissão média anual foi de 15,89 Mg C-CO2 ha-1 ano-1para a PD-G enquanto o PD-GL foi de 13,77; PD-L de 13,09 e PC de 11,20 Mg C-CO2 ha-1 ano-1. No PC, o balanço de C foi negativo (-2,15Mg ha-1), além de apresentar as menores médias anuais de umidade do solo e C biomassa microbiana e maior Qmet anual. Sistemas com contínuo e diversificado aporte de matéria orgânica promovem redução na emissão de C-CO2, bem como atuam no sequestro de C atmosférico.

Avaliação da voz em pacientes submetidos à cordectomia com laser de CO2

OBJETIVO: Avaliar a voz de pacientes portadores de carcinomas iniciais glóticos submetidos à cordectomia com laser de CO2. MÉTODO: Foram avaliados 15 pacientes com diagnóstico de carcinoma espinocelular Tis e T1 glóticos. A avaliação foi feita por meio da análise perceptivo auditiva da voz, pela análise acústica computadorizada e videolaringoestroboscópica. Os pacientes responderam a um questionário de avaliação geral da voz e um protocolo de qualidade de vida relacionado à voz (QVV). Os resultados foram comparados aos de um grupo controle de indivíduos com laringes normais. RESULTADOS: A análise perceptivo-auditiva da voz revelou que a maioria dos pacientes submetidos à cordectomia apresentou algum grau de disfonia, à custa de rouquidão e soprosidade. Considerando os parâmetros acústicos analisados e os valores do grupo controle, observou-se a tendência de um pequeno incremento da freqüência fundamental, mas sem diferença estatisticamente significante; os valores de jitter, shimmer e da proporção harmônico-ruído apresentaram-se significantemente alterados. Os aspectos analisados na videolaringoestroboscopia mostraram-se melhores nas cordectomias menos extensas. Os escores do QVV sugerem que os pacientes tiveram um discreto impacto na qualidade de vida relacionada à voz. CONCLUSÕES: Apesar da presença de alterações na qualidade vocal dos pacientes submetidos à cordectomia com laser de CO2, os resultados funcionais tendem a ser bem aceitos pelos pacientes, com discreta repercussão na qualidade de vida.

REENGINEERING THE CONCEPT OF URBAN CARS: A CASE STUDY

Based on a previously developed mathematical model for fuel consumption of a modular car, here we discuss the cross impacts of engineering scenarios vs. flexibility in use for modular vehicle architectures to achieve the reduction of CO2 emissions targeted by the European Union, in 2009. A systems perspective is adopted in conceptualizing a modular architecture of vehicles. From a theoretical viewpoint, we found modular architecture of vehicles a potential design strategy to minimize fuel inefficiencies and, thus, a strategy for design for environment.

The effect of leaf area reduction on corn plants during the reproduction phase

Reduction in leaf area in corn plants during reproduction changes physiological metabolism and consequently the accumulation of dry matter in grains. The aim of this work was to study changes in agronomic characteristics caused by defoliation in corn during the reproduction phase. The experiment was carried out in Uberlândia, Minas Gerais state, in the agricultural year 2007/2008. The experiment was arranged in a randomized block design, consisting of seven treatments: control without defoliation, removal of two apical leaves, removal of four apical leaves, removal of all leaves above spike, removal of four intermediate leaves, removal of all leaves below spike, and removal of all plant leaves, with five repetitions. The genotype used for the evaluations was hybrid NB 7376. Defoliation was carried out when plants were at the growth stage R2. The variables assessed were: yield, density of spikes and corncobs, root resistance and stem integrity. When all leaves above the spike were removed, grain yield was reduced by 20%. Corncob density, stem integrity and root resistance to uprooting were also affected. Spike density was only affected when all plant leaves were removed. The leaf area remaining physiologically active above the spike was found to be most efficient in terms of grain yield.

Cold storage of peaches cv. Aurora grown in the Zona da Mata Mineira, Minas Gerais State, Brazil

This study aimed to evaluate the postharvest behavior of peach cv. Aurora 1 harvested in the Zona da Mata region of Minas Gerais in two ripening stages and kept under different storage temperatures. Fruits on mid-ripe and fully ripe stages were stored at three temperatures: 5.6 ± 1.57 °C and 72.8 ± 3.8% RH; 10.4 ± 0.5 °C and 95.8 ± 5.5% RH; 21.04 ± 1.63 °C and 96.9 ± 2.6% RH up to 28 storage days (SD) . During storage, fruits stored at 21.04 ± 1.63 °C were evaluated every two days until 8 SD, and every four days for fruits stored at other temperatures. The harvest day was assigned as day zero. The variables evaluated were CO2 production, color of the pericarp and pulp, fresh mass loss, flesh firmness, total soluble solids, titratable acidity, contents of ascorbic acid and carotenoids. The fresh mass loss increased during storage, peaking at 5.6 °C. The reduction in ascorbic acid content was higher in fully ripe fruits at all temperatures. Mid-ripe fruits reached the end of the storage period with better quality. The temperature of 10.4 °C was the most efficient in keeping postharvest quality of peach cv. Aurora 1 harvested in the Zona da Mata region.

Juvenile tree growth correlates with photosynthesis and leaf phosphorus content in central Amazonia

Light and soil water availability may limit carbon uptake of trees in tropical rainforests. The objective of this work was to determine how photosynthetic traits of juvenile trees respond to variations in rainfall seasonality, leaf nutrient content, and opening of the forest canopy. The correlation between leaf nutrient content and annual growth rate of saplings was also assessed. In a terra firme rainforest of the central Amazon, leaf nutrient content and gas exchange parameters were measured in five sapling tree species in the dry and rainy season of 2008. Sapling growth was measured in 2008 and 2009. Rainfall seasonality led to variations in soil water content, but it did not affect leaf gas exchange parameters. Subtle changes in the canopy opening affected CO2 saturated photosynthesis (A pot, p = 0.04). Although A pot was affected by leaf nutrient content (as follows: P > Mg > Ca > N > K), the relative growth rate of saplings correlated solely with leaf P content (r = 0.52, p = 0.003). At present, reduction in soil water content during the dry season does not seem to be strong enough to cause any effect on photosynthesis of saplings in central Amazonia. This study shows that leaf P content is positively correlated with sapling growth in the central Amazon. Therefore, the positive effect of atmospheric CO2 fertilization on long-term tree growth will depend on the ability of trees to absorb additional amount of P

Supercritical CO2 extraction of secondary metabolites from Agaricus blazei: experiments and modelling

The mycelium and young fruiting bodies of Agaricus blazei were submitted to supercritical CO2 extraction, in a modified commercial flow apparatus, at temperatures from 40 to 80 ºC, pressures up to 600 bar and CO2 flow-rates from 2.0 to 9.0 g.min-1. The best extraction conditions of secondary metabolites, whereby the degree of solubilization (g extract/100 g of fungi) is the highest, was obtained with pure CO2 at 400 bar, 70 ºC and a CO2 flow rate of 5.7g.min-1. The extract in that conditions were analysed by GC-Ms. In order to increase the extraction yield of secondary metabolites, which are mostly present in glycolipid fractions, a polar compound (ethanol) was used as co-solvent in the proportions of 5 and 10 % (mol/mol). The presence of ethanol increased the yield when compared with the extraction with pure CO2. Moreover, a simple model was applied to the supercritical CO2 extraction of secondary metabolites from Agaricus blazei.

Mathematical modelling of supercritical CO2 extraction of volatile oils from aromatic plants

The modelling of the experimental data of the extraction of the volatile oil from six aromatic plants (coriander, fennel, savoury, winter savoury, cotton lavender and thyme) was performed using five mathematical models, based on differential mass balances. In all cases the extraction was internal diffusion controlled and the internal mass transfer coefficienty (k(s)) have been found to change with pressure, temperature and particle size. For fennel, savoury and cotton lavender, the external mass transfer and the equilibrium phase also influenced the second extraction period, since k(s) changed with the tested flow rates. In general, the axial dispersion coefficient could be neglected for the conditions studied, since Peclet numbers were high. On the other hand, the solute-matrix interaction had to be considered in order to ensure a satisfactory description of the experimental data.

Projecto e simulação de uma instalação para estudo da absorção de CO2 com soluções de aminas

Este trabalho visa, como objectivo principal, contribuir para o estudo da absorção de CO2 em gases de combustão, utilizando MEA. Tem também, como objectivo secundário, o dimensionamento de uma unidade de absorção assim como uma avaliação económica do respectivo projecto. Assim, esta tese divide-se em duas partes: a primeira parte refere-se ao projecto da instalação piloto para captura de CO2 utilizando a tecnologia de absorção gasosa e de modo a ser possível a utilização de soluções de aminas. A segunda parte desta tese descreve a simulação da operação da instalação de absorção de CO2 em HYSYS, e a respectiva avaliação económica do projecto, na impossibilidade prática de realizar ensaios laboratoriais, considerando o espaço de tempo que medeia entre a especificação do equipamento a adquirir e a recepção desses mesmos equipamentos, incompatível com o tempo disponível para a realização desta tese de Mestrado. Na primeira parte do trabalho foi realizada a avaliação de uma unidade já existente no IST permitindo, dessa forma, verificar o estado da mesma assim como o material que é necessário adquirir de forma a conseguir a sua conversão numa unidade de absorção de CO2 em contínuo. Após a conclusão deste estudo, pode concluir-se que a instalação piloto terá um custo, com bases nos orçamentos, de 7.262€. Na segunda parte do projecto foi realizada uma simulação em HYSYS da operação de captura de CO2. Esta simulação tinha como principal objecto poder determinar as melhores condições operatórias a utilizar na unidade, para posterior comparação com os resultados que irão, posteriormente, ser obtidos em laboratório, ficando-se na captura de CO2 a partir dos efluentes gasosos da Central Termoeléctrica de Sines que é uma unidade do sistema gerador nacional candidata a fazer-se a captura de CO2 recorrendo a esta tecnologia. Desta forma, a simulação apresentou os seguintes resultados principais: uma percentagem de CO2 capturado de 90,61%. A unidade apresenta um custo de 82€/ton CO2 e um custo operacional de 28 M€/ano. Por fim, os resultados obtidos pelo simulador HYSYS foram comparados com outros resultados obtidos em ASPEN PLUS, tendo sido possível concluir que o HYSYS é o simulador mais fiável devido a fiabilidade do pacote de propriedades, e mais simples de trabalhar em comparação como o ASPEN PLUS, quando aplicado a esta situação. Este trabalho resultou na apresentação de uma comunicação em painel no 2º Encontro do IBB, em Braga em Outubro de 2010 e, ainda na elaboração de um artigo submetido a uma revista internacional.

Caracterização experimental e numérica do desempenho térmico de um edifício "gaioleiro": identificação de oportunidades de melhoria

O sector dos edifícios é responsável por uma percentagem significativa dos consumos de energia primária e de energia eléctrica em Portugal, associada principalmente ao conforto térmico dos seus ocupantes. A União Europeia pretende uma redução de 20%, até 2020, dos consumos de energia e consequentes emissões de CO2 através da melhoria da eficiência energética dos edifícios públicos e residenciais. Em Portugal, o Plano Nacional para a Eficiência Energética (PNAEE) tem por objectivo obter uma poupança anual de energia de pelo menos 1% até ao ano de 2016, tomando como base a média de consumos de energia final, registados entre 2001 e 2005. Neste contexto, os edifícios anteriores a 1990 (primeira versão do RCCTE) podem apresentar um potencial significativo de melhoria da sua eficiência energética com base na sua reabilitação. Os edifícios “Gaioleiros” (1880 – 1930) constituindo uma parte importante do património histórico da cidade de Lisboa, para os quais a informação sobre o seu desempenho térmico é limitada, considerou-se pertinente efectuar um estudo destinado à sua caracterização experimental e numérica, face à especificidade do comportamento térmico das suas paredes caracterizadas pela elevada espessura. No presente trabalho, apresenta-se a metodologia e os resultados experimentais da medição da resistência térmica das paredes e da medição das necessidades térmicas de aquecimento da habitação. Estes resultados experimentais foram utilizados na validação do modelo de simulação térmica da habitação, que posteriormente serviu para avaliar as suas necessidades térmicas de aquecimento (Nic) e de arrefecimento (Nvc), identificar oportunidades de melhoria e avaliar o respectivo potencial de reabilitação. Neste trabalho, como contributos para uma reabilitação sustentável, apresentam-se avaliações de oportunidades de melhoria com base em estratégias de reforço do isolamento térmico. Dos resultados obtidos concluiu-se que melhorando o isolamento térmico das paredes e vãos envidraçados é possível baixar consideravelmente os consumos de energia associados à habitação, cumprindo assim as exigências estabelecidas no RCCTE ao nível dos requisitos de qualidade térmica da envolvente e consumos energéticos para edifícios novos e grandes reabilitações.