Integrated ecological-economic modelling and assessment aproach for coastal ecosystem management

Thesis submitted to the Faculty of Sciences and Technology, New University of Lisbon, for the degree of Doctor of Philosophy in Environmental Sciences

Recycling of pultrusion production waste into innovative concrete-polymer composite solutions

In this study, the added value resultant from the incorporation of pultrusion production waste into polymer based concretes was assessed. For this purpose, different types of thermoset composite scrap material, proceeding from GFRP pultrusion manufacturing process, were mechanical shredded and milled into a fibrous-powdered material. Resultant GFRP recyclates, with two different size gradings, were added to polyester based mortars as fine aggregate and filler replacements, at various load contents between 4% up to 12% in weight of total mass. Flexural and compressive loading capacities were evaluated and found better than those of unmodified polymer mortars. Obtained results highlight the high potential of recycled GFRP pultrusion waste materials as efficient and sustainable admixtures for concrete and mortar-polymer composites, constituting an emergent waste management solution.

Analysis of pesticide residues in strawberries and soils by GC-MS/MS, LC-MS/MS and two-dimensional GC-timeof- flight MS comparing organic and integrated pest management farming

This study analysed 22 strawberry and soil samples after their collection over the course of 2 years to compare the residue profiles from organic farming with integrated pest management practices in Portugal. For sample preparation, we used the citrate-buffered version of the quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe (QuEChERS) method. We applied three different methods for analysis: (1) 27 pesticides were targeted using LC-MS/MS; (2) 143 were targeted using low pressure GC-tandem mass spectrometry (LP-GC-MS/MS); and (3) more than 600 pesticides were screened in a targeted and untargeted approach using comprehensive, two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (GC × GC-TOF-MS). Comparison was made of the analyses using the different methods for the shared samples. The results were similar, thereby providing satisfactory confirmation of both similarly positive and negative findings. No pesticides were found in the organic-farmed samples. In samples from integrated pest management practices, nine pesticides were determined and confirmed to be present, ranging from 2 μg kg−1 for fluazifop-pbutyl to 50 μg kg−1 for fenpropathrin. Concentrations of residues in strawberries were less than European maximum residue limits.

Integrated biomarker responses of an estuarine invertebrate to high abiotic stress and decreased metal contamination

An integrated chemical-biological effects monitoring was performed in 2010 and 2012 in two NW Iberian estuaries under different anthropogenic pressure. One is low impacted and the other is contaminated by metals. The aim was to verify the usefulness of a multibiomarker approach, using Carcinus maenas as bioindicator species, to reflect diminishing environmental contamination and improved health status under abiotic variation. Sampling sites were assessed for metal levels in sediments and C. maenas, water abiotic factors and biomarkers (neurotoxicity, energy metabolism, biotransformation, anti-oxidant defences, oxidative damage). High inter-annual and seasonal abiotic variation was observed. Metal levels in sediments and crab tissues were markedly higher in 2010 than in 2012 in the contaminated estuary. Biomarkers indicated differences between the study sites and seasons and an improvement of effects measured in C. maenas from the polluted estuary in 2012. Integrated Biomarker Response (IBR) index depicted sites with higher stress levels whereas Principal Component Analysis (PCA) showed associations between biomarker responses and environmental variables. The multibiomarker approach and integrated assessments proved to be useful to the early diagnosis of remediation measures in impacted sites.

On the analytical solutions of the Hindmarsh-Rose neuronal model

In this article we analytically solve the Hindmarsh-Rose model (Proc R Soc Lond B221:87-102, 1984) by means of a technique developed for strongly nonlinear problems-the step homotopy analysis method. This analytical algorithm, based on a modification of the standard homotopy analysis method, allows us to obtain a one-parameter family of explicit series solutions for the studied neuronal model. The Hindmarsh-Rose system represents a paradigmatic example of models developed to qualitatively reproduce the electrical activity of cell membranes. By using the homotopy solutions, we investigate the dynamical effect of two chosen biologically meaningful bifurcation parameters: the injected current I and the parameter r, representing the ratio of time scales between spiking (fast dynamics) and resting (slow dynamics). The auxiliary parameter involved in the analytical method provides us with an elegant way to ensure convergent series solutions of the neuronal model. Our analytical results are found to be in excellent agreement with the numerical simulations.

Soliton-type and other travelling wave solutions for an improved class of nonlinear sixth-order Boussinesq equations

An improved class of nonlinear bidirectional Boussinesq equations of sixth order using a wave surface elevation formulation is derived. Exact travelling wave solutions for the proposed class of nonlinear evolution equations are deduced. A new exact travelling wave solution is found which is the uniform limit of a geometric series. The ratio of this series is proportional to a classical soliton-type solution of the form of the square of a hyperbolic secant function. This happens for some values of the wave propagation velocity. However, there are other values of this velocity which display this new type of soliton, but the classical soliton structure vanishes in some regions of the domain. Exact solutions of the form of the square of the classical soliton are also deduced. In some cases, we find that the ratio between the amplitude of this wave and the amplitude of the classical soliton is equal to 35/36. It is shown that different families of travelling wave solutions are associated with different values of the parameters introduced in the improved equations.

Estruturas de Suporte de Terras Executadas com Pneus - Modelo à Escala Reduzida

Mestrado em Engenharia Civil – Ramo de Estruturas

Comparing clustering solutions: the use of adjusted paired indices

In the present paper we compare clustering solutions using indices of paired agreement. We propose a new method - IADJUST - to correct indices of paired agreement, excluding agreement by chance. This new method overcomes previous limitations known in the literature as it permits the correction of any index. We illustrate its use in external clustering validation, to measure the accordance between clusters and an a priori known structure. The adjusted indices are intended to provide a realistic measure of clustering performance that excludes agreement by chance with ground truth. We use simulated data sets, under a range of scenarios - considering diverse numbers of clusters, clusters overlaps and balances - to discuss the pertinence and the precision of our proposal. Precision is established based on comparisons with the analytical approach for correction specific indices that can be corrected in this way are used for this purpose. The pertinence of the proposed correction is discussed when making a detailed comparison between the performance of two classical clustering approaches, namely Expectation-Maximization (EM) and K-Means (KM) algorithms. Eight indices of paired agreement are studied and new corrected indices are obtained.

Teaching and learning with social software in higher education: content management systems integrated with Web-based applications as a key factor for success

The change of paradigm imposed by the Bologna process, in which the student will be responsible for their own learning, and the presence of a new generation of students with higher technological skills, represent a huge challenge for higher education institutions. The use of new Web Social concepts in teaching process, supported by applications commonly called Web 2.0, with which these new students feel at ease, can bring benefits in terms of motivation and the frequency and quality of students' involvement in academic activities. An e-learning platform with web-based applications as a complement can significantly contribute to the development of different skills in higher education students, covering areas which are usually in deficit.

A middleware for service oriented computing in dynamic environments

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Multiagent System Architecture for Short-term Operation of Integrated Microgrids

The forthcoming smart grids are comprised of integrated microgrids operating in grid-connected and isolated mode with local generation, storage and demand response (DR) programs. The proposed model is based on three successive complementary steps for power transaction in the market environment. The first step is characterized as a microgrid’s internal market; the second concerns negotiations between distinct interconnected microgrids; and finally, the third refers to the actual electricity market. The proposed approach is modeled and tested using a MAS framework directed to the study of the smart grids environment, including the simulation of electricity markets. This is achieved through the integration of the proposed approach with the MASGriP (Multi-Agent Smart Grid Platform) system.

Melhoria do processo produtivo na Simoldes aços, SA

O trabalho presente nesta dissertação incidiu sobre a aplicação das metodologias Lean no âmbito do processo produtivo de uma empresa metalomecânica de moldes – SIMOLDES AÇOS, SA. No atual enquadramento, com os mercados nacionais e internacionais debaixo de feroz competição, as empresas são obrigadas a estudar métodos e técnicas que permitam eliminar desperdícios, reduzir custos e tempos de produção, ao mesmo tempo que são exigidos maiores níveis de qualidade dos produtos fabricados com vista ao aumento da competitividade. No decorrer do trabalho desta dissertação de mestrado foi realizada uma análise abrangente do estado atual do sector de atividade do processo produtivo na empresa SIMOLDES AÇOS SA, o que permitiu identificar as áreas e os pontos a intervir e desenhar as soluções de melhoria na atividade do processo produtivo. Na fase concludente do trabalho foram implementadas algumas dessas propostas de melhoria, ao passo que outras ficaram programadas para futura implementação. Na base do trabalho desenvolvido esteve a metodologia Lean, que apresenta um papel relevante na implementação de uma abordagem integrada da função do processo produtivo na aquisição dos objetivos da produção. O presente projeto baseou a sua estratégia de implementação na aplicação da ferramenta do 5S. Esta ferramenta visa a redução de desperdícios, da melhoria do desempenho dos processos e da plena integração de todos os colaboradores no processo de fabrico. Com a implementação das melhorias propostas, foram observadas melhorias significativas no fluxo das atividades do processo produtivo.

Digital storytelling: an integrated approach to language for the 21st century student

Societal changes have, throughout history, pushed the long-established boundaries of education across all grade levels. Technology and media merge with education in a continuous complex social process with human consequences and effects. We, teachers, can aspire to understand and interpret this volatile context that is being redesigned at the same time society itself is being reshaped as a result of the technological evolution. The language- learning classroom is not impenetrable to these transformations. Rather, it can perhaps be seen as a playground where teachers and students gather to combine the past and the present in an integrated approach. We draw on the results from a previous study and argue that Digital Storytelling as a Process is capable of aggregating and fostering positive student development in general, as well as enhancing interpersonal relationships and self-knowledge while improving digital literacy. Additionally, we establish a link between the four basic language-learning skills and the Digital Storytelling process and demonstrate how these converge into what can be labeled as an integrated language learning approach.

Inserção de todos os consumidores no mercado liberalizado de energia elétrica: oportunidades e desafios

O processo de liberalização do setor elétrico em Portugal Continental seguiu uma metodologia idêntica à da maior parte dos países europeus, tendo a abertura de mercado sido efetuada de forma progressiva. Assim, no âmbito do acompanhamento do setor elétrico nacional, reveste-se de particular interesse caracterizar a evolução mais recente do mercado liberalizado, nomeadamente em relação ao preço da energia elétrica. A previsão do preço da energia elétrica é uma questão muito importante para todos os participantes do mercado de energia elétrica. Como se trata de um assunto de grande importância, a previsão do preço da energia elétrica tem sido alvo de diversos estudos e diversas metodologias têm sido propostas. Esta questão é abordada na presente dissertação recorrendo a técnicas de previsão, nomeadamente a métodos baseados no histórico da variável em estudo. As previsões são, segundo alguns especialistas, um dos inputs essenciais que os gestores desenvolvem para ajudar no processo de decisão. Virtualmente cada decisão relevante ao nível das operações depende de uma previsão. Para a realização do modelo de previsão de preço da energia elétrica foram utilizados os modelos Autorregressivos Integrados de Médias Móveis, Autoregressive / Integrated / Moving Average (ARIMA), que geram previsões através da informação contida na própria série temporal. Como se pretende avaliar a estrutura do preço da energia elétrica do mercado de energia, é importante identificar, deste conjunto de variáveis, quais as que estão mais relacionados com o preço. Neste sentido, é realizada em paralelo uma análise exploratória, através da correlação entre o preço da energia elétrica e outras variáveis de estudo, utilizando para esse efeito o coeficiente de correlação de Pearson. O coeficiente de correlação de Pearson é uma medida do grau e da direção de relação linear entre duas variáveis quantitativas. O modelo desenvolvido foi aplicado tendo por base o histórico de preço da eletricidade desde o inicio do mercado liberalizado e de modo a obter as previsões diária, mensal e anual do preço da eletricidade. A metodologia desenvolvida demonstrou ser eficiente na obtenção das soluções e ser suficientemente rápida para prever o valor do preço da energia elétrica em poucos segundos, servindo de apoio à decisão em ambiente de mercado.

Desenvolvimento de um método potenciométrico para deteção de salmonella typhimurium

A Salmonella é um microrganismo responsável por grande parte das doenças alimentares, podendo por em causa a saúde pública da área contaminada. Uma deteção rápida, eficiente e altamente sensível e extremamente importante, sendo um campo em franco desenvolvimento e alvo de variados e múltiplos estudos na comunidade cientifica atual. Foi desenvolvido um método potenciométrico para a deteção de Salmonellas, com elétrodos seletivos de iões, construídos em laboratório com pontas de micropipetas, fios de prata e sensores com composição otimizada. O elétrodo indicador escolhido foi um ESI seletivo a cadmio, para redução da probabilidade de interferências no método, devido a pouca abundancia do cadmio em amostras alimentares. Elétrodos seletivos a sódio, elétrodos de Ag/AgCl de simples e de dupla juncão foram também construídos e caracterizados para serem aplicados como elétrodos de referência. Adicionalmente otimizaram-se as condições operacionais para a analise potenciométrica, nomeadamente o elétrodo de referencia utilizado, condicionamento dos elétrodos, efeito do pH e volume da solução amostra. A capacidade de realizar leituras em volumes muito pequenos com limites de deteção na ordem dos micromolares por parte dos ESI de membrana polimérica, foi integrada num ensaio com um formato nao competitivo ELISA tipo sanduiche, utilizando um anticorpo primário ligado a nanopartículas de Fe@Au, permitindo a separação dos complexos anticorpo-antigénio formados dos restantes componentes em cada etapa do ensaio, pela simples aplicação de um campo magnético. O anticorpo secundário foi marcado com nanocristais de CdS, que são bastante estáveis e é fácil a transformação em Cd2+ livre, permitindo a leitura potenciométrica. Foram testadas várias concentrações de peroxido de hidrogénio e o efeito da luz para otimizar a dissolução de CdS. O método desenvolvido permitiu traçar curvas de calibração com soluções de Salmonellas incubadas em PBS (pH 4,4) em que o limite de deteção foi de 1100 CFU/mL e de 20 CFU/mL, utilizando volumes de amostra de 10 ƒÊL e 100 ƒÊL, respetivamente para o intervalo de linearidade de 10 a 108 CFU/mL. O método foi aplicado a uma amostra de leite bovino. A taxa de recuperação media obtida foi de 93,7% } 2,8 (media } desvio padrão), tendo em conta dois ensaios de recuperação efetuados (com duas replicas cada), utilizando um volume de amostra de 100 ƒÊL e concentrações de 100 e 1000 CFU/mL de Salmonella incubada.