Modelação numérica de uma caldeira doméstica a pellets

A biomassa é uma das fontes de energia renovável com maior potencial em Portugal, sendo a capacidade de produção de pellets de biomassa atualmente instalada superior a 1 milhão de toneladas/ano. Contudo, a maioria desta produção destina-se à exportação ou à utilização em centrais térmicas a biomassa, cujo crescimento tem sido significativo nos últimos anos, prevendo-se que a capacidade instalada em 2020 seja de aproximadamente 250 MW. O mercado português de caldeiras a pellets é bastante diversificado. O estudo que realizamos permitiu concluir que cerca de 90% das caldeiras existentes no mercado português têm potências inferiores a 60 kW, possuindo na sua maioria grelha fixa (81%), com sistema de ignição eléctrica (92%) e alimentação superior do biocombustível sólido (94%). O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo para simulação de uma caldeira a pellets de biomassa, que para além de permitir otimizar o projeto e operação deste tipo de equipamento, permitisse avaliar as inovações tecnológicas nesta área. Para tal recorreu-se o BiomassGasificationFoam, um código recentemente publicado, e escrito para utilização com o OpenFOAM, uma ferramenta computacional de acesso livre, que permite a simulação dos processos de pirólise, gasificação e combustão de biomassa. Este código, que foi inicialmente desenvolvido para descrever o processo de gasificação na análise termogravimétrica de biomassa, foi por nós adaptado para considerar as reações de combustão em fase gasosa dos gases libertados durante a pirólise da biomassa (recorrendo para tal ao solver reactingFoam), e ter a possibilidade de realizar a ignição da biomassa, o que foi conseguido através de uma adaptação do código de ignição do XiFoam. O esquema de ignição da biomassa não se revelou adequado, pois verificou-se que a combustão parava sempre que a ignição era inativada, independentemente do tempo que ela estivesse ativa. Como alternativa, usaram-se outros dois esquemas para a combustão da biomassa: uma corrente de ar quente, e uma resistência de aquecimento. Ambos os esquemas funcionaram, mas nunca foi possível fazer com que a combustão fosse autossustentável. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que a extensão das reações de pirólise e de gasificação, que são ambas endotérmicas, é muito pequena, pelo que a quantidade de gases libertados é igualmente muito pequena, não sendo suficiente para libertar a energia necessária à combustão completa da biomassa de uma maneira sustentável. Para tentar ultrapassar esta dificuldade foram testadas várias alternativas, , que incluíram o uso de diferentes composições de biomassa, diferentes cinéticas, calores de reação, parâmetros de transferência de calor, velocidades do ar de alimentação, esquemas de resolução numérica do sistema de equações diferenciais, e diferentes parâmetros dos esquemas de resolução utilizados. Todas estas tentativas se revelaram infrutíferas. Este estudo permitiu concluir que o solver BiomassGasificationFoam, que foi desenvolvido para descrever o processo de gasificação de biomassa em meio inerte, e em que a biomassa é aquecida através de calor fornecido pelas paredes do reator, aparentemente não é adequado à descrição do processo de combustão da biomassa, em que a combustão deve ser autossustentável, e em que as reações de combustão em fase gasosa são importantes. Assim, é necessário um estudo mais aprofundado que permita adaptar este código à simulação do processo de combustão de sólidos porosos em leito fixo.

Análise dos sistemas termo-solares de produção de energia eléctrica

Actualmente a humanidade depara-se com um dos grandes desafios que é o de efectivar a transição para um futuro sustentável. Logo, o sector da energia tem um papel chave neste processo de transição, com principal destaque para a energia solar, tendo em conta que é uma das fontes de energias renováveis mais promissoras, podendo no médiolongo prazo, tornar-se uma das principais fontes de energia no panorama energético dos países. A energia solar térmica de concentração (CSP), apesar não ser ainda conhecida em Portugal, possui um potencial relevante em regiões específicas do nosso território. Logo, o objectivo deste trabalho é efectuar uma análise detalhada dos sistemas solares de concentração para produção de energia eléctrica, abordando temas, tais como, o potencial da energia solar, a definição do processo de concentração solar, a descrição das tecnologias existentes, o estado da arte do CSP, mercado CSP no mundo, e por último, a análise da viabilidade técnico-económica da instalação de uma central tipo torre solar de 20 MW, em Portugal. Para que este objectivo fosse exequível, recorreu-se à utilização de um software de simulação termodinâmica de centrais CSP, denominado por Solar Advisor Model (SAM). O caso prático foi desenvolvido para a cidade de Faro, onde foram simuladas quatro configurações distintas para uma central do tipo torre solar de 20 MW. Foram apresentados resultados, focando a desempenho diário e anual da central. Foi efectuada uma análise para avaliação da influência da variabilidade dos parâmetros, localização geográfica, múltiplo solar, capacidade de armazenamento de calor e fracção de hibridização sobre o custo nivelado da energia (LCOE), o factor de capacidade e a produção anual de energia. Conjuntamente, é apresentada uma análise de sensibilidade, com a finalidade de averiguar quais os parâmetros que influenciam de forma mais predominante o valor do LCOE. Por último, é apresentada uma análise de viabilidade económica de um investimento deste tipo.

Assessing and comparing the total antioxidant capacity of commercial beverages: application to beers, wines, waters and soft drinks using TRAP, TEAC and FRAP methods.

This work measures and tries to compare the Antioxidant Capacity (AC) of 50 commercial beverages of different kinds: 6 wines, 12 beers, 18 soft drinks and 14 flavoured waters. Because there is no reference procedure established for this purpose, three different optical methods were used to analyse these samples: Total Radical trapping Antioxidant Parameter (TRAP), Trolox Equivalent Antioxidant Capacity (TEAC) and Ferric ion Reducing Antioxidant Parameter (FRAP). These methods differ on the chemical background and nature of redox system. The TRAP method involves the transfer of hydrogen atoms while TEAC and FRAP involves electron transfer reactions. The AC was also assessed against three antioxidants of reference, Ascorbic acid (AA), Gallic acid (GA) and 6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethyl- 2-carboxylic acid (Trolox). The results obtained were analyzed statistically. Anova one-way tests were applied to all results and suggested that methods and standards exhibited significant statistical differences. The possible effect of sample features in the AC, such as gas, flavours, food colouring, sweeteners, acidity regulators, preservatives, stabilizers, vitamins, juice percentage, alcohol percentage, antioxidants and the colour was also investigated. The AC levels seemed to change with brand, kind of antioxidants added, and kind of flavour, depending on the sample. In general, higher ACs were obtained for FRAP as method, and beer for kind of sample, and the standard expressing the smaller AC values was GA.

The effect of method, standard and sample components on the total antioxidant capacity of commercial waters assessed by optical conventional assays

The total antioxidant capacity (TAC) of 28 flavoured water samples was assessed by ferric reducing antioxidant potential (FRAP), oxygen radical absorbance capacity (ORAC), trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC) and total reactive antioxidant potential (TRAP) methods. It was observed that flavoured waters had higher antioxidant activity than the corresponding natural ones. The observed differences were attributed to flavours, juice and vitamins. Generally, higher TAC contents were obtained on lemon waters and lower values on guava and raspberry flavoured waters. Lower and higher TACs were obtained by TRAP and ORAC method, respectively. Statistical analysis suggested that vitamins and flavours increased the antioxidant content of the commercial waters.

The hyperaccumulator Sedum plumbizincicola harbors metal-resistant endophytic bacteria that improve its phytoextraction capacity in multi-metal contaminated soil

Endophyte-assisted phytoremediation has recently been suggested as a successful approach for ecological restoration of metal contaminated soils, however little information is available on the influence of endophytic bacteria on the phytoextraction capacity of metal hyperaccumulating plants in multi-metal polluted soils. The aims of our study were to isolate and characterize metal-resistant and 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) utilizing endophytic bacteria from tissues of the newly discovered Zn/Cd hyperaccumulator Sedum plumbizincicola and to examine if these endophytic bacterial strains could improve the efficiency of phytoextraction of multi-metal contaminated soils. Among a collection of 42 metal resistant bacterial strains isolated from the tissues of S. plumbizincicola grown on Pb/Zn mine tailings, five plant growth promoting endophytic bacterial strains (PGPE) were selected due to their ability to promote plant growth and to utilize ACC as the sole nitrogen source. The five isolates were identified as Bacillus pumilus E2S2, Bacillus sp. E1S2, Bacillus sp. E4S1, Achromobacter sp. E4L5 and Stenotrophomonas sp. E1L and subsequent testing revealed that they all exhibited traits associated with plant growth promotion, such as production of indole-3-acetic acid and siderophores and solubilization of phosphorus. These five strains showed high resistance to heavy metals (Cd, Zn and Pb) and various antibiotics. Further, inoculation of these ACC utilizing strains significantly increased the concentrations of water extractable Cd and Zn in soil. Moreover, a pot experiment was conducted to elucidate the effects of inoculating metal-resistant ACC utilizing strains on the growth of S. plumbizincicola and its uptake of Cd, Zn and Pb in multi-metal contaminated soils. Out of the five strains, B. pumilus E2S2 significantly increased root (146%) and shoot (17%) length, fresh (37%) and dry biomass (32%) of S. plumbizincicola as well as plant Cd uptake (43%), whereas Bacillus sp. E1S2 significantly enhanced the accumulation of Zn (18%) in plants compared with non-inoculated controls. The inoculated strains also showed high levels of colonization in rhizosphere and plant tissues. Results demonstrate the potential to improve phytoextraction of soils contaminated with multiple heavy metals by inoculating metal hyperaccumulating plants with their own selected functional endophytic bacterial strains.

Impacto das medidas de conservação de energia em projeto na redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício

O presente trabalho pretende mostrar que a aplicação de medidas de conservação de energia (MCE) pode representar uma redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício. Mais concretamente, pode representar uma redução da utilização de materiais e equipamentos, e como consequência, uma redução no esforço económico ao primeiro investimento. Podendo posteriormente representar uma redução na utilização de energia durante o período de funcionamento do edifício. A aplicação de MCE no sector da construção tem vindo a ser uma prática corrente nos novos edifícios e edifícios sujeitos a grandes intervenções de reabilitação. Esta prática deve-se à obrigatoriedade de cumprimento de requisitos regulamentares aplicados à otimização do desempenho energético dos edifícios e dos seus sistemas técnicos, nomeadamente, o RCCTE e o RSECE, entretanto revogados pelo REH e pelo RECS, respetivamente. A implementação de MCE apresenta, na maioria dos casos, benefícios económicos para o promotor do edifício, uma vez que se traduz muitas vezes, na otimização do dimensionamento dos sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC). Esta otimização permite reduzir os custos associados ao primeiro investimento, bem como na utilização de energia por parte do utilizador, logo na redução dos custos de exploração. No entanto, a falta de quantificação dos impactos do dimensionamento dos sistemas AVAC, da redução de utilização de energia e da análise do custo-benefício da sua aplicação pode condicionar o interesse na sua implementação. Neste contexto, surge a presente dissertação, por iniciativa do Instituto Soldadura e Qualidade (ISQ), aplicado a um caso prático de um edifício já construído e propriedade daquela empresa. Com este trabalho pretende-se avaliar o contributo efetivo das MCE implementadas na fase de projeto e na fase de construção, quer na otimização da dimensão de sistemas e equipamentos AVAC, por via da redução das necessidades energéticas, quer na redução de utilização de energia, permitindo, de seguida, uma avaliação custo-benefício.Na base do caso de estudo está o ECOTERMOLAB, o edifício acima referido, adquirido pelo ISQ para instalação de um laboratório de formação, investigação e desenvolvimento na área da energia. Após aquisição pelo ISQ, o edifício sofreu várias alterações/beneficiações, entre as quais a implementação de MCE, tais como, a aplicação de isolamento térmico na envolvente opaca (paredes, pavimentos e coberturas), duplicação dos vãos envidraçados simples, conferindo-lhes melhores caraterísticas térmicas, e pela aplicação de proteções solar. Foram ainda adotadas MCE aos sistemas AVAC, designadamente, pela adoção de recuperadores de calor nas Unidades de Tratamento de Ar Novo (UTAN’s) e de variadores de velocidade nas bombas de circulação de água e nos ventiladores de ar das UTAN’s. Pretendia o ISQ concluir se a aplicação de todas as MCE contribuiu de forma efetiva para o dimensionamento de sistemas e equipamentos AVAC de menor capacidade e, consequentemente, numa redução de utilização de energia. Em sequência, pretendia avaliar a viabilidade económica da aplicação de todas as MCE, estimando o sobrecusto inicial e o tempo necessário para o retorno financeiro daquele investimento. Para alcançar os objetivos propostos, procedeu-se à simulação energética dinâmica do ECOTERMOLAB, utilizando o programa EnergyPlus. Primeiro foi simulada uma situação base do edifício, sem quaisquer MCE. Posteriormente foi caraterizada cada uma das situações de aplicação das MCE, com o objetivo de avaliar o respetivo impacto individual na utilização de energia pelos sistemas AVAC. Por último foram assumidas todas as soluções em conjunto para avaliar o impacto final de todas as MCE na utilização de energia dos sistemas AVAC, bem como no seu dimensionamento. Das simulações dinâmicas foram obtidos os valores das necessidades de aquecimento e arrefecimento, de energia utilizada pelos sistemas AVAC e de caudais de água aquecida e arrefecida circulada. Com estes valores foi feita uma estimativa de dimensionamento dos equipamentos e componentes AVAC para as situações da aplicação de todas as MCE no ECOTERMOLAB e a sua ausência. A partir da diferença dos custos de aquisição dos respetivos equipamentos e dos valores de poupança em energia foi realizado o estudo da viabilidade económica da implementação das MCE neste edifício. Este estudo permitiu concluir que a aplicação das MCE no ECOTERMOLAB levou à redução da dimensão na generalidade dos equipamentos e componentes AVAC. Permitiu, ainda, concluir que houve uma diminuição de utilização de energia por parte destes sistemas e equipamentos para o aquecimento e arrefecimento. Conclui-se ainda que o período de retorno (Payback) do sobrecusto inicial, estimado em 37.822€ é de, aproximadamente, onze anos e meio, para um valor atual líquido (VAL) de 8.061€ e à taxa interna de rentabilidade (TIR) de 7,03%.

GIS capacity building for risk management to help developing countries:Case of climate change problem in Amhara rural region (Ethiopia)

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Heat recovery from wastewater: numerical modelling of sewer systems

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Engenharia Sanitária

DIARRHEA OUTBREAK IN PERNAMBUCO, BRAZIL, ASSOCIATED WITH A HEAT-STABLE CYTOTOXIC ENTEROTOXIN PRODUCED BY Aeromonas caviae

SUMMARY In the present study enterotoxic and cytotoxic activities of twenty Aeromonas caviaestrains were examined. They originated from fecal specimens of patients with acute diarrhea during an outbreak in Brazil in 2004. Culture supernatants of fourteen strains (70%) caused fluid accumulation in rabbit ileal intestinal loops and in suckling mice assays, and also showed a cytotoxic activity in Vero and Caco-2 cells. The enterotoxic and cytotoxic factors were heat-stable after culture supernatants treatment at 100 ºC. The results revealed that A. caviaestrains produce a putative diarrheagenic virulence factor, a heat-stable cytotoxic enterotoxin that could be linked to the diarrhea outbreak that took place in Brazil.

SURVIVAL CAPACITY OF Arcobacter butzleri INOCULATED IN POULTRY MEAT AT TWO DIFFERENT REFRIGERATION TEMPERATURES

Arcobacter spp. are emerging enteropathogens and potential zoonotic agents that can be transmitted by food and water, being considered a public health risk. The high isolation rate of these bacteria from poultry products suggests that it may be a major source of human infections. One hallmark for differentiating the genus Arcobacter fromCampylobacter includes their growing capacity at low temperatures (15-30 °C) under aerobic conditions. However, little is known about the population density variation of these bacteria at different refrigeration temperatures. The aim of this study was to determine the survival behavior of two different Arcobacter butzleri concentrations (104 CFU/mL and 107 CFU/mL) inoculated on chicken legs and held at two different refrigeration temperatures (4 and 10 °C) throughout storage time. Results have shown that A. butzleri had growing capacity both at 4 and 10 °C. No statistical difference between the survival trends was found for both bacterial concentrations and temperatures tested. This study shows that A. butzleri is a robust species with regard to storage temperature, and represents a potential health risk for poultry meat consumers.

Influence of Schistosoma mansoni infection on the reproductive capacity of albino mice

This paper reports reduction on the reproductive capacity of female mice infected with Schistosoma mansoni, either in the acute phase or in the chronic one of the disease. This decrease in the reproductive capacity was highly significant (93.3% and 86.7%, for the acute and chronic phases, respectively)..

Experimental Gravimetric Adsorption Equilibrium of n-Alkanes and Alkenes, Carbon Dioxide and Nitrogen in MIL-53(Al) and Zeolite 5A

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Lime mortars with heat treated clays and ceramic waste: A review

The formulation and use of lime mortars with ceramic particles has, in the past, been a very common technique. Knowledge of such used techniques and materials is fundamental for the successful rehabilitation and conservation of the built heritage. The durability that these mortars have shown encourages the study of the involved mechanisms, so that they may be adapted to the current reality. The considerable amount of waste from old ceramics factories which is sent for disposal might present an opportunity for the production of reliable improved lime mortars. In this paper a number of studies that characterize old building mortars containing ceramic fragments are reviewed. The most important research undertaken on laboratory prepared mortars with several heat treated clays types is presented, specifically with incorporated ceramic waste. Some studies on the pozzolanicity of heat treated clays are examined and the heating temperatures that seem most likely to achieve pozzolanicity are presented. It was verified that some heating temperatures currently used by ceramic industries might correspond to the temperatures that will achieve pozzolanicity.

Gas gap heat switch for CryoFree project

Cryogen-free superconducting magnet systems have become popular during the last two decades for the simple reason that with the use of liquid helium is rather cumbersome and is a scarce resource. Some available CFMS uses a mechanical cryocooler as cold source of the superconductor magnet. However, the cooling of the sample holder is still made through an open circuit of helium. A thermal management of a completely cryogen-free system is possible to be implemented by using a controlled gas gap heat switch (GGHS) between the cryocooler and the variable temperature insert (VTI). This way it would eliminate the helium open circuit. Heat switches are devices that allow to toggle between two distinct thermal states (ON and OFF state). Several cryogenic applications need good thermal contact and a good thermal insulation at different stages of operation. A versatile GGHS was designed and built with a 100 mm gap and tested with helium as exchange gas. An analytic thermal model was developed and a good agreement with the experimental data was obtained. The device was tested on a crycooler at 4 to 80 K ranges. A 285 mW/K thermal conductance was measured at ON state and 0.09 mW/K at OFF. 3000 ON/OFF thermal conductance ratio was obtained at 4 K with helium.

Hydrogen permeation in parabolic trough receivers

The continued economic and population development puts additional pressure on the already scarce energetic sources. Thus there is a growing urge to adopt a sustainable plan able to meet the present and future energetic demands. Since the last two decades, solar trough technology has been demonstrating to be a reliable alternative to fossil fuels. Currently, the trough industry seeks, by optimizing energy conversion, to drive the cost of electricity down and therefore to place itself as main player in the next energetic age. One of the issues that lately have gained considerable relevance came from the observation of significant heat losses in a large number of receiver modules. These heat losses were attributed to slow permeation of traces of hydrogen gas through the steel tube wall into the vacuum annulus. The presence of hydrogen gas in the absorber tube results from the decomposition of heat transfer fluid due to the long-term exposure to 400°C. The permeated hydrogen acts as heat conduction mean leading to a decrease in the receivers performance and thus its lifetime. In order to prevent hydrogen accumulation, it has been common practice to incorporate hydrogen getters in the vacuum annulus of the receivers. Nevertheless these materials are not only expensive but their gas absorbing capacity can be insufficient to assure the required level of vacuum for the receivers to function. In this work the building of a permeation measurement device, vulnerabilities detected in the construction process and its overcome are described. Furthermore an experimental procedure was optimized and the obtained permeability results, of different samples were evaluated. The data was compared to measurements performed by an external entity. The reliability of the comparative data was also addressed. In the end conclusions on the permeability results for the different samples characteristics, feasibility of the measurement device are drawn and recommendations on future line of work were made.