Utilização de sensores de baixo custo na medição de monóxido de carbono no ar ambiente

Nos últimos anos tem-se assistido à introdução de novos dispositivos de medição da poluição do ar baseados na utilização de sensores de baixo custo. A utilização menos complexa destes sistemas, possibilita a obtenção de dados com elevada resolução temporal e espacial, abrindo novas oportunidades para diferentes metodologias de estudos de monitorização da poluição do ar. Apesar de apresentarem capacidades analíticas distantes dos métodos de referência, a utilização destes sensores tem sido sugerida e incentivada pela União Europeia no âmbito das medições indicativas previstas na Diretiva 2008/50/CE, com uma incerteza expandida máxima de 25%. O trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de Projeto consistiu na escolha, caracterização e utilização em medições reais de um sensor de qualidade do ar, integrado num equipamento protótipo desenvolvido com esse fim, visando obtenção uma estimativa da incerteza de medição associada à utilização deste dispositivo através da aplicação da metodologia de demonstração de equivalência de métodos de medição de qualidade do ar definida pela União Europeia. A pesquisa bibliográfica realizada permitiu constatar que o monóxido de carbono é neste momento o parâmetro de qualidade do ar que permite ser medido de forma mais exata através da utilização de sensores, nomeadamente o sensor eletroquímico da marca Alphasense, modelo COB4, amplamente utilizado em projetos de desenvolvimento neste cotexto de monitorização ambiental. O sensor foi integrado num sistema de medição com o objetivo de poder ser utlizado em condições de autonomia de fornecimento de energia elétrica, aquisição interna dos dados, tendo em consideração ser o mais pequeno possível e de baixo custo. Foi utlizado um sistema baseado na placa Arduino Uno com gravação de dados em cartão de memória SD, baterias e painel solar, permitindo para além do registo das tensões elétricas do sensor, a obtenção dos valores de temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica, com um custo global a rondar os 300 euros. Numa primeira fase foram executados um conjunto de testes laboratoriais que permitiram a determinação de várias características de desempenho em dois sensores iguais: tempo de resposta, a equação modelo do sensor, avaliação da repetibilidade, desvio de curto e longo termo, interferência da temperatura e histerese. Os resultados demonstraram um comportamento dos sensores muito linear, com um tempo de resposta inferior a um minuto e com uma equação modelo do sensor dependente da variação da temperatura. A estimativa da incerteza expandida laboratorial ficou, para ambos os sensores, abaixo dos 10%. Após a realização de duas campanhas reais de medição de CO em que os valores foram muito baixos, foi realizada uma campanha de quinze dias num parque de estacionamento subterrâneo que permitiu a obtenção de concentrações suficientemente elevadas e a comparação dos resultados dos sensores com o método de referência em toda a gama de medição (0 a 12 mol.mol-1). Os valores de concentração obtidos pelos dois sensores demonstraram uma excelente correlação com o método de referência (r2≥0,998), obtendo-se resultados para a estimativa da incerteza expandida de campo inferiores aos obtidos para a incerteza laboratorial, cumprindo o objetivo de qualidade de dados definido para as medições indicativas de incerteza expandida máxima de 25%. Os resultados observados durante o trabalho realizado permitiram confirmar o bom desempenho que este tipo de sensor pode ter no âmbito de medições de poluição do ar com um caracter mais indicativo.

Intermetallic layer formation and influence in solder joints reliability

Dissertação de mestrado integrado em Materials Engineering

The design and development of heat extraction technologies for the utilisation of compost thermal energy

A composting Heat Extraction Unit (HEU) was designed to utilise waste heat from decaying organic matter for a variety of heating application The aim was to construct an insulated small scale, sealed, organic matter filled container. In this vessel a process fluid within embedded pipes would absorb thermal energy from the hot compost and transport it to an external heat exchanger. Experiments were conducted on the constituent parts and the final design comprised of a 2046 litre container insulated with polyurethane foam and kingspan with two arrays of qualpex piping embedded in the compost to extract heat. The thermal energy was used in horticultural trials by heating polytunnels using a radiator system during a winter/spring period. The compost derived energy was compared with conventional and renewable energy in the form of an electric fan heater and solar panel. The compost derived energy was able to raise polytunnel temperatures to 2-3°C above the control, with the solar panel contributing no thermal energy during the winter trial and the electric heater the most efficient maintaining temperature at its preset temperature of 10°C. Plants that were cultivated as performance indicators showed no significant difference in growth rates between the heat sources. A follow on experiment conducted using special growing mats for distributing compost thermal energy directly under the plants (Radish, Cabbage, Spinach and Lettuce) displayed more successful growth patterns than those in the control. The compost HEU was also used for more traditional space heating and hot water heating applications. A test space was successfully heated over two trials with varying insulation levels. Maximum internal temperature increases of 7°C and 13°C were recorded for building U-values of 1.6 and 0.53 W/m2K respectively using the HEU. The HEU successfully heated a 60 litre hot water cylinder for 32 days with maximum water temperature increases of 36.5°C recorded. Total energy recovered from the 435 Kg of compost within the HEU during the polytunnel growth trial was 76 kWh which is 3 kWh/day for the 25 days when the HEU was activated. With a mean coefficient of performance level of 6.8 calculated for the HEU the technology is energy efficient. Therefore the compost HEU developed here could be a useful renewable energy technology particularly for small scale rural dwellers and growers with access to significant quantities of organic matter

Alteration of amino acid metabolism in neuronal aggregate cultures exposed to hypoglycaemic conditions.

The neuronal effects of glucose deficiency on amino acid metabolism was studied on three-dimensional cultures of rat telencephalon neurones. Transient (6 h) exposure of differentiated cultures to low glucose (0.25 mm instead of 25 mm) caused irreversible damage, as judged by the marked decrease in the activities of two neurone-specific enzymes and lactate dehydrogenase, 1 week after the hypoglycemic insult. Quantification of amino acids and ammonia in the culture media supernatants indicated increased amino acid utilization and ammonia production during glucose-deficiency. Measurement of intracellular amino acids showed decreased levels of alanine, glutamine, glutamate and GABA, while aspartate was increased. Added lactate (11 mm) during glucose deficiency largely prevented the changes in amino acid metabolism and ammonia production, and attenuated irreversible damage. Higher media levels of glutamine (4 mm instead of 0.25 mm) during glucose deprivation prevented the decrease of intracellular glutamate and GABA, while it further increased intracellular aspartate, ammonia production and neuronal damage. Both lactate and glutamine were readily oxidized in these neuronal cultures. The present results suggest that in neurones, glucose deficiency enhances amino acid deamination at the expense of transamination reactions. This results in increased ammonia production and neuronal damage.

Valosähköisten aurinkopaneeleiden hyötysuhteet

Aurinkopaneeleiden hyötysuhde vaikuttaa niiden tuottaman sähköenergian määrään ja kilpailukykyyn. Aurinkopaneeleiden hyötysuhteeseen vaikuttaa monta tekijää kuten paneelin rakenne ja materiaalit, säteilyn spektri ja tulokulma sekä ympäristön lämpötila. Aurinkopaneeleiden hyötysuhteet määritetään standardiolosuhteissa, jolloin niitä voidaan vertailla toisiinsa. Todellisissa olosuhteissa paneeleiden toiminta-arvot kuitenkin muuttuvat, joten tietyllä alueella energiantuottohyötysuhde voi poiketa suuresti standardiolosuhteissa määritetystä tehontuottohyötysuhteesta. Kaupallisesti saatavilla olevissa aurinkopaneeleissa hyötysuhteet ovat parhaimmillaan noin 20 % luokkaa normaalin hyötysuhteen ollessa 13 - 16 % välillä. Ohutkalvoisilla aurinkopaneeleilla hyötysuhteet jäävät matalammiksi. Parhaat kennohyötysuhteet saavutetaan moniliitoskennoilla, jopa 44 %, mutta tällaisten järjestelmien hinnat ovat korkeita, ellei käytetä keskittäviä peilejä tai linssejä. Viime vuosina kehitys on ollut nopeinta kolmannen sukupolven teknologioilla. Niihin kohdistuu suuria odotuksia ja niiden avulla voidaan ylittää aikaisemmille sukupolville asetetut rajat. Teollisessa tuotannossa näitä ei kuitenkaan toistaiseksi ole paljoa alhaisen hyötysuhteen vuoksi.

Aurinkosähkön mikrotuotanto Suomessa

Tässä kandidaatintyössä käydään läpi aurinkosähkön kehitystä ja kannattavuutta Suomessa. Aurinkosähkön kehityksen osalta keskitytään aurinkopaneelien tekniikan ja aurinkosähkön tuotannon kehittymistä viime vuosina. Pienten aurinkosähköjärjestelmien hinnat ovat laskeneet viime vuosina siten, että sähkön kuluttajien oman paikallisen tuotannon kannattavuus on noussut merkittävästi. Työssä käsitellään aluksi aurinkosähköä yleisellä tasolla, jonka jälkeen pääpaino siirtyy aurinkosähkön mikrotuotantoon Suomessa. Kannattavuutta tutkitaan työssä esisuunniteltavan laitoksen avulla. Esisuunnittelussa tutkitaan kohdekiinteistön pohjakuormaa erityisesti tuotantohuippujen aikana. Tällä varmistetaan, että esisuunniteltavan järjestelmän sähköntuotanto pystytään kuluttamaan itse. Näin saavutetaan suurin hyöty. Aurinkosähköjärjestelmällä tuotetusta sähköstä saadaan tällä hetkellä noin 2,5 kertaa suurempi hyöty, kun sähkö käytetään itse verrattuna siihen, että sähkö myytäisin energiayhtiöille. Aurinkosähköjärjestelmä kytketään kuitenkin valtakunnan verkkoon, jotta mahdollinen satunnaisesti syntyvä ylijäämätuotanto voidaan myydä sähköyhtiölle. Järjestelmän suunnittelun jälkeen käydään läpi järjestelmän hankinta ja asentaminen. Tämän jälkeen tutkitaan järjestelmän kannattavuutta määrittämällä kustannukset ja tuotannosta saatavat säästöt. Järjestelmälle lasketaan takaisinmaksuaika ja pohditaan riskejä. Yhteenvedossa käydään läpi aurinkosähkön mikrotuotannon mahdollisuuksia ja kannattavuutta Suomessa.

Lämminvesivaraajan ohjaus automaatiolla aurinkosähköä tuottavassa kotitaloudessa

Hajautettu sähköntuotanto aurinkopaneeleilla on Suomessa kasvussa. Kotitalouksiin asennettujen aurinkopaneelijärjestelmien määrä kasvaa jatkuvasti, mutta suuri osa tuotetusta sähköenergiasta syötetään sähköverkkoon. Tämä johtuu aurinkosähkön tuotannon painottumisesta kesäpäiviin, jolloin kotitalouksien kulutus on pienimmillään. Suurin hyöty itse tuotetusta energiasta saadaan kuitenkin käyttämällä se tuotantokohteessa, jolla minimoidaan energiansiirto sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa. Siirtämällä kotitalouden suurimpia kuormia aurinkosähkön mukaan ohjatuksi, voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia tuotetun sähkön omakäyttöasteessa. Helpoimmillaan tämä onnistuu kellokytkimellä, joka ajoittaa kulutuksen parhaimman tuotannon ajalle. Tämä ei kuitenkaan poista ongelmaa tilanteissa, jossa aurinkosähkön tuotanto on häiriintynyt esimerkiksi pilvisyyden takia aamupäivällä ja huipputuotanto saavutetaan vasta iltapäivän puolella. Saatavilla on jo useita järjestelmiä, jotka ohjaavat kodin laitteita tuotannon mukaisesti. Suuri osa näistä järjestelmistä on kuitenkin suunniteltu toimimaan vain tuotetun energiamäärän mukaisesti, ottamatta huomioon kotitaloudessa olevaa muuta, automaation piiriin kuulumatonta kulutusta. Tässä kandidaatin työssä vertaillaan sähköenergian eri mittaustapoja ja niiden vaikutusta siirretyn energian laskennalliseen määrään. Lisäksi työssä tutkitaan lämminvesivaraajan kuormanohjausta käyttäen termostaatti-, kellokytkin- ja logiikkaohjausta. Työssä esitelty logiikkaohjaus hyödyntää siirretyn energian mittausta sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa, ottaen automaattisesti huomioon myös talouden muun kulutuksen. Työssä esitellään myös esimerkkilaitteisto, jolla suunniteltu logiikka voidaan toteuttaa.

Keskikokoisen maatilan biokaasu- ja aurinkosähköratkaisujen kannattavuus Etelä-Savossa

Tässä kandidaatintyössä perehdytään biokaasun syntyprosessiin ja sen hyödyntämismahdollisuuksiin, sekä vertaillaan biokaasun tuotannon määrää Suomessa ja Saksassa. Työssä tarkastellaan biokaasuvoimalan kannattavuutta keskikokoisen maatilan yhteydessä Etelä-Savossa ja käydään läpi biokaasuvoimalalle Suomessa myönnettäviä tukimuotoja. Tukimuotojen lisäksi käydään läpi erilaisia lupia ja hyväksyntöjä, joita maatilan yhteyteen rakennettava biokaasu-voimalaitos tarvitsee. Työn toisessa osassa käydään läpi aurinkoenergian hyödyntämismahdollisuuksia, aurinkosähköjärjestelmän komponentteja, sekä perehdytään aurinkopaneelin toimintaperiaatteeseen. Tarkastellaan biokaasuvoimalan lisäksi myös aurinkovoimalan kannattavuutta maatilan yhteydessä ja vertaillaan biokaasu- ja aurinkovoimalan ominaisuuksia keskenään. Lisäksi vertaillaan aurinkosähkön tuotantoa Suomessa ja Saksassa. Työn tavoitteena on selvittää biokaasu- ja aurinkosähkövoimalan kannattavuus esimerkkimaatilalla. Biokaasulaitoksen hinta-arvio saatiin vastauksena tarjouspyyntöön ja aurinkosähköjärjestelmän hinta arvioitiin kotimaisten toimittajien aurinkosähköpakettien hintojen avulla. Biokaasuvoimalan sähköntuottoennuste sekä huolto- ja käyttökustannukset perustuvat kirjallisuudesta saatuihin arvoihin. Aurinkovoimalan sähköntuottoennuste ja paneelien suuntauksen vaikutusta tuotantoon laskettiin PVGIS:n laskurilla sekä HOMER-ohjelmistolla. Kannattavuuslaskelmien perusteella kumpikaan voimalaitostyyppi ei tutkituilla voimalaitosten suuruuksilla ole kannattava 20 tai edes 30 vuoden pitoajalla esimerkkimaatilalla nykyisellä sähkönhinnalla ja tukitasolla. Aurinkosähköjärjestelmälle saadaan kuitenkin 20 vuoden takaisinmaksuaika, jos se hankitaan ilman lainarahaa. Tällöin voidaan ajatella, että laitos on kannattava. Biokaasulaitoksen kannattavuutta parantaisivat tukien ja sähkön hinnan nousun ohella kaasun ja lämmön myyntimahdollisuudet, joita esimerkkimaatilalla ei ole. Aurinkovoimalan kannattavuutta parantaisivat puolestaan tukien ja korkeamman sähkön hinnan lisäksi paremmin paneelien tuotantoa seuraava kulutus, jolloin pienempi osuus sähköstä päätyisi myyntiin.

The response of tropospheric circulation to perturbations in lower-stratospheric temperature

A multiple regression analysis of the NCEP-NCAR reanalysis dataset shows a response to increased solar activity of a weakening and poleward shift of the subtropical jets. This signal is separable from other influences, such as those of El Nino-Southern Oscillation (ENSO) and the North Atlantic Oscillation (NAO), and is very similar to that seen in previous studies using global circulation models (GCMs) of the effects of an increase in solar spectral irradiance. The response to increased stratospheric (volcanic) aerosol is found in the data to be a weakening and equatorward shift of the jets. The GCM studies of the solar influence also showed an impact on tropospheric mean meridional circulation with a weakening and expansion of the tropical Hadley cells and a poleward shift of the Ferrel cells. To understand the mechanisms whereby the changes in solar irradiance affect tropospheric winds and circulation, experiments have been carried out with a simplified global circulation model. The results show that generic heating of the lower stratosphere tends to weaken the subtropical jets and the tropospheric mean meridional circulations. The positions of the jets, and the extent of the Hadley cells, respond to the distribution of the stratospheric heating, with low-latitude heating forcing them to move poleward, and high-latitude or latitudinally uniform heating forcing them equatorward. The patterns of response are similar to those that are found to be a result of the solar or volcanic influences, respectively, in the data analysis. This demonstrates that perturbations to the heat balance of the lower stratosphere, such as those brought about by solar or volcanic activity, can produce changes in the mean tropospheric circulation, even without any direct forcing below the tropopause.

Desempenho de um painel fotovoltaico de baixa tensão, acoplado ao protótipo de um conversor dc/dc topologia Booster

Low voltage solar panels increase the reliability of solar panels due to reduction of in series associations the configurations of photovoltaic cells. The low voltage generation requires DCDC converters devices with high efficiency, enabling raise and regulate the output voltage. This study analyzes the performance of a photovoltaic panel of Solarex, MSX model 77, configured to generate an open circuit voltage of 10.5 V, with load voltage of 8.5 V, with short circuit current of 9 A and a power of 77 W. The solar panel was assembled in the isolated photovoltaic system configuration, with and without energy storage as an interface with a DCDC converter, Booster topology. The converter was designed and fabricated using SMD (Surface Mounted Devices) technology IC (integrated circuit) that regulates its output voltage at 14.2 V, with an efficiency of 87% and providing the load a maximum power of 20.88 W. The system was installed and instrumented for measurement and acquisition of the following data: luminosities, average global radiation (data of INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), solar panel and environment temperatures, solar panel and DC-DC converter output voltages, panel, inverter, and battery charge output currents. The photovoltaic system was initially tested in the laboratory (simulating its functioning in ideal conditions of operation) and then subjected to testing in real field conditions. The panel inclination angle was set at 5.5°, consistent with the latitude of Natal city. Factors such as climatic conditions (simultaneous variations of temperature, solar luminosities and ra diation on the panel), values of load resistance, lower limit of the maximum power required by the load (20.88 W) were predominant factors that panel does not operate with energy efficiency levels greater than 5 to 6%. The average converter efficiency designed in the field test reached 95%

Estudo da adsorção e oxidação do monóxido de carbono sobre as fases intermetálicas ordenadas Pt-M(M = Mn, Pb, Sb e Sn)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise do comportamento da bateria utilizada em sistemas fotovoltaicos de pequeno porte pequeno

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Geração de energia fotovoltaica para cargas pontuais em residências

This work, based in a patent request at INPI, protocol no. 020110035974, presents a system development using solar panels to supply the electricity demand required by punctual loads, without a storage unit or utility grid synchronism, through a control circuit that allows parallel operation with the power grid during low sunlight incidence periods. A study about solar panel construction and topologies for Power generation was done, in a atempt to evalute impacts in project. This development was modular, providing the system the possibility of power capacity expansion and load diversity as well, in an attempt to reduce the total energy requirements from the residential sector drained from the power grid along the day

Monitoramento das irregularidades ionosféricas e cintilação dos sinais GNSS: em tempo real e pós-processado

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise do comportamento da bateria utilizada em sistemas fotovoltáicos de pequeno porte

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)