Modeling and optimization of extracellular polysaccharides production by Enterobacter A47

Polysaccharides are gaining increasing attention as potential environmental friendly and sustainable building blocks in many fields of the (bio)chemical industry. The microbial production of polysaccharides is envisioned as a promising path, since higher biomass growth rates are possible and therefore higher productivities may be achieved compared to vegetable or animal polysaccharides sources. This Ph.D. thesis focuses on the modeling and optimization of a particular microbial polysaccharide, namely the production of extracellular polysaccharides (EPS) by the bacterial strain Enterobacter A47. Enterobacter A47 was found to be a metabolically versatile organism in terms of its adaptability to complex media, notably capable of achieving high growth rates in media containing glycerol byproduct from the biodiesel industry. However, the industrial implementation of this production process is still hampered due to a largely unoptimized process. Kinetic rates from the bioreactor operation are heavily dependent on operational parameters such as temperature, pH, stirring and aeration rate. The increase of culture broth viscosity is a common feature of this culture and has a major impact on the overall performance. This fact complicates the mathematical modeling of the process, limiting the possibility to understand, control and optimize productivity. In order to tackle this difficulty, data-driven mathematical methodologies such as Artificial Neural Networks can be employed to incorporate additional process data to complement the known mathematical description of the fermentation kinetics. In this Ph.D. thesis, we have adopted such an hybrid modeling framework that enabled the incorporation of temperature, pH and viscosity effects on the fermentation kinetics in order to improve the dynamical modeling and optimization of the process. A model-based optimization method was implemented that enabled to design bioreactor optimal control strategies in the sense of EPS productivity maximization. It is also critical to understand EPS synthesis at the level of the bacterial metabolism, since the production of EPS is a tightly regulated process. Methods of pathway analysis provide a means to unravel the fundamental pathways and their controls in bioprocesses. In the present Ph.D. thesis, a novel methodology called Principal Elementary Mode Analysis (PEMA) was developed and implemented that enabled to identify which cellular fluxes are activated under different conditions of temperature and pH. It is shown that differences in these two parameters affect the chemical composition of EPS, hence they are critical for the regulation of the product synthesis. In future studies, the knowledge provided by PEMA could foster the development of metabolically meaningful control strategies that target the EPS sugar content and oder product quality parameters.

Auto-referência de sintomas de lesões músculo-esqueléticas ligadas ao trabalho LMELT numa grande empresa em Portugal

RESUMO - A dor, incómodo ou desconforto ao nível músculo-esquelético, sobretudo devido a situações e/ou postos de trabalho com elevadas exigências ao nível postural, de aplicação de força, de repetitividade ou por incorrecta distribuição das pausas, é aceite como um indicador de situações de risco passíveis de se encontrarem na génese de lesões músculo- -esqueléticas ligadas ao trabalho (LMELT) (Stuart-Buttle, 1994). No sentido de avaliar a prevalência de sintomas de LME, efectuou-se um estudo numa grande empresa da indústria de componentes para automóveis na região de Lisboa durante o ano de 2001. Utilizou-se um instrumento de recolha de informação construído a partir de uma adaptação do questionário nórdico músculo-esquelético (QNM) (Kuorinka et al., 1987). Com o apoio do serviço de saúde ocupacional da referida empresa, o questionário foi entregue a todos os trabalhadores, obtendo-se uma taxa de respondentes de 63,2% (n = 574). A população em estudo é maioritariamente do sexo feminino (83,9%), tem idades compreendidas entre os 18 e os 65 anos e a classe modal situa-se entre os 26 e os 33 anos (23,3%). Os resultados evidenciam uma alta prevalência de sintomatologia de LME e diferenças significativas de sintomas entre as categorias profissionais (1) operadores de máquina de costura, (2) trabalhadores dos armazéns e de transporte de mercadorias e (3) trabalhadores da logística, qualidade e escritórios. Os operadores apresentam índices superiores e diferentes (p < 0,05) de sintomatologia nos últimos doze meses ao nível da região cervical, ombros, cotovelos, ancas/coxas, pernas/joelhos e tornozelos/pés e nos punhos nos últimos sete dias. No presente estudo, a análise dos dados obtidos parece indicar que a natureza e as características da actividade de trabalho do grupo profissional operadores de máquina de costura (flexão cervical > 20°, trabalho muscular predominantemente estático ao nível da articulação dos ombros, elevação dos membros superiores > 45°, ortostatismo e exigências elevadas ao nível dos punhos/mãos) estão implicadas no desencadear da sintomatologia auto- -referida.

Sintomatologia musculoesquelética auto-referida por enfermeiros em meio hospitalar

RESUMO - As lesões musculoesqueléticas ligadas ao trabalho (LMELT) são frequentes em contexto hospitalar e particularmente entre os enfermeiros (Estryn-Béhar, 1991; NIOSH, 1997). Em meio ocupacional o diagnóstico destas patologias é, com frequência, realizado com recurso a questionários de sintomas. A aplicação de questionários de auto-referência de sintomas de LMELT tem permitido recolher informação sobre a prevalência europeia destas lesões, registando-se valores que oscilam entre os 17 e os 44% (Buckle, 1999) e entre nós, designadamente numa indústria de componentes automóveis, os valores apresentam dimensão semelhante ou superior (Serranheira et al., 2003). O presente estudo pretendeu identificar a sintomatologia musculoesquelética auto-referida pelos enfermeiros em meio hospitalar, procurando relações com a actividade de enfermagem. Utilizou-se um instrumento de recolha de informação construído a partir de uma adaptação do questionário nórdico musculoesquelético (QNM) (Kuorinka et al., 1987) que se aplicou a 899 enfermeiros de diferentes serviços em cinco hospitais da região do grande Porto, no ano de 2004 (responderam 507 enfermeiros). Os resultados evidenciam uma prevalência elevada de sintomas musculoesqueléticos em diferentes zonas anatómicas nos últimos 12 meses (84%), particularmente atingindo a região lombar (65%), cervical (55%), dorsal (37%), ombros (34%) e punhos/mãos (30%). Não se encontram associações significativas entre algumas actividades que os enfermeiros realizam e a presença de níveis de desconforto, incómodo ou dor com origem no sistema musculoesquelético, eventualmente devido ao elevado número de subactividades desempenhadas pelos enfermeiros. Apesar disso, existem algumas relações: (1) com a tipologia de actividades realizadas (por exemplo levantamento e transporte de cargas) nos diferentes serviços (destaca-se a Medicina e a Neonatologia), (2) com o aumento do número de horas de trabalho semanais. Desse modo, observa-se que a prevalência de sintomas de LMELT neste grupo profissional é elevada o que pode condicionar a actividade dos enfermeiros e, por consequência, o bem-estar dos utentes. Sugere-se que a actividade de enfermagem e a organização do trabalho deste grupo profissional sejam objecto de uma análise mais detalhada no sentido da identificação dos elementos determinantes da sintomatologia musculoesquelética e sua consequente prevenção.

Monte Carlo valuation of worst-of auto-callable equity swaps

This thesis proposes a Monte Carlo valuation method for Worst-of Auto-callable equity swaps. The valuation of this type of swap usually requires complex numerical methods which are implemented in “black-box” valuation systems. The method proposed is an alternative benchmark tool that is relatively simple to implement and customize. The performance of the method was evaluated according to the variance and bias of the output and to the accuracy when compared to a leading valuation system in the market.

Ensaio à rotura de protótipo de edifício em lajes de betão auto-compactável reforçado com fibras

O presente artigo descreve a investigação experimental realizada para avaliar as potencialidades da utilização de betão auto-compactável reforçado com fibras de aço (BACRFA) na construção de lajes fungiformes de edifícios de habitação e comércio, onde as fibras são o único reforço aplicado nas lajes. Para tal foi construído um protótipo deste tipo de edifícios, à escala 1:4, e ensaiado para condições de carga que permitissem avaliar o seu comportamento em serviço e em rotura. Estes ensaios foram complementados por um extenso programa experimental de caracterização do comportamento mecânico do BACRFA. Os ensaios de fluência no protótipo demonstraram a não ocorrência de fendas, bem como uma deformação dentro dos limites aceitáveis para este tipo de construção até uma sobrecarga de aproximadamente 40 kN/m2. No ensaio à rotura, o protótipo desenvolveu elevada capacidade de carga e rotura dúctil por flexão com formação de padrão difuso de fendas. Os resultados obtidos evidenciaram que o BACRFA desenvolvido demonstra potencial para ser utilizado no tipo de aplicação em causa com benefícios técnico e económicos.

Durabilidade do betão auto-compactável reforçado com fibras de aço

A durabilidade é um dos aspetos mais importantes que o betão deve garantir, devido à sua fundamental incidência na vida útil das estruturas. Devido ao número crescente de estruturas degradadas prematuramente, a durabilidade das estruturas de betão tem sido uma preocupação constante no meio técnico da construção. As estruturas de betão reforçado com fibras de aço (BRFA) estão sujeitas à penetração de cloretos e à ação da carbonatação que causam a corrosão das fibras de aço, o que pode influenciar negativamente o desempenho estrutural e a durabilidade do betão. A investigação da durabilidade do betão auto-compactável reforçado com fibras de aço (BACRFA) é ainda escassa, nomeadamente, os aspetos relacionados com a resistência à corrosão das fibras, suscitando a dúvida se a corrosão das fibras pode, ou não, provocar o destacamento do betão envolvente. Neste contexto, foi realizado um trabalho experimental com provetes de BACRFA e provetes de betão auto-compactável (BAC) sem fibras com o objetivo de avaliar os efeitos da corrosão das fibras de aço na durabilidade do BACRFA. Os resultados obtidos para os diferentes betões em estudo são apresentados e analisados.

Aplicação do Building Information Modeling na gestão de projetos de construção

Dissertação de mestrado em Construção e Reabilitação Sustentáveis

Modeling microbes: New methods for integrated metabolic and regulatory network reconstruction

PhD Thesis in Bioengineering

A relational algebra approach to ETL modeling

The MAP-i Doctoral Programme in Informatics, of the Universities of Minho, Aveiro and Porto

High strain rate constitutive modeling forhistorical structures subjected to blast loading

Doctoral Thesis Civil Engineering

Fused deposition modeling with polypropylene

This paper addresses the potential of polypropylene (PP) as a candidate for fused deposition modeling (FDM)-based 3D printing technique. The entire filament production chain is evaluated, starting with the PP pellets, filament production by extrusion and test samples printing. This strategy enables a true comparison between parts printed with parts manufactured by compression molding, using the same grade of raw material. Printed samples were mechanically characterized and the influence of filament orientation, layer thickness, infill degree and material was assessed. Regarding the latter, two grades of PP were evaluated: a glass-fiber reinforced and a neat, non-reinforced, one. The results showed the potential of the FDM to compete with conventional techniques, especially for the production of small series of parts/components; also, it was showed that this technique allows the production of parts with adequate mechanical performance and, therefore, does not need to be restricted to the production of mockups and prototypes.

[Editorial] Current challenges in modeling cellular metabolism

The authors would like to thank the financial support from the NovoNordiskFoundation.

Modeling separator membranes physical characteristics for optimized lithium ion battery performance

The effect of varying separator membrane physical parameters such as degree of porosity, tortuosity and thickness, on battery delivered capacity was studied in order to optimize performance of lithium-ion batteries. This was achieved by a theoretical mathematical model relating the Bruggeman coefficient with the degree of porosity and tortuosity. The inclusion of the separator membrane in the simulation model of the battery system does not affect the delivered capacity of the battery. The ionic conductivity of the separator and consequently the delivered capacity values obtained at different discharge rates depends on the value of the Bruggeman coefficient, which is related with the degree of porosity and tortuosity of the membrane. Independently of scan rate, the optimal value of the degree of porosity is above 50% and the separator thickness should range between 1 μm at 32 μm for improved battery performance.

Influência da corrosão no comportamento ao arrancamento de fibras de aço no betão auto-compactável

Quando adicionadas ao betão, a possibilidade de corrosão das fibras de aço , devido à penetração de cloretos e ação da carbonatação, é um parâmetro de durabilidade no betão auto-compactável reforçado com fibras de aço (BACRFA) que requer especial atenção. No BACRFA fendilhado, a corrosão tende a ocorrer nas fibras de aço que atravessam as fissuras, o que pode afetar o seu comportamento à flexão. Deste modo, o estudo do comportamento interfacial fibra/matriz é importante para a compreensão dos efeitos da corrosão das fibras de aço no comportamento mecânico e na durabilidade das estruturas de BACRFA. Com o intuito de avaliar estes efeitos, no presente trabalho desenvolveu-se um ensaio experimental de arrancamento de fibras de aço em BAC fendilhado, sujeitas previamente à ação da corrosão por exposição a um ambiente agressivo de cloretos, sendo a corrosão avaliada por intermédio de técnicas eletroquímicas. Os ensaios eletroquímicos realizados revelaram que a probabilidade de corrosão das fibras de aço num ambiente com cloretos é superior a 90%. No mesmo ambiente, a susceptibilidade para a corros ão das fibras de aço que atravessam uma pseudo-fissura, aumenta com a abertura de fissura provocando um aumento da resistência ao arranque da fibra em BAC fissurado