Electrical energy storage and Smart Grid technologies to integrate the next generation of Renewable Power Systems

The growth of renewable power sources, distributed generation and the potential for alternative fuelled modes of transport such as electric vehicles has led to concerns over the ability of existing grid systems to facilitate such diverse portfolio mixes in already congested power systems. Internationally the growth in renewable energy sources is driven by government policy targets associated with the uncertainties of fossil fuel supplies, environmental issues and a move towards energy independence. Power grids were traditionally designed as vertically integrated centrally managed entities with fully dispatchable generating plant. Renewable power sources, distributed generation and alternative fuelled vehicles will place these power systems under additional stresses and strains due to their different operational characteristics. Energy storage and smart grid technologies are widely proposed as the tools to integrate these future diverse portfolio mixes within the more conventional power systems. The choice in these technologies is determined not only by their location on the grid system, but by the diversification in the power portfolio mix, the electricity market and the operational demands. This paper presents a high level technical and economic overview of the role and relevance of electrical energy storage and smart grid technologies in the next generation of renewable power systems.

A virtual inspection framework for precision manufacturing of aerofoil components

The finite element method plays an extremely important role in forging process design as it provides a valid means to quantify forging errors and thereby govern die shape modification to improve the dimensional accuracy of the component. However, this dependency on process simulation could raise significant problems and present a major drawback if the finite element simulation results were inaccurate. This paper presents a novel approach to assess the dimensional accuracy and shape quality of aeroengine blades formed from finite element hot-forging simulation. The proposed virtual inspection system uses conventional algorithms adopted by modern coordinate measurement processes as well as the latest free-form surface evaluation techniques to provide a robust framework for virtual forging error assessment. Established techniques for the physical registration of real components have been adapted to localise virtual models in relation to a nominal Design Coordinate System. Blades are then automatically analysed using a series of intelligent routines to generate measurement data and compute dimensional errors. The results of a comparison study indicate that the virtual inspection results and actual coordinate measurement data are highly comparable, validating the approach as an effective and accurate means to quantify forging error in a virtual environment. Consequently, this provides adequate justification for the implementation of the virtual inspection system in the virtual process design, modelling and validation of forged aeroengine blades in industry.

A Review on Improving the Autonomy of Unmanned Surface Vehicles through Intelligent Collision Avoidance Manoeuvres

In recent years unmanned vehicles have grown in popularity, with an ever increasing number of applications in industry, the military and research within air, ground and marine domains. In particular, the challenges posed by unmanned marine vehicles in order to increase the level of autonomy include automatic obstacle avoidance and conformance with the Rules of the Road when navigating in the presence of other maritime traffic. The USV Master Plan which has been established for the US Navy outlines a list of objectives for improving autonomy in order to increase mission diversity and reduce the amount of supervisory intervention. This paper addresses the specific development needs based on notable research carried out to date, primarily with regard to navigation, guidance, control and motion planning. The integration of the International Regulations for Avoiding Collisions at Sea within the obstacle avoidance protocols seeks to prevent maritime accidents attributed to human error. The addition of these critical safety measures may be key to a future growth in demand for USVs, as they serve to pave the way for establishing legal policies for unmanned vessels.

Clarification of rubber mill wastewater by a plant based biopolymer- comparison with common inorganic coagulants

Background: In this study, the efficiency of Guar gum as a biopolymer has been compared with two other widely used inorganic coagulants, ferric chloride (FeCl3) and aluminum chloride (AlCl3), for the treatment of effluent collected from the rubber-washing tanks of a rubber concentrate factory. Settling velocity distribution curves were plotted to demonstrate the flocculating effect of FeCl3, AlCl3 and Guar gum. FeCl3 and AlCl3 displayed better turbidity removal than Guar gum at all settling velocities.

Result: FeCl3, AlCl3 and Guar gum removed 92.8%, 88.2% and 88.1% turbidity, respectively, of raw wastewater at a settling velocity of 0.1 cm min-1, respectively. Scanning electron microscopic (SEM) study conducted on the flocs revealed that Guar gum and FeCl3produced strong intercoiled honeycomb patterned floc structure capable of entrapping suspended particulate matter. Statistical experimental design Response Surface Methodology (RSM) was used to design all experiments, where the type and dosage of flocculant, pH and mixing speed were taken as control factors and, an optimum operational setting was proposed.

Conclusion: Due to biodegradability issues, the use of Guar gum as a flocculating agent for wastewater treatment in industry is highly recommended.

Improving MTM-UAS to predetermine automotive maintenance times

The preventive knowledge of serviceability times is a critical factor for the quantification of after-sales services costs of a vehicle. Predetermined motion time system are frequently used to set labor rates in industry by quantifying the amount of time required to perform specific tasks. The first such system is known as Methods-time measurement (MTM). Several variants of MTM have been developed differing from each other on their level of focus. Among them MTM-UAS is suitable for processes that average around 1-3 min. However experimental tests carried out by the authors in Elasis (Research Center of FIAT Group) demonstrate that MTM-UAS is not the optimal approach to measure serviceability times. The reason is that it doesn't take into account ergonomic factors. In the present paper the authors propose to correct the MTM-UAS method including in the task analysis the study of human postures and efforts. The proposed approach allows to estimate with an "acceptable" error the time needed to perform maintenance tasks since the first phases of product design, by working on Digital Mock-up and human models in virtual environment. As a byproduct of that analysis, it is possible to obtain a list of maintenance times in order to preventively set after-sales service costs. © 2012 Springer-Verlag.

Novel Delivery Systems for Transdermal and Intradermal Drug Delivery

This research book covers the major aspects relating to the use of novel delivery systems in enhancing both transdermal and intradermal drug delivery. It provides a review of transdermal and intradermal drug delivery, including the history of the field and the various methods employed to produce delivery systems from different materials such as device design, construction and evaluation, so as to provide a sound background to the use of novel systems in enhanced delivery applications.

Furthermore, it presents in-depth analyses of recent developments in this exponentially growing field, with a focus on microneedle arrays, needle-free injections, nanoparticulate systems and peptide-carrier-type systems. It also covers conventional physical enhancement strategies, such as tape-stripping, sonophoresis, iontophoresis, electroporation and thermal/suction/laser ablation Discussions about the penetration of the stratum corneum by the various novel strategies highlight the importance of the application method. Comprehensive and critical reviews of transdermal and intradermal delivery research using such systems focus on the outcomes of in vivoanimal and human studies. The book includes laboratory, clinical and commercial case studies featuring safety and patient acceptability studies carried out to date, and depicts a growing area for use of these novel systems is in intradermal vaccine delivery. The final chapters review recent patents in this field and describe the work ongoing in industry.

Building Information Modelling (BIM) Software Interoperability: A Review of the Construction Sector

Building Information Modelling (BIM) is continuing to evolve and develop as the construction industry progresses towards level 2 maturity. However, one of the core barriers in this progression is the aspect of interoperability between software packages. This research and paper stems from a Knowledge Transfer Partnership (KTP) where both industry and academia come together to address this shortcoming within the sector. One of the core objectives of this partnership and the aim of this study is investigating potential solutions to this barrier, while also developing best working practices to be applied in industry. Using one of the case studies from this partnership (a temporary steel structure), this paper demonstrates a potential solution to addressing interoperability within structural analysis and detailing packages, MasterSeries and Revit respectively. The findings of the research indicate that a process based approach rather than that of additional software coding as being the preferred solution. The results of this preliminary research will aid in the development of the topic of interoperability within the sector, while also developing the knowledge and competencies of the parties within the KTP. The findings are explored further, by providing an overview of the resolution process adopted in this case study, in overcoming the interoperability that arose as the project progressed. It is envisaged that this study will assist the construction sector and its adoption of BIM technologies, while also addressing the critical aspect of operability between software.

Laser-driven x-ray and neutron source development for industrial applications of plasma accelerators

Pulsed beams of energetic x-rays and neutrons from intense laser interactions with solid foils are promising for applications where bright, small emission area sources, capable of multi-modal delivery are ideal. Possible end users of laser-driven multi-modal sources are those requiring advanced non-destructive inspection techniques in industry sectors of high value commerce such as aerospace, nuclear and advanced manufacturing. We report on experimental work that demonstrates multi-modal operation of high power laser-solid interactions for neutron and x-ray beam generation. Measurements and Monte Carlo radiation transport simulations show that neutron yield is increased by a factor ∼2 when a 1 mm copper foil is placed behind a 2 mm lithium foil, compared to using a 2 cm block of lithium only. We explore x-ray generation with a 10 picosecond drive pulse in order to tailor the spectral content for radiography with medium density alloy metals. The impact of using >1 ps pulse duration on laser-accelerated electron beam generation and transport is discussed alongside the optimisation of subsequent bremsstrahlung emission in thin, high atomic number target foils. X-ray spectra are deconvolved from spectrometer measurements and simulation data generated using the GEANT4 Monte Carlo code. We also demonstrate the unique capability of laser-driven x-rays in being able to deliver single pulse high spatial resolution projection imaging of thick metallic objects. Active detector radiographic imaging of industrially relevant sample objects with a 10 ps drive pulse is presented for the first time, demonstrating that features of 200 μm size are resolved when projected at high magnification.

Design of a Virtual Reality Framework for Maintainability and assemblability test of complex systems

This paper presents a unique environment whose features are able to satisfy requirements for both virtual maintenance and virtual manufacturing through the conception of original virtual reality (VR) architecture. Virtual Reality for the Maintainability and Assemblability Tests (VR_MATE) encompasses VR hardware and software and a simulation manager which allows customisation of the architecture itself as well as interfacing with a wide range of devices employed in the simulations. Two case studies are presented to illustrate VR_MATE's unique ability to allow for both maintainability tests and assembly analysis of an aircraft carriage and a railway coach cooling system respectively. The key impact of this research is the demonstration of the potentialities of using VR techniques in industry and its multiple applications despite the subjective character within the simulation. VR_MATE has been presented as a framework to support the strategic and operative objectives of companies to reduce product development time and costs whilst maintaining product quality for applications which would be too expensive to simulate and evaluate in the real world.

Avaliação do efeito de metais pesados na fertilidade do ratinho

A infertilidade é um problema actual que afecta cerca de 8 a 12% dos casais em idade fértil, sendo 50% dos casos atribuídos ao factor masculino. A exposição ocupacional e/ou ambiental a metais pesados representa uma das suas principais causas. O chumbo, o cádmio e o crómio são metais com elevada utilização industrial e muito persistentes no ambiente, sendo motivo de grande preocupação devido aos seus efeitos na saúde reprodutiva dos trabalhadores e da população em geral. Neste trabalho estudaram-se os efeitos do cloreto de chumbo (PbCl2), cloreto de cádmio (CdCl2) e cromato de potássio (K2CrO4) na fertilidade, usando como modelo ratinhos machos ICR-CD1. Os ratinhos foram injectados subcutaneamente com 74 e 100 mg de PbCl2/kg pc ou com 5 e 10 mg de K2CrO4/kg pc, respectivamente, durante 4 dias consecutivos ou com 1, 2 e 3 mg de CdCl2/kg pc numa única injecção. Nos ensaios com PbCl2 e K2CrO4 os animais foram sacrificados 5 e 35 dias após o início da exposição, enquanto que nos ensaios com CdCl2 os animais foram sacrificados após 24 horas e 35 dias. O cloreto de chumbo não alterou a histologia do testículo nem do epidídimo, mas induziu um aumento da percentagem de células em fase S no testículo. O cloreto de chumbo alterou também alguns parâmetros dos espermatozóides, tais como a motilidade, morfologia e integridade do acrossoma. Contudo, não foram observados efeitos na integridade do DNA ou na estrutura da cromatina. O cloreto de cádmio induziu lesões severas e não reversíveis nos testículos que, após 35 dias, reverteram em necrose testicular. O cloreto de cádmio alterou ainda as subpopulações de células testiculares após 24 horas e induziu IMS no testículo após 35 dias. Em consequência das lesões no testículo, a densidade espermática foi severamente afectada após 35 dias. A exposição ao cloreto de cádmio afectou também a morfologia, a motilidade e a integridade acrossómica nos espermatozóides. O cloreto de cádmio induziu ainda fragmentação do DNA nestas células após 35 dias. O cromato de potássio alterou a morfologia dos espermatozóides e a integridade do acrossoma, sobretudo nos animais sacrificados após 35 dias. Verificou-se ainda uma redução da motilidade dos espermatozóides. Não foram detectados efeitos genotóxicos nos espermatozóides, devido à acção do K2CrO4 nas doses testadas. Dos parâmetros avaliados neste trabalho, destacam-se duas novas abordagens, nomeadamente o programa informático Snakes e a análise do conteúdo em DNA de células de testículo, a partir de material incluído em parafina. O Snakes permitiu fazer medições rigorosas do diâmetro dos tubos seminíferos, enquanto que a fixação de amostras de testículo de ratinhos em formol tamponado e inclusão em parafina resultou numa boa preservação do DNA, possibilitando assim a quantificação das subpopulações de células testiculares por citometria de fluxo. Os resultados obtidos para os diferentes parâmetros testados indicam que a motilidade dos espermatozóides e a integridade do acrossoma sejam parâmetros sensíveis à toxicidade de metais. O acrossoma aparenta ser um dos principais alvos da toxicidade dos metais e cuja reacção acrossómica prematura pode reduzir a capacidade do espermatozóide para fertilizar o oócito. Assim, este trabalho representa uma contribuição para uma melhor compreensão dos efeitos do chumbo, cádmio e crómio na fertilidade masculina.

Chalcogenide thin films for solar cells: growth and properties

Thin film solar cells have in recent years gained market quota against traditional silicon photovoltaic panels. These developments were in a large part due to CdTe solar panels on whose development started earlier than their competitors. Panels based on Cu(In,Ga)Se2 (CIGS), despite being more efficient in a laboratory and industrial scale than the CdTe ones, still need a growth technology cheaper and easier to apply in industry. Although usually presented as a good candidate to make cheap panels, CIGS uses rare and expensive materials as In and Ga. The price evolution of these materials might jeopardize CIGS future. This thesis presents three different studies. The first is the study of different processes for the incorporation of Ga in a hybrid CIGS growth system. This system is based on sputtering and thermal evaporation. This technology is, in principle, easier to be applied in the industry and solar cells with efficiencies around to 7% were fully made in Aveiro. In the second part of this thesis, a new material to replace CIGS in thin film solar cells is studied. The growth conditions and fundamental properties of Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) were studied in depth. Suitable conditions of temperature and pressure for the growth of this material are reported. Its band gap energy was estimated at 1.05 eV and the Raman scattering peaks were identified. Solar cells made with this material showed efficiencies lower than 0.1%. Finally, preliminary work regarding the incorporation of selenium in Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films was carried out. The structural and morphological properties of thin films of Cu2ZnSn(S,Se)4 have been studied and the results show that the incorporation of selenium is higher in films with precursors rather with already formed Cu2SnS3 or Cu2ZnSnS4 thin films. A solar cell with 0.9 % of efficiency was prepared.

Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

Design e avaliação de pictogramas farmacêuticos

A informação inerente aos medicamentos no processo de medicação e prescrição tem revelado insuficiências relativamente às necessidades do utilizador. Este projecto aborda essas dificuldades e procura contribuir, através do design e avaliação de pictogramas farmacêuticos, para um melhor acesso das pessoas à informação, oral e escrita, prestada por médicos, farmacêuticos e pela literatura inclusa dos medicamentos. Verificámos que, nos últimos 40 anos, se desenvolveram quase mil representações gráficas, provenientes de 20 países, sobre mensagens relativas a perigos, precauções e informações de como tomar o medicamento. Com base nesse conjunto mundial colectado, tão alargado e diversificado, procedeu-se à analise, agrupamento e comparação dessas representações com vista a apurar a diversidade gráfica e escrita das 75 mensagens farmacêuticas identificadas nesta investigação. Foi seguidamente consultada uma centena de profissionais de saúde dentro da área farmacêutica para selecção e definição da informação a ser projectada em pictogramas. Algumas das mensagens seleccionadas foram, por ordem de importância: “Não aplicar nos olhos”, “Não beber álcool enquanto estiver a tomar o medicamento” e “Guardar no frigorífico”. Foi concebido um sistema PictoPharma, bilingue (Português e Inglês), composto por 32 pictogramas farmacêuticos, com várias possibilidades cromáticas de acordo com as diversas aplicações para suportes de impressão e ecrã (Registo de Propriedade Industrial – marca e design). Embora o sistema projectado possa aumentar a capacidade de recordar as informações importantes pelas pessoas em geral, os públicos-alvo que mais beneficiarão com o sistema são: pessoas que apresentam especiais dificuldades de leitura - analfabetos, pessoas com nenhum conhecimento ou um conhecimento limitado da língua; pessoas com dificuldades para relembrar e / ou compreender o tratamento - população envelhecida, sob múltiplos tratamentos ou com menores capacidades intelectuais; pessoas que não falam a língua local ou são de uma cultura diferente - estrangeiros, turistas, imigrantes. Foram feitos testes de usabilidade com os públicos-alvo específicos, de forma a verificar a percentagem de compreensão dos pictogramas, sem a respectiva legenda e de acordo com as normas internacionais de normalização. Os resultados dos testes indicaram que metade do sistema atingiu os 100% de compreensão e a outra metade atingiu mais de 88%. O sistema PictoPharma criado caracteriza-se: pelo design gráfico no seu contraste visual e na possibilidade de leitura numa escala reduzida; pelo conceito de familiaridade gráfica representada no seu conjunto, de forma a tornar os pictogramas mais facilmente memorizáveis; pelo estudo feito para minimizar especificidades culturais visuais; pelas diversas aplicações possíveis na indústria; pelas direcções que aponta para futuras investigações sobre as escolhas visuais culturais inerentes a um projecto de design com este.

Economical and operational optimization of CALB immobilization on MP1000 for amidation of olein fatty acids with ethanolamine

Dissertação de Mestrado , Engenharia Biológica, Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais, Universidade do Algarve, 2008

Neural networks PID autotuning with real-time adaptation

Despite the developments in more sophisticated controllers, still the Proportional, Integral and Derivative (PID) controller is by far the controller most widely used in industry automation.