Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Recuperação renovável de Mg a partir de MgO através da utilização concertada de laser solar e de concentrador solar

Apesar do elevado potencial do metal magnésio como material útil em várias áreas cien-tíficas e tecnológicas, os seus métodos de produção tradicionais têm um impacto fortemente prejudicial no ambiente e um custo elevado. Este facto é um incentivo à procura de novas so-luções, nomeadamente as que recorrem à utilização da radiação solar partindo do óxido de magnésio. Alguns estudos têm já sido feitos nesse sentido, utilizando laser solar ou radiação solar concentrada mas a utilização concertada dos dois não tinha sido feita até ao momento. Neste trabalho, a exequibilidade da utilização concertada destes dois métodos será avaliada e será estudado o comportamento do óxido de magnésio face à radiação que nele incide.

Estudo técnico-económico de um sistema solar termoelétrico com back-up a biomassa

Este trabalho consistiu no estudo técnico-económico (dimensionamento) de uma central térmica solar de torre norte, com back-up a biomassa (pellets) para produção de energia elétrica. A partir da plataforma PVGIS obteve-se a irradiação normal direta, DNI, da região do Alentejo, Portugal, segundo critérios descritos na secção 3.1. O valor anual obtido foi de 2319 !"ℎ/%&, valor este que foi convertido em energia elétrica, obtendo-se, assim, um montante de 105.761.800 kWh por ano, em 25 anos. Estas importâncias foram obtidas através dos equipamentos que constituem a central, entre eles o campo solar (composto por 2067 helióstatos com área total de 188097 %&), a torre (convertendo a concentração da DNI para energia térmica ao fluído de transferência de calor, HTF), o bloco de potência (composta por permutador de calor, turbina, gerador elétrico e outros) e com ajuda de uma caldeira a biomassa (pellets) que consome cerca de 24.001,23 toneladas de pellets por ano. O estudo económico foi realizado num modelo executável no Excel, calculando, assim, o custo total do sistema, 138.515.886,87 €. A partir deste valor calcularam-se os indicadores económicos (Valor Atualizado Líquido, VAL=-12.282540,28 €) com uma tarifa bonificada de 0,22114 €/kWh, que indica que o sistema termo solar com back-up a biomassa (pellets) não é viável economicamente (e o mesmo acontece com o sistema termo solar sem a biomassa). O dimensionamento técnico do sistema CSP de torre é feito a partir de um modelo matemático executado em Excel e MatLab e pelo software System Advisor Model, SAM e o da caldeira a pellets é concretizado também no Excel. Os resultados do modelo matemático foram comparados com os valores obtidos no SAM para o mês típico de julho comprovando, assim, as fórmulas e conceitos contidos no estado da arte. Realizou-se, também, uma comparação dos valores anuais do sistema obtidos no SAM com os valores reais da Gemasolar (em Espanha), demonstrando então a veracidade dos valores obtidos no dimensionamento feito para Portugal.

Light harvesting in solar cells using natural pigments from red fruits adsorbed to mesoporous TiO2

Nature has developed strategies to present us with a wide variety of colours, from the green of leaves to the bright colours seen in flowers. Anthocyanins are between these natural pigments that are responsible for the great diversity of colours seen in flowers and fruits. Anthocyanins have been used to sensitize titanium dioxide (TiO2) in Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs). DSSCs have become one of the most popular research topic in photovoltaic cells due to their low production costs when compared to other alternatives. DSSCs are inspired in what happens in nature during photosynthesis. A primary charge separation is achieved by means of a photoexcited dye capable of performing the electron injection into the conduction band of a wide band-gap semiconductor, usually TiO2. With this work we aimed to synthesize a novel mesoporous TiO2 structure as the semiconductor in order to increase the dye loading. We used natural occurring dyes such as anthocyanins and their synthetic flavylium relatives, as an alternative to the widely used metal complexes of Ru(II) which are expensive and are environmentally unsafe. This offers not only the chance to use safer dyes for DSSCs, but also to take profit of waste biological products, such as wine and olive oil production residues that are heavily loaded with anthocyanin dyes. We also performed a photodegradation study using TiO2 as the catalyst to degrade dye contaminants, such as those from the wine production waste, by photo-irradiation of the system in the visible region of the light spectrum. We were able to succeed in the synthesis of mesoporous TiO2 both powder and thin film, with a high capacity to load a large amount of dye. We proved the concept of photodegradation using TiO2 as catalyst. And finally, we show that wine production waste is a possible dye source to DSSCs application.

Desenvolvimento de Competências Musicais no 2.º Ciclo do Ensino Básico: Práticas Pedagógicas

A disciplina de Educação Musical está presente no currículo do ensino básico nacional há quarenta e cinco anos, no entanto a informação sobre as práticas musicais nessas aulas é escassa. A presente tese tem por objecto de estudo as práticas dos professores de Educação Musical no 2.º ciclo do ensino básico e pretende perceber o que efectivamente se ensina nessas aulas. Participaram 411 alunos e 15 professores, ao longo de duas fases do estudo: uma fase exploratória, constituída por entrevistas qualitativas a uma pequena amostra (4 professores e 10 alunos) e uma segunda fase, dividida em duas etapas de recolha e análise de dados – questionário a alunos e professores (construído com base nos resultados do estudo exploratório), seguido de entrevistas focalizadas aos professores (participaram, nesta fase, 401 alunos e 11 professores de 9 escolas do 2º ciclo do ensino básico). Trata-se de um estudo misto (qualitativo e quantitativo). O questionário teve como objectivo averiguar as percepções dos alunos e dos professores relativamente às práticas pedagógicas desenvolvidas na aula de Educação Musical. Seguiram-se as entrevistas focalizadas aos professores, que tiveram o intuito de os confrontar com as suas respostas e com as dos seus alunos e ampliar a compreensão das mesmas. Os resultados mostraram que os professores realizam maioritariamente actividades no âmbito das áreas de interpretação, teoria e audição musical. Por outro lado, concretizam poucas experiências de aprendizagem e, ainda menos, actividades de composição musical. Constata-se que as contingências circundantes influenciam as práticas lectivas na disciplina de Educação Musical. A profissionalidade docente é uma construção indissociável das práticas dos professores. Discutem-se os resultados e suas implicações para intervenções pedagógicas no âmbito da Educação Musical, numa lógica de reflexão/investigação/acção sobre a prática.

A Literacia da Informação no Ensino Básico (1.º Ciclo): Modelos e Práticas Atuais

Esta tese tem como anexo um vídeo e uma tabela excel estão disponíveis para consulta nesta Biblioteca.

Proposta e avaliação termodinâmica de soluções para o aproveitamento da exergia na regaseificação de GNL

Uma vez que o gás natural liquefeito (GNL) é transportado a uma temperatura criogénica de -162 °C e como os gasodutos recebem o gás natural (GN) à temperatura ambiente, existe neste sistema exergia que pode ser usada na produção de energia elétrica. A presente dissertação consiste na proposta, avaliação e comparação termodinâmica de diferentes ciclos para produção de energia elétrica, através do aproveitamento da exergia do GNL, aquando da sua transformação em GN, para introdução nos gasodutos. Neste trabalho, considerou-se como caso de estudo o terminal de GNL de Sines, em Portugal, que atualmente não tem implementada nenhuma solução para o aproveitamento da exergia disponível. Considerando os critérios de projeto, definidos de acordo com as características do terminal de Sines e, usando água do mar como fonte de calor, simularam-se e compararam-se os seguintes tipos de ciclos: o ciclo existente no terminal (CE), sem produção de energia; o ciclo de expansão direta do GN (CED); os ciclos tipo Rankine (CTR); os ciclos tipo Rankine com expansão direta (CTR+ED); e os ciclos tipo Rankine com apoio de energia solar (CTRS). Consideraram-se sete fluidos de trabalho (FT) diferentes: propano, etano, etileno, dióxido de carbono, R134a, R143a e propileno. As potências líquidas máximas obtidas para cada ciclo demonstram que: com o CE gastam-se cerca de 1182 kW para fazer o processamento de GNL; com o CED é possível gastar apenas 349 kW; com os CTR é possível obter uma potência líquida positiva ao processar o GNL, produzindo até 2120 kW (usando propileno como FT); com os CTR+ED é possível produzir 2174 kW (também usando propileno com FT); e com os CTRS é possível produzir até 3440 kW (valor médio anual) (usando etano como FT). Fez-se a otimização multi-objetivo dos ciclos tendo-se considerado alguns aspetos económicos. Além da maximização da potência líquida, para os CED, CTR e CTR+ED minimizou-se a área de transferência de calor total dos permutadores de calor e para os CTRS minimizou-se a área de coletores solares instalada.

Triatomíneos da Amazônia: Ocorrência de triatomíneos na área do reservatório da hidrelé trica de Tucuruí (Pará) e observações sobre o ciclo evolutivo de Rhodnius robustos Larrousse, 1927 (HEMIPTERA, REDUVIIDAE, TRIATOMINAE).

Os autores apresentam dados sobre a ocorrênncia de triatomíneas silvestres encon-tiados em vários ecótopos (palmeiras, tocas de roedores e epífitas aéreas), assim como, capturas através de atração luminosa, no reservatório da Usina Hidrelétrica Tucu ruí, num trecho compreendido entre Santo Antonio e Ipixuna, rio Tocantins; enfocando as pectos do ciclo de vida de Rhodnius robustus realizado no laboratôrio do INPA, Manaus.

Um aquecedor solar de água de baixo custo.

Um protôtipo de um aquecedor solar de água para fins domésticos com uma área de 1 m2 foi constuíudo e testado. 0 equipamento consistiu de um tanque raso pintado de pre to, isolado nas laterais e no fundo, funcionando ao mesmo tempo como coletor e reserva-tório de água quente. As curvas de resfriamento mostraram que para se obter uma reten-cão de calor adequada seria necessário utilizar-se de uma tampa transparente dupla. Variou-se-a quantidade de água no tanque. Com 50 litros de água observou-se temperaturas de até 87°C. Concluiu-se que é perfeitamente viável construir-se um coletor solar de água prático e barato para regiões equatoriais, ligando-se em série 4 unidades iguais à aqui testada.

Perylene Diimide acceptors: Fabrication and characterization of electron-only, hole-only devices and solar cells

The thrust towards energy conservation and reduced environmental footprint has fueled intensive research for alternative low cost sources of renewable energy. Organic photovoltaic cells (OPVs), with their low fabrication costs, easy processing and flexibility, represent a possible viable alternative. Perylene diimides (PDIs) are promising electron-acceptor candidates for bulk heterojunction (BHJ) OPVs, as they combine higher absorption and stability with tunable material properties, such as solubility and position of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level. A prerequisite for trap free electron transport is for the LUMO to be located at a level deeper than 3.7 eV since electron trapping in organic semiconductors is universal and dominated by a trap level located at 3.6 eV. Although the mostly used fullerene acceptors in polymer:fullerene solar cells feature trap-free electron transport, low optical absorption of fullerene derivatives limits maximum attainable efficiency. In this thesis, we try to get a better understanding of the electronic properties of PDIs, with a focus on charge carrier transport characteristics and the effect of different processing conditions such as annealing temperature and top contact (cathode) material. We report on a commercially available PDI and three PDI derivatives as acceptor materials, and its blends with MEH-PPV (Poly[2-methoxy 5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]) and P3HT (Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)) donor materials in single carrier devices (electron-only and hole-only) and in solar cells. Space-charge limited current measurements and modelling of temperature dependent J-V characteristics confirmed that the electron transport is essentially trap-free in such materials. Different blend ratios of P3HT:PDI-1 (1:1) and (1:3) show increase in the device performance with increasing PDI-1 ratio. Furthermore, thermal annealing of the devices have a significant effect in the solar cells that decreases open-circuit voltage (Voc) and fill factor FF, but increases short-circuit current (Jsc) and overall device performance. Morphological studies show that over-aggregation in traditional donor:PDI blend systems is still a big problem, which hinders charge carrier transport and performance in solar cells.

Variação espacial e temporal da irradiância solar e da razão entre vermelho e vermelho - extremo que chegam ao solo em diferentes microhabitats na região de Tucuruí - PA

RESUMOEste trabalho visa preliminarmente estudar a irradiância total entre 300 e 1100 nm, assim como a razão vermelho-vermelho extremo que chegam ao solo de um trecho de floresta primária e de uma clareira. As áreas selecionadas estão localizadas numa região próxima a cidade de Tucurui, Estado do Pará, Brasil.

Biologia de Anofelinos Amazônicos. XIII. Estudo do ciclo biológico de Anopheles nuñez-tovari Gabaldon, 1940 (Diptera, Culicidae)

No estudo do ciclo biológico de Anopheles nuñez-tovari foram analisadas 108 posturas, totalizando 13.999 ovos. A média de ovos postos por postura foi de 128,83 + 4,85 e uma taxa de eclosão elevada de 84,06%. Foi constatado qe 89% dos ovos eclodem com 48 horas após a oviposição, mostrando, no total, um período médio de eclosão de 1,86 + 0,004 dias. A média de ovos eclodidos por postura foi de 109,39 + 5,26. Os dados de correlação entre ovos postos e ovos eclodidos evidenciaram que à medida que aumenta o número de ovos por postura há também um aumento correspondente na taxa de eclosão . Contudo, quando as posturas são reunidas em intervalos de classe de 40 ovos, constatou-se que não há correlação para algumas delas. Para as fases imaturas, verificou-se que existem diferenças no tempo de desenvolvimento, sendo o estádio 4o - pupa - o mais longo, apresentando uma média de 3,15 + 0,03 dias. A menor média foi observada para os estádios 2o - 3o com 1,46 + 0,02 dias. Valores intermediários foram constatados para os estádios 1o - 2o, 3o - 4oe estágio de pupa - adulto (2,34 + 0,02; 1,67 + 0,02 e 1,54 + 0,01 dias, respetivamente). Para o ciclo completo ovo-adulto observou-se um tempo médio de desenvolvimento de 12,02 + 0,04 dias. As maiores taxas de mortalidade foram verificadas para o 4o. estádio (19,6%0) e para o estádio até a emergência do imago, foi de 71,40%, sendo um valor elevado segundo os dados da literatura. A comparação dos períodos do desenvolvimento entre A. nuñez-tovari com A. darlingi e A. trannulatuspossibilitou considerar A. nuñez-tovari como mais próxima da primeira espécie.

RADIAÇÃO SOLAR TOTAL DENTRO E FORA DE FLORESTA TROPICAL ÚMIDA DE TERRA FIRME (TUCURUÍ, PARÁ)

Medidas de radiação solar global foram executadas dentro e fora de mata tropical úmida de terra firme durante o dia 07 de novembro de 1986, em Tucuruí, Pará. As intensidades de radiação solar incidentes em 3 sensores instalados aleatoriamente no chão da floresta e um sensor localizado em área aberta (sensor padrão) são avaliadas e intercomparadas. A radiação média que atinge o chão da floreeta foi 4.7% da radiação incidente em área aberta adjacente à floresta. As diferenças entre as medidas dos sensores da mata e o padrão pode ser atribuída à distribuição espacial heterogênea da radiação solar que alcança o chão da floresta.

Distributed solar micro generation

Taking into account the fact that the sun’s radiation is estimated to be enough to cover 10.000 times the world’s total energy needs (BRAKMANN & ARINGHOFF, 2003), it is difficult to understand how solar photovoltaic systems (PV) are still such a small part of the energy source matrix across the globe. Though there is an ongoing debate as to whether energy consumption leads to economic growth or whether it is the other way around, the two variables appear correlated and it is clear that ensuring the availability of energy to match a country’s growth targets is one of the prime concerns for any government. The topic of centralized vs distributed electricity generation is also approached, especially in what regards the latter fit to developing countries needs, namely the lack of investment capabilities and infrastructure, scattered population, and other factors. Finally, Brazil’s case is reviewed, showing that the current cost of electricity from the grid versus the cost from PV solutions still places an investment of this nature with 9 to 16 years to reach breakeven (from a 25 year panel lifespan), which is too high compared to the required 4 years for most Brazilians. Still, recently passed legislation opened the door, even if unknowingly, to the development of co-owned solar farms, which could reduce the implementation costs by as much as 20% and hence reduce the number of years to breakeven by 3 years.

Análise do ciclo de vida do cimento. Caso de estudo: fábrica da Secil-Outão

O cimento é o material de construção mais utilizado na edificação de estruturas. A sua produção compreende um consumo material e energético muito significativo que se traduz numa contribuição igualmente relevante para a deterioração do ambiente. A presente dissertação consistiu na aplicação da abordagem de ciclo de vida ao processo de produção de dois tipos de cimento – CEM I 42,5 e CEM II 32,5 – com a finalidade de calcular o impacte ambiental de cada um e comprovar o desempenho ambiental superior do segundo. A análise do ciclo de vida foi desenvolvida de acordo com uma abordagem cradle-to-gate, segundo os requisitos das normas ISO 14040 e 14044 e da Norma Europeia 15804/2012. Os dados utilizados são específicos do processo de produção de cimento na fábrica de cimento Secil-Outão. Os resultados dos inventários do ciclo de vida demonstraram que, decorrente da utilização de uma maior quantidade de clínquer no seu fabrico, o CEM I 42,5 exige um maior consumo de matérias-primas naturais e de energia, tanto elétrica como térmica. O CEM II 32,5 apresenta consumos materiais e energéticos inferiores ao cimento do tipo I, devido a uma taxa de incorporação de clínquer mais baixa, mas compreende um consumo de matérias-primas secundárias mais alto. Em relação aos fluxos de saída, o CEM I 42,5 é responsável por níveis de emissão de CO2, PM10 e outros poluentes superiores aos do CEM II 32,5, em consequência do consumo elevado de combustíveis. A produção do cimento do tipo I é responsável por uma maior contribuição para a ecotoxicidade de sistemas marinhos e terrestres e para a deterioração da saúde pública, através da emissão de metais pesados, e para o agravamento das alterações climáticas, devido às emissões de CO2. A produção do cimento do tipo II apresenta um menor impacte ambiental e, por isso, um desempenho ambiental superior.