Desenvolvimento de um sistema de telemetria para monitoramento térmico em casas de vegetação

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Image-Guided Cryoablation of the Spine in a Swine Model: Clinical, Radiological, and Pathological Findings with Light and Electron Microscopy

This study was designed to present the feasibility of an in vivo image-guided percutaneous cryoablation of the porcine vertebral body. Methods The institutional animal care committee approved this study. Cone-beam computed tomography (CBCT)-guided vertebral cryoablations (n = 22) were performed in eight pigs with short, 2-min, single or double-freezing protocols. Protective measures to nerves included dioxide carbon (CO2) epidural injections and spinal canal temperature monitoring. Clinical, radiological, and pathological data with light (n = 20) or transmission electron (n = 2) microscopic analyses were evaluated after 6 days of clinical follow-up and euthanasia. Results CBCT/fluoroscopic-guided transpedicular vertebral body cryoprobe positioning and CO2 epidural injection were successful in all procedures. No major complications were observed in seven animals (87.5 %, n = 8). A minor complication was observed in one pig (12.5 %, n = 1). Logistic regression model analysis showed the cryoprobe-spinal canal (Cp-Sc) distance as the most efficient parameter to categorize spinal canal temperatures lower than 19 °C (p<0.004), with a significant Pearson’s correlation test (p < 0.041) between the Cp-Sc distance and the lowest spinal canal temperatures. Ablation zones encompassed pedicles and the posterior wall of the vertebral bodies with an inflammatory rim, although no inflammatory infiltrate was depicted in the surrounding neural structures at light microscopy. Ultrastructural analyses evidenced myelin sheath disruption in some large nerve fibers, although neurological deficits were not observed. Conclusions CBCT-guided vertebral cryoablation of the porcine spine is feasible under a combination of a short freezing protocol and protective measures to the surrounding nerves. Ultrastructural analyses may be helpful assess the early modifications of the nerve fibers.

Bestimmung thermischer Untergrundparameter in Erdwärmesondenfeldern und Evaluierung tiefenaufgelöster Thermal-Response-Tests durch thermohydraulische Modellierungen

Die oberflächennahe Geothermie leistet im Bereich der Nutzung regenerativer Wärme einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz. Um die technische Nutzung oberflächennaher Geothermie zu optimieren, ist die Kenntnis der Beschaffenheit des geologischen Untergrundes ausschlaggebend. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Bestimmung verschiedener Untergrundparameter an einem Erdwärmesondenfeld. Es wurden Untersuchungen zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit wie der enhanced Thermal Response Test (eTRT), sowie eine Untergrund-Temperaturüberwachung im ersten Betriebsjahr durchgeführt. Die Überwachung zeigte keine gegenseitige Beeinflussung einzelner Sonden. Ein Vergleich zwischen dem geplanten und dem tatsächlichem Wärmebedarf des ersten Betriebsjahres ergab eine Abweichung von ca. 35%. Dies zeigt, dass die Nutzungsparameter der Anlage deren Effizienz maßgeblich beeinflussen können. Der am Beispielobjekt praktisch durchgeführte eTRT wurde mittels numerischer Modellierung auf seine Reproduzierbarkeit hin überprüft. Bei einem rein konduktiven Wärmetransport im Untergrund betrug die maximale Abweichung der Messung selbst unter ungünstigen Bedingungen lediglich ca. 6% vom zu erwartenden Wert. Die Detektion von grundwasserdurchflossenen Schichten ist in den Modellen ebenfalls gut abbildbar. Problematisch bleibt die hohe Abhängigkeit des Tests von einer konstanten Wärmezufuhr. Lediglich die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit über das Relaxationsverhalten des Untergrundes liefert bei Wärmeeintragsschwankungen hinreichend genaue Ergebnisse. Die mathematische Nachbearbeitung von fehlerhaften Temperaturkurven bietet einen Einstiegspunkt für weiterführende Forschung.

Minimum, maximum and mean annual ground temperatures in permafrost around Abisko ANS between 2008-2009

Monitoring of permafrost has been ongoing since 1978 in the Abisko area, northernmost Sweden, when measurements of active layer thickness started. In 1980, boreholes were drilled in three mires in the area to record permafrost temperatures. Recordings were made twice per year, and the last data were obtained in 2002. During the International Polar Year (2007-2008), new boreholes were drilled within the 'Back to the Future' (BTF) and 'Thermal State of Permafrost' (TSP) projects that enabled year-round temperature monitoring. Mean annual ground temperatures (MAGT) in the mires are close to 0°C, ranging from -0.16 to -0.47°C at 5 m depth. Data from the boreholes show increasing ground temperatures in the upper and lower part by 0.4 to 1°C between 1980 and 2002. At one mire, permafrost thickness has decreased from 15 m in 1980 to ca. 9 m in 2009, with an accelerating thawing trend during the last decade.

Resonant cavity Fibre Bragg grating sensor interrogation

This thesis presents a novel high-performance approach to time-division-multiplexing (TDM) fibre Bragg grating (FBG) optical sensors, known as the resonant cavity architecture. A background theory of FBG optical sensing includes several techniques for multiplexing sensors. The limitations of current wavelength-division-multiplexing (WDM) schemes are contrasted against the technological and commercial advantage of TDM. The author’s hypothesis that ‘it should be possible to achieve TDM FBG sensor interrogation using an electrically switched semiconductor optical amplifier (SOA)’ is then explained. Research and development of a commercially viable optical sensor interrogator based on the resonant cavity architecture forms the remainder of this thesis. A fully programmable SOA drive system allows interrogation of sensor arrays 10km long with a spatial resolution of 8cm and a variable gain system provides dynamic compensation for fluctuating system losses. Ratiometric filter- and diffractive-element spectrometer-based wavelength measurement systems are developed and analysed for different commercial applications. The ratiometric design provides a low-cost solution that has picometre resolution and low noise using 4% reflective sensors, but is less tolerant to variation in system loss. The spectrometer design is more expensive, but delivers exceptional performance with picometre resolution, low noise and tolerance to 13dB system loss variation. Finally, this thesis details the interrogator’s peripheral components, its compliance for operation in harsh industrial environments and several examples of commercial applications where it has been deployed. Applications include laboratory instruments, temperature monitoring systems for oil production, dynamic control for wind-energy and battery powered, self-contained sub-sea strain monitoring.

Sensoriamento óptico quase-distribuído aplicado ao monitoramento de trocadores de calor de usinas hidrelétricas

This work aims to develop optical sensors for temperature monitoring in hydroelectric power plant heat exchangers. The proposed sensors are based on the Fiber Bragg Gratings technology. First of all, a prototype with three sensors inscribed in a same fiber was developed. This fiber was then fixed to a conventional Pt100 sensor rod and inserted in a thermowell. The ensemble was then calibrated in a workbench, presenting a maximum combined uncertainty of 2,06 °C. The sensor was installed in one of the heat exchangers of the Salto Osório’s hydroelectric power plant. This power plant is situated in the Iguaçu river, at the Paraná state. Despite the satisfactory results, the sensor was improved to a second version. In this, fifteen optical Bragg sensors were inscribed in a same fiber. The fixation with a conventional sensor was no longer necessary, because the first version results comproved the efficiency and response time in comparison to a conventional sensor. For this reason, it was decided to position the fiber inside a stainless steel rod, due to his low thermal expansion coefficient and high corrosion immunity. The utilization of fifteen fiber Bragg gratings aims to improve the sensor spatial resolution. Therefore, measurements every ten centimeters with respect to the heat exchanger’s height are possible. This provides the generation of a thermal map of the heat exchanger’s surface, which can be used for determination of possible points of obstruction in the hydraulic circuit of the heat exchanger. The heat exchanger’s obstruction in hydroelectric power plants usually occur by bio-fouling, and has direct influence in the generator’s cooling system efficiency. The obtained results have demonstrated the feasibility in application of the optical sensors technology in hydroelectric power plants.

Acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo para Ensaios e Calibrações em Temperaturas

O trabalho desenvolvido centrou-se na preparação da acreditação NP EN ISO/IEC 17025 do Laboratório de Metrologia da empresa Frilabo para prestação de serviços na área das temperaturas, no ensaio a câmaras térmicas e na calibração de termómetros industriais. Considerando o âmbito do trabalho desenvolvido, são abordados nesta tese conceitos teóricos sobre temperatura e incertezas bem como considerações técnicas de medição da temperatura e cálculo de incertezas. São também referidas considerações sobre os diferentes tipos de câmaras térmicas e termómetros. O texto apresenta os documentos elaborados pelo autor sobre os procedimentos de ensaio a câmaras térmicas e respetivo procedimento de cálculo da incerteza. Também estão presentes neste texto documentos elaborados pelo autor sobre os procedimentos de calibração de termómetros industriais e respetivo procedimento de cálculo da incerteza. Relativamente aos ensaios a câmara térmicas e calibração de termómetros o autor elaborou os fluxogramas sobre a metodologia da medição da temperatura nos ensaios, a metodologia de medição da temperatura nas calibrações, e respetivos cálculos de incertezas. Nos diferentes anexos estão apresentados vários documentos tais como o modelo de folha de cálculo para tratamento de dados relativos ao ensaio, modelo de folha de cálculo para tratamento de dados relativo às calibrações, modelo de relatório de ensaio, modelo de certificado de calibração, folhas de cálculo para gestão de clientes/equipamentos e numeração automática de relatórios de ensaio e certificados de calibração que cumprem os requisitos de gestão do laboratório. Ainda em anexo constam todas as figuras relativas à monitorização da temperatura nas câmara térmicas como também as figuras da disposição dos termómetros no interior das câmaras térmicas. Todas as figuras que aparecem ao longo do documento que não estão referenciadas são da adaptação ou elaboração própria do autor. A decisão de alargar o âmbito da acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo para calibração de termómetros, prendeu-se com o facto de que sendo acreditado como laboratório de ensaios na área das temperaturas, a realização da rastreabilidade dos padrões de medida internamente, permitiria uma gestão de recursos otimizada e rentabilizada. A metodologia da preparação de todo o processo de acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo, foi desenvolvida pelo autor e está expressa ao longo do texto da tese incluindo dados relevantes para a concretização da referida acreditação nos dois âmbitos. A avaliação de todo o trabalho desenvolvido será efetuada pelo o organismo designado IPAC (Instituto Português de Acreditação) que confere a acreditação em Portugal. Este organismo irá auditar a empresa com base nos procedimentos desenvolvidos e nos resultados obtidos, sendo destes o mais importante o Balanço da Melhor Incerteza (BMI) da medição também conhecido por Melhor Capacidade de Medição (MCM), quer para o ensaio às câmaras térmicas, quer para a calibração dos termómetros, permitindo desta forma complementar os serviços prestados aos clientes fidelizados à Frilabo. As câmaras térmicas e os termómetros industriais são equipamentos amplamente utilizados em diversos segmentos industriais, engenharia, medicina, ensino e também nas instituições de investigação, sendo um dos objetivos respetivamente, a simulação de condições específicas controladas e a medição de temperatura. Para entidades acreditadas, como os laboratórios, torna-se primordial que as medições realizadas com e nestes tipos de equipamentos ostentem confiabilidade metrológica1, uma vez que, resultados das medições inadequados podem levar a conclusões equivocadas sobre os testes realizados. Os resultados obtidos nos ensaios a câmaras térmicas e nas calibrações de termómetros, são considerados bons e aceitáveis, uma vez que as melhores incertezas obtidas, podem ser comparadas, através de consulta pública do Anexo Técnico do IPAC, com as incertezas de outros laboratórios acreditados em Portugal. Numa abordagem mais experimental, pode dizer-se que no ensaio a câmaras térmicas a obtenção de incertezas mais baixas ou mais altas depende maioritariamente do comportamento, características e estado de conservação das câmaras, tornando relevante o processo de estabilização da temperatura no interior das mesmas. A maioria das fontes de incerteza na calibração dos termómetros são obtidas pelas características e especificações do fabricante dos equipamentos, que se traduzem por uma contribuição com o mesmo peso para o cálculo da incerteza expandida (a exatidão de fabricante, as incertezas herdadas de certificados de calibração, da estabilidade e da uniformidade do meio térmico onde se efetuam as calibrações). Na calibração dos termómetros as incertezas mais baixas obtêm-se para termómetros de resoluções mais baixas. Verificou-se que os termómetros com resolução de 1ºC não detetavam as variações do banho térmico. Nos termómetros com resoluções inferiores, o peso da contribuição da dispersão de leituras no cálculo da incerteza, pode variar consoante as características do termómetro. Por exemplo os termómetros com resolução de 0,1ºC, apresentaram o maior peso na contribuição da componente da dispersão de leituras. Pode concluir-se que a acreditação de um laboratório é um processo que não é de todo fácil. Podem salientar-se aspetos que podem comprometer a acreditação, como por exemplo a má seleção do ou dos técnicos e equipamentos (má formação do técnico, equipamento que não seja por exemplo adequado à gama, mal calibrado, etc…) que vão efetuar as medições. Se não for bem feita, vai comprometer todo o processo nos passos seguintes. Deve haver também o envolvimento do todos os intervenientes do laboratório, o gestor da qualidade, o responsável técnico e os técnicos, só assim é que é possível chegar à qualidade pretendida e à melhoria contínua da acreditação do laboratório. Outro aspeto importante na preparação de uma acreditação de um laboratório é a pesquisa de documentação necessária e adequada para poder tomar decisões corretas na elaboração dos procedimentos conducentes à referida. O laboratório tem de mostrar/comprovar através de registos a sua competência. Finalmente pode dizer-se que competência é a palavra chave de uma acreditação, pois ela manifesta-se nas pessoas, equipamentos, métodos, instalações e outros aspetos da instituição a que pertence o laboratório sob acreditação.

Monitoring feeding of great whales by ingested acoustic temperature transmitter

(PDF contains 4 pages)

Characterization and monitoring of temperature, chlorophyll, and light availability patterns in National Marine Sanctuary waters: final report

This project provides a framework for developing the capabilities of using satellite and related oceanographic and climatological data to improve environmental monitoring and characterization of physical, biological, and water quality parameters in the National Marine Sanctuaries (NMS). The project sought to: 1) assemble satellite imagery datasets in order to extract spatially explicit time series information on temperature, chlorophyll, and light availability for the Cordell Bank, Gulf of the Farallones, and Monterey Bay National Marine Sanctuaries. 2) perform preliminary analyses with these data in order to identify seasonal, annual, inter-annual, and event-driven patterns.

Non-invasive VHF monitoring of low-temperature atmospheric pressure plasma

A real-time VHF swept frequency (20–300 MHz) reflectometry measurement for radio-frequency capacitive-coupled atmospheric pressure plasmas is described. The measurement is scalar, non-invasive and deployed on the main power line of the plasma chamber. The purpose of this VHF signal injection is to remotely interrogate in real-time the frequency reflection properties of plasma. The information obtained is used for remote monitoring of high-value atmospheric plasma processing. Measurements are performed under varying gas feed (helium mixed with 0–2% oxygen) and power conditions (0–40 W) on two contrasting reactors. The first is a classical parallel-plate chamber driven at 16 MHz with well-defined electrical grounding but limited optical access and the second is a cross-field plasma jet driven at 13.56 MHz with open optical access but with poor electrical shielding of the driven electrode. The electrical measurements are modelled using a lumped element electrical circuit to provide an estimate of power dissipated in the plasma as a function of gas and applied power. The performances of both reactors are evaluated against each other. The scalar measurements reveal that 0.1% oxygen admixture in helium plasma can be detected. The equivalent electrical model indicates that the current density between the parallel-plate reactor is of the order of 8–20 mA cm-2 . This value is in accord with 0.03 A cm-2 values reported by Park et al (2001 J. Appl. Phys. 89 20–8). The current density of the cross-field plasma jet electrodes is found to be 20 times higher. When the cross-field plasma jet unshielded electrode area is factored into the current density estimation, the resultant current density agrees with the parallel-plate reactor. This indicates that the unshielded reactor radiates electromagnetic energy into free space and so acts as a plasma antenna.

Micro-Environmental monitoring of temperature and moisture changes in building stone

The monitoring of temperature and moisture changes in response to different micro-environment of building stones is essential to understand the material behaviour and the degradation mechanisms. From a practical point of view, having a continuous and detailed understanding of micro-environmental changes in building stones helps to assist in their maintenance and repair strategies. Temperature within the stone is usually monitored by means of thermistors, whereas wide ranges of techniques are available for monitoring the moisture. In the case of concrete an electrical resistance method has previously been used as an inexpensive tool for monitoring moisture changes. This paper describes the adaptation of this technique and describes its further development for monitoring moisture movement in building stones.
In this study a block of limestone was subjected to intermittent infrared radiation with programmed cycles of ambient temperature, rainfall and wind conditions in an automated climatic chamber. The temperature and moisture changes at different depths within the stone were monitored by means of bead thermistors and electrical resistance sensors. This experiment has helped to understand the thermal conductivity and moisture transport from surface into deeper parts of the stone at different simulated extreme climatic conditions. Results indicated that variations in external ambient conditions could substantially affect the moisture transport and temperature profile within the micro-environment of building stones and hence they could have a significant impact on stone decay.