Sustainable non-automotive vehicles: The simulation challenges

Simulation is a well-established and effective approach to the development of fuel-efficient and low-emissions vehicles in both on-highway and off-highway applications.

The simulation of on-highway automotive vehicles is widely reported in literature, whereas research relating to non-automotive and off-highway vehicles is relatively sparse. This review paper focuses on the challenges of simulating such vehicles and discusses the differences in the approach to drive cycle testing and experimental validation of vehicle simulations. In particular, an inner-city diesel-electric hybrid bus and an ICE (Internal Combustion Engine) powered forklift truck will be used as case studies.

Computer prediction of fuel consumption and emissions of automotive vehicles on standardised drive cycles is well-established and commercial software packages such as AVL CRUISE have been specifically developed for this purpose. The vehicles considered in this review paper present new challenges from both the simulation and drive-cycle testing perspectives. For example, in the case of the forklift truck, the drive cycles involve reversing elements, variable mass, lifting operations, and do not specify a precise velocity-time profile. In particular, the difficulties associated with the prediction of productivity, i.e. the maximum rate of completing a series of defined operations, are discussed. In the case of the hybrid bus, the standardised drive cycles are unrepresentative of real-life use and alternative approaches are required in the development of efficient and low-emission vehicles.

Two simulation approaches are reviewed: the adaptation of a standard automotive vehicle simulation package, and the development of bespoke models using packages such as MATLAB/Simulink.

Laser-fabricated PET-Ti Hybrid Joints for Medical Device Applications

Currently, micro-joining of plastic parts to metal parts in medical devices is achieved by using medical adhesives, For example, pacemakers, defibrillators and neurological stimulators are designed using silicone adhesive to seal the joint between the polyurethane connector module and the titanium can [1]. Nevertheless, the use of adhesive is problematic because it requires a long time to cure and has high tendency to produce leachable products which might be harmful to the human body. An alternative for directly joining plastics to metal without adhesive is therefore required. Laser transmission joining (LTJ) is growing in importance, and has the potential to gain the niche in micro-fabrication of plastics-metal hybrid joints for medical device applications. The possibility of directly joining plastics to metal by LTJ technique have been demonstrated by a number of studies in recent literature [2]. The widely-accepted understanding of LTJ between plastics and metal is that generation and rapid expansion of micro-bubbles at the plastics-metal interface exert high local pressure to press the melted plastics towards the metal surface features during the laser processing [2]. This subsequently creates the plastics-metal hybrid joint by the mechanisms of mechanical interlocking as well as chemical and physical bonds between the plastics and metal surfaces. Although the micro-bubbles can help promote the mechanical interlocking effect to increase the joint strength, the creation of bubble is a random and complex process depending on the complicated interactions between the laser intensity, thermal degradation properties of plastics, surface temperature and topographical features of metal. In an ideal situation, it is desirable to create the hybrid plastics-metal joint without bubbles. However, the mechanical performance of the hybrid plastics-metal joint without bubbles is still unknown, and systematic comparison between the hybrid joints with and without bubbles is lacking in literature. This becomes the objective of this study. In this work, the laser process parameters were carefully chosen from a preliminary study, such that different hybrid joints: with and without bubbles can be produced and compared. Biocompatible PET and commercially pure Ti were selected as materials for laser joining.

Expressão plástica : práticas e dinâmicas em contexto de ensino pré-escolar

As práticas educativas e os procedimentos pedagógicos, no plano do ensino pré-escolar, podem ser classificados mediante variadas propostas presentes na literatura e passíveis de serem observadas no terreno. Nesta perspetiva, e de modo introdutório ao tema, pergunto-me acerca dos modos pelos quais o agente educativo pode acompanhar e intervir pedagogicamente no âmbito da expressão plástica. Questão que surgiu por ter tido oportunidade de observar práticas de Expressão Plástica que parecem configurar num quadro marcado ora por um método de ensino muito condicionado pelas intenções do educador, ora por um método completamente aleatório, onde não se faz qualquer preparação prévia dando lugar ao que se entende por expressão livre. Face a este quadro questionei-me sobre qual deverá ser a minha atuação em termos de práticas e dinâmicas de expressão plástica no ensino pré-escolar. Neste relatório, reuni algumas respostas para a questão anterior, utilizando a revisão de literatura. Destaco, também, alguns dados empíricos recolhidos de maneira não sistemática pela observação direta e por entrevistas realizadas no âmbito desta investigação.

Mercury (II) removal from aqueous solutions by microporous materials

O Mercúrio é um dos metais pesados mais tóxicos existentes no meio ambiente, é persistente e caracteriza-se por bioamplificar e bioacumular ao longo da cadeia trófica. A poluição com mercúrio é um problema à escala global devido à combinação de emissões naturais e emissões antropogénicas, o que obriga a políticas ambientais mais restritivas sobre a descarga de metais pesados. Consequentemente o desenvolvimento de novos e eficientes materiais e de novas tecnologias para remover mercúrio de efluentes é necessário e urgente. Neste contexto, alguns materiais microporosos provenientes de duas famílias, titanossilicatos e zirconossilicatos, foram investigados com o objectivo de avaliar a sua capacidade para remover iões Hg2+ de soluções aquosas. De um modo geral, quase todos os materiais estudados apresentaram elevadas percentagens de remoção, confirmando que são bons permutadores iónicos e que têm capacidade para serem utilizados como agentes descontaminantes. O titanossilicato ETS-4 foi o material mais estudado devido à sua elevada eficiência de remoção (>98%), aliada à pequena quantidade de massa necessária para atingir essa elevada percentagem de remoção. Com apenas 4 mg⋅dm-3 de ETS-4 foi possível tratar uma solução com uma concentração igual ao valor máximo admissível para descargas de efluentes em cursos de água (50 μg⋅dm-3) e obter água com qualidade para consumo humano (<1.0 μg⋅dm-3), de acordo com a legislação Portuguesa (DL 236/98). Tal como para outros adsorbentes, a capacidade de remoção de Hg2+ do ETS- 4 depende de várias condições experimentais, tais como o tempo de contacto, a massa, a concentração inicial de mercúrio, o pH e a temperatura. Do ponto de vista industrial as condições óptimas para a aplicação do ETS-4 são bastante atractivas, uma vez que não requerem grandes quantidades de material e o tratamento da solução pode ser feito à temperatura ambiente. A aplicação do ETS-4 torna-se ainda mais interessante no caso de efluentes hospitalares, de processos de electro-deposição com níquel, metalúrgica, extracção de minérios, especialmente ouro, e indústrias de fabrico de cloro e soda cáustica, uma vez que estes efluentes apresentam valores de pH semelhantes ao valor de pH óptimo para a aplicação do ETS-4. A cinética do processo de troca iónica é bem descrita pelo modelo Nernst-Planck, enquanto que os dados de equilíbrio são bem ajustados pelas isotérmicas de Langmuir e de Freundlich. Os parâmetros termodinâmicos, ΔG° and ΔH° indicam que a remoção de Hg2+ pelo ETS-4 é um processo espontâneo e exotérmico. A elevada eficiência do ETS-4 é confirmada pelos valores da capacidade de remoção de outros materiais para os iões Hg2+, descritos na literatura. A utilização de coluna de ETS-4 preparada no nosso laboratório, para a remoção em contínuo de Hg2+ confirma que este material apresenta um grande potencial para ser utilizado no tratamento de águas. ABSTRACT: Mercury is one of the most toxic heavy metals, exhibiting a persistent character in the environment and biota as well as bioamplification and bioaccumulation along the food chain. Natural inputs combined with the global anthropogenic sources make mercury pollution a planetary-scale problem, and strict environmental policies on metal discharges have been enforced. The development of efficient new materials and clean-up technologies for removing mercury from effluents is, thus, timely. In this context, in my study, several microporous materials from two families, titanosilicates and zirconosilicates were investigated in order to assess their Hg2+ sorption capacity and removal efficiency, under different operating conditions. In general, almost all microporous materials studied exhibited high removal efficiencies, confirming that they are good ion exchangers and have potential to be used as Hg2+ decontaminant agents. Titanosilicate ETS-4 was the material most studied here, by its highest removal efficiency (>98%) and lowest mass necessary to attain it. Moreover, according with the Portuguese legislation (DL 236/98) it is possible to attain drinking water quality (i.e. [Hg2+]< 1.0 μg⋅dm-3) by treating a solution with a Hg2+ concentration equal to the maximum value admissible for effluents discharges into water bodies (50 μg⋅dm-3), using only 4 mg⋅dm-3 of ETS-4. Even in the presence of major freshwater cations, ETS-4 removal efficiency remains high. Like for other adsorbents, the sorption capacity of ETS-4 for Hg2+ ions is strongly dependent on the operating conditions, such as contact time, mass, initial Hg2+ concentration and solution pH and, to a lesser extent, temperature. The optimum operating conditions found for ETS-4 are very attractive from the industrial point of view because the application of ETS-4 for the treatment of wastewater and/or industrial effluents will not require larges amounts of adsorbent, neither energy supply for temperature adjustments becoming the removal process economically competitive. These conditions become even more interesting in the case of medical institutions liquid, nickel electroplating process, copper smelter, gold ore tailings and chlor-alkali effluents, since no significant pH adjustments to the effluent are necessary. The ion exchange kinetics of Hg2+ uptake is successfully described by the Nernst-Planck based model, while the ion exchange equilibrium is well fitted by both Langmuir and Freundlich isotherms. Moreover, the feasibility of the removal process was confirmed by the thermodynamic parameters (ΔG° and ΔH°) which indicate that the Hg2+ sorption by ETS-4 is spontaneous and exothermic. The higher efficiency of ETS-4 for Hg2+ ions is corroborate by the values reported in literature for the sorption capacity of other adsorbents for Hg2+ ions. The use of an ETS-4 fixed-bed ion exchange column, manufactured in our laboratory, in the continuous removal of Hg2+ ions from solutions confirms that this titanosilicate has potential to be used in industrial water treatment.

Compósitos de polímeros naturais e nanopartículas metálicas

Esta tese descreve diversas estratégias de preparação assim como a caracterização de nanocompósitos com base em distintos biopolímeros. Em particular foi estudada a incorporação de nanopartículas (NPs) metálicas, nomeadamente de Ag, Cu e Au. Estes nanomateriais apresentam um potencial prático enorme em diversas áreas, no entanto foi investigada especificamente a sua aplicação como materiais antimicrobianos. No primeiro capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica, onde são realçados os principais tópicos discutidos ao longo da tese. Inicialmente apresenta-se uma contextualização deste trabalho sendo seguidamente apresentadas algumas considerações sobre nanocompósitos e o seu impacto tecnológico atual. Em seguida, descrevem-se as vantagens do uso de NPs como cargas nos materiais compósitos especificamente no caso de bionanocompósitos. Foi focado o uso da celulose como matriz uma vez que foi o composto “base” usado neste trabalho. Fez-se a descrição exaustiva das metodologias existentes na literatura para a preparação dos nanocompósitos celulósicos com diferentes NPs metálicas assim como das respetivas aplicações. Dentro das aplicações, foi dado especial destaque às propriedades antimicrobianas dos materiais preparados seja a nível da sua atividade antibacteriana ou antifúngica. Esta introdução privilegia o trabalho relacionado diretamente com os sistemas descritos nos capítulos subsequentes. No segundo capítulo apresentam-se os resultados obtidos para nanocompósitos de prata em matriz celulósica. Através do uso de metodologias, tais como a síntese in situ e a pós-deposição, foram preparados diversos materiais usando dois substratos celulósicos distintos nomeadamente a celulose vegetal e bacteriana. Estes nanocompósitos foram caracterizados em termos da sua morfologia e composição química, verificando-se a importância destas características na sua atividade antibacteriana. Foi verificado que nanocompósitos com teores de Ag de 5 x 10-4 (% m/m) são suficientes para obter atividade antibacteriana. A libertação de Ag(I) foi estudada em alguns destes materiais de modo a tentar perceber o mecanismo subjacente a este tipo de nanocompósitos. No terceiro capítulo é apresentado o estudo de NPs coloidais de Ag e Au como cargas para a preparação de nanocompósitos à base de quitosano nãomodificado e modificado quimicamente (derivado solúvel em água e derivado anfifílico). Foram preparados filmes finos de espessura de 9-14 μm, caracterizando-se as suas propriedades óticas e antibacterianas. As propriedades óticas foram ajustadas, quer pela variação do teor de NPs de Ag (0,3-3,9% m/m) ou pela utilização de amostras de NPs com distribuição de tamanho de partícula distinta. Foi investigada a atividade antibacteriana tanto para bactérias Gram-negativas (Klebsiella pneumoniae e Escherichia coli) como para Gram-positivas (Staphylococcus aureus). Para nanocompósitos preparados com o quitosano não modificado verificou-se uma dependência em função do teor de Ag. No caso do uso de derivados modificados, os materiais preparados mostraram uma eficiência superior, mesmo sem NPs de Ag. No quarto capítulo é apresentada a síntese e caracterização de nanocompósitos de pululano e NPs de Ag. Neste estudo é avaliada a atividade antifúngica dos filmes compósitos preparados contra o Aspergillus niger usando protocolos padrão. Estes materiais foram preparados na forma de filmes (66-74 μm de espessura) por evaporação de solvente da mistura de pululano e coloides de Ag. Foi observado o aumento da inibição do fungo na presença dos nanocompósitos, tendo sido pela primeira vez mostrado o efeito disruptivo destes materiais sobre os esporos do A. niger através da análise das imagens de SEM. Este efeito ocorre na presença dos filmes devido à presença das cargas de NPs de Ag dispersas no pululano. O desenvolvimento de materiais de papel com NPs de Cu é um desafio devido à propensão destas espécies em oxidar sob condições ambiente. No quinto capítulo é descrita pela primeira vez o estudo comparativo do crescimento e estabilidade de NPs de Cu em celulose vegetal e bacteriana. Para além disso foi avaliado o uso de nanoestruturas com diferentes dimensionalidades como cargas, nomeadamente nanoesferas e nanofios. Foi observado que o uso de nanofios aumenta a resistência à oxidação destes nanocompósitos para tempos de exposição ao ar mais prolongados. As matrizes celulósicas apresentam comportamento distinto no crescimento e/ou adsorção das NPs de Cu. A celulose bacteriana foi o substrato mais eficiente para retardar a oxidação das NPs. A atividade antibacteriana destes nanocompósitos foi avaliada. Ao longo desta dissertação são apresentados métodos distintos para a obtenção de nanocompósitos com base em biopolímeros e NPs metálicas. Estes estudos permitiram não só a preparação de novos nanocompósitos mas também compreender e otimizar os mecanismos subjacentes à sua preparação. Ao mesmo tempo, este trabalho contribuiu para a transferência de tecnologia e conhecimento entre a área da Nanotecnologia e a área dos materiais derivados de fontes renováveis. As propriedades apresentadas por estes nanomateriais mostraram a sua possível aplicação como novos materiais antimicrobianos, no entanto é possível antecipar futuras aplicações em outras áreas tecnológicas.

Nonlinear behavioral modeling of mixed signal RF-digital I/O devices

Esta tese investiga a caracterização (e modelação) de dispositivos que realizam o interface entre os domínios digital e analógico, tal como os buffers de saída dos circuitos integrados (CI). Os terminais sem fios da atualidade estão a ser desenvolvidos tendo em vista o conceito de rádio-definido-por-software introduzido por Mitola. Idealmente esta arquitetura tira partido de poderosos processadores e estende a operação dos blocos digitais o mais próximo possível da antena. Neste sentido, não é de estranhar que haja uma crescente preocupação, no seio da comunidade científica, relativamente à caracterização dos blocos que fazem o interface entre os domínios analógico e digital, sendo os conversores digital-analógico e analógico-digital dois bons exemplos destes circuitos. Dentro dos circuitos digitais de alta velocidade, tais como as memórias Flash, um papel semelhante é desempenhado pelos buffers de saída. Estes realizam o interface entre o domínio digital (núcleo lógico) e o domínio analógico (encapsulamento dos CI e parasitas associados às linhas de transmissão), determinando a integridade do sinal transmitido. Por forma a acelerar a análise de integridade do sinal, aquando do projeto de um CI, é fundamental ter modelos que são simultaneamente eficientes (em termos computacionais) e precisos. Tipicamente a extração/validação dos modelos para buffers de saída é feita usando dados obtidos da simulação de um modelo detalhado (ao nível do transístor) ou a partir de resultados experimentais. A última abordagem não envolve problemas de propriedade intelectual; contudo é raramente mencionada na literatura referente à caracterização de buffers de saída. Neste sentido, esta tese de Doutoramento foca-se no desenvolvimento de uma nova configuração de medição para a caracterização e modelação de buffers de saída de alta velocidade, com a natural extensão aos dispositivos amplificadores comutados RF-CMOS. Tendo por base um procedimento experimental bem definido, um modelo estado-da-arte é extraído e validado. A configuração de medição desenvolvida aborda não apenas a integridade dos sinais de saída mas também do barramento de alimentação. Por forma a determinar a sensibilidade das quantias estimadas (tensão e corrente) aos erros presentes nas diversas variáveis associadas ao procedimento experimental, uma análise de incerteza é também apresentada.

Nanosensor for assessing the risk of a cardiovascular disease

The incidence of cardiovascular diseases (CVD) has been increasing according to the European and global statistics. Thus, the development of new analytical devices, such as biosensors for assessing the risk of CVD could become a valuable approach for the improvement of healthcare service. In latest years, the nanotechnology has provided new materials with improved electronic properties which have an important contribution in the transduction mechanism of biosensors. Thus, in this thesis, biosensors based on field effect transistors with single-walled carbon nanotubes (NTFET) were developed for the detection of C-reactive protein (CRP) in clinical samples, that is, blood serum and saliva from a group of control patients and a group of CVD risk patients. CRP is an acute-phase protein, which is commonly known as the best validated biomarker for the assessment of CVD, the single-walled carbon nanotubes (SWCNT) were applied as transduction components, and the immunoreaction (interaction between the CRP antigen and the antibodies specific to CRP) was used as the mechanism of molecular recognition for the label-free detection of CRP. After the microfabrication of field effect transistors (FET), the screening of the most important variables for the dispersion of SWCNT, the assemblage of NTFET, and their application on standard solutions of CRP, it was found that NTFET respond accurately to CRP both in saliva and in serum samples, since similar CRP levels were found with the NTFET and the traditional methodology (ELISA technique). On the other hand, a strong correlation between salivary and serum CRP was found with NTFET, which means that saliva could be used, based on non-invasive sampling, as an alternative fluid to blood serum. It was also shown that NTFET could discriminate control patients from CVD risk patients, allowing the determination of a cut-off value for salivary CRP of 1900 ng L-1, which corresponds to the well established cut-off of 3 mg L-1 for CRP in serum, constituting an important finding for the possible establishment of a new range of CRP levels based on saliva. According to the data provided from the volunteer patients regarding their lipoprotein profile and lifestyle factors, it was concluded that the control and the CVD risk patients could be separated taking into account the various risk factors established in literature as strong contributors for developing a CVD, such as triglycerides, serum CRP, total cholesterol, LDL cholesterol, body mass index, Framingham risk score, hypertension, dyslipidemia, and diabetes mellitus. Thus, this work could provide an additional contribution to the understanding of the association of biomarkers levels in serum and saliva samples, and above all, cost-effective, rapid, label-free, and disposable NTFET were developed, based on a noninvasive sampling, for the assessment of CVD risk, thus constituting a potential point-of-care technology.

Comunidades de prática online: contributos para a prática letiva: um estudo de caso no âmbito da educação em ciência envolvendo professores e investigadores

As comunidades de prática (CoP), bem como a investigação-ação, têm vindo a ser apontadas na literatura como formas de promover o desenvolvimento profissional de professores, potenciando a melhoria das suas práticas letivas. Contudo, as evidências empíricas relativas às práticas letivas desenvolvidas por professores no âmbito dessas configurações sociais são escassas. Neste estudo procura-se contribuir para colmatar essa lacuna ao analisar uma CoP online, que envolveu professores de ciências e investigadores em Educação em Ciência (EC) e se constituiu no âmbito do projeto “Investigação e práticas lectivas em Educação em Ciência: Dinâmicas de interacção” (IPEC), com enfoques distintos, a que se alude abaixo. A investigação realizada envolveu uma metodologia de natureza predominantemente qualitativa, descritiva, exploratória e do tipo estudo de caso único, sendo o caso as práticas letivas desenvolvidas pelos membros da CoP referida e as dinâmicas de interação entre os mesmos. Como técnicas de recolha de dados, recorreu-se principalmente à observação mediada pela plataforma online de apoio ao desenvolvimento do projeto (dados estatísticos e as mensagens registadas automaticamente) e recolha de documentos. Quanto às técnicas de análise de dados, optou-se principalmente pela análise de conteúdo e análise documental interna, tendo-se triangulado dados de diferentes fontes. Com base no Interconnected Model of Teacher Professional Growth, que Clarke e Hollingsworth propuseram em 2002, e em instrumentos de análise resultantes da revisão de literatura, adaptados aos enfoques definidos, a análise da CoP selecionada incidiu sobre: a) os domínios externo e das práticas de desenvolvimento curricular (DC), ou seja, as suas dinâmicas de interação durante dois anos letivos; b) o domínio das consequências nas práticas letivas, no que concerne às estratégias de ensino de ciências desenvolvidas; c) a evidências do seu carater inovador; e d) aos princípios de DC operacionalizados através do módulo curricular desenhado, implementado, avaliado e disseminado pelos membros da CoP. Os resultados indicam que a) a participação dos membros variou ao longo do período de interação e que a sua dinâmica se enquadra numa adaptação das fases de desenvolvimento de CoP proposta por Wenger e colegas em 2002, com dois ciclos de investigação-ação; b) a CoP desenvolveu estratégias de ensino diversificadas, pouco exploradas por professores e coerentes com diversas recomendações da literatura, de forma consistente; c) as práticas letivas são inovadoras, do tipo challenging, tendo incluído o envolvimento de professores que lecionavam nas escolas dos professores membros da CoP; e d) a CoP operacionalizou vários princípios de DC recomendados na literatura, nomeadamente a flexibilidade e diferenciação. Os resultados empíricos permitiram ainda validar as dimensões do modelo de Clarke e Hollingsworth, assim como adaptar à especificidade do caso analisado.Pelo acima referido, embora reconhecendo as limitações do estudo, nomeadamente relativas às opções metodológicas efetuadas, foi possível inferir que o trabalho realizado no seio desta CoP online de professores e investigadores contribuiu para a inovação e melhoria de práticas letivas de EC. Do estudo resultam ainda instrumentos de análise que se consideram relevantes, dado poderem vir a ser usados em investigações futuras, assim como poderem vir a orientar professores de ciências que desejem alinhar as suas práticas de ensino com recomendações da investigação em EC. Por fim, são apresentadas recomendações relativamente ao envolvimento de professores e investigadores em CoP online, no âmbito da EC, assim como relativamente a possibilidades ao nível de investigações futuras, nomeadamente a validação dos instrumentos e das recomendações apresentadas em contextos mais abrangentes e transversais.

Percepções das famílias e dos profissionais acerca das práticas de apoio precoce no Algarve

Dissertação de mest., Psicologia, Especialização em Psicologia da Saúde, Faculdade de Ciências Humanas e Sociais, Universidade do Algarve, 2008

Machine learning techniques for music information retrieval

Tese de doutoramento, Informática (Engenharia Informática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

The Invention of Hebrew Prose: Literary Language and the Dilemmas of Mimesis, pt. 3, sect. 1

DIscussion of how the Hebrew literary language developed and how it is used to create a reality.

The Invention of Hebrew Prose: Literary Language and the Dilemmas of Mimesis, pt. 3, sect. 2

DIscussion of how the Hebrew literary language developed and how it is used to create a reality