Polímeros electrocrómicos confinados em sistemas mesoporosos

Esta dissertação teve como principal objectivo a síntese de materiais híbridos constituídos por polímeros electrocrómicos incorporados em sílicas mesoporosas e nanotubos de carbono. Esses materiais foram utilizados na construção de dispositivos electrocrómicos que foram caracterizados por voltametria cíclica e espectroelectroquímica. Foram sintetizados os polímeros poli (3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno (P1), poli (3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno-co-(3,4-dimetoxi)-tiofeno (P2), poli (3,4-(etilenodioxi)-tiofeno (P3) e o polímero Poli (3-metil)-tiofeno (P4) de maneira a serem utilizados como modelo. Os polímeros foram caracterizados por 1H-RMN e/ou Infravermelho e análise elementar. Posteriormente foram impressos em eléctrodos de PET-ITO ou vidro-FTO, caracterizados e construídos dispositivos electrocrómicos de acordo com o know-how da empresa Ynvisible®. Os materiais híbridos foram sintetizados utilizando o método ship-in-a-bottle. O material híbrido H3 (PEDOT@MCM-41) foi obtido de maneira análoga ao polímero P3 (PEDOT) utilizando 10 equivalentes de catalisador após optimização. Este material híbrido foi depositado em eléctrodos de vidro-FTO, construídos dispositivos electrocrómicos e caracterizados de maneira a comparar com o polímeros previamente sintetizados. Comparando o desempenho do polímero com o seu respectivo híbrido é possível observar um aumento de eficiência de coloração do material híbrido relativamente ao dispositivo com o polímero livre. Os dispositivos do material H3, na experiência de durabilidade, mantiveram-se funcionais durante 10000 ciclos comparativamente a 2000 ciclos dos dispositivos com PEDOT. Na experiência de SEM do material híbrido H3 foi possível observar uma grande quantidade de polímero formada no exterior do material mesoporoso MCM-41. De maneira a minimizar essa quantidade de polímero foram delineadas algumas estratégias de síntese, uma delas pelo método de sublimação. Esta estratégia originou um material híbrido onde o polímero se situava maioritariamente nos poros da sílica MCM-41, mas não apresenta actividade electrocrómica. Ainda nesta dissertação, e com o objectivo de serem misturados com nanotubos de carbono foi sintetizado o polímero funcionalizado com pireno: poli ((3,4-etilenodioxi)-tiofeno-pireno-co-3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno), utilizando uma proporção de 1:10 (P6.1) e na proporção 1:6 (P6.2) do monómero EDOT-Pireno em relação ao monómero (3,4-(2-etilhexiolxi)-tiofeno. Os polímeros foram caracterizados por 1H-RMN, UV-Vis e voltametria cíclica.

Optimização de catalisadores básicos provenientes de casca de ovo activos na produção de biodiesel

Uma das dificuldades no que concerne à utilização e produção do biodiesel e que ainda persiste, diz respeito ao recurso a bases fortes como catalisadores num processo homogéneo. Para além destes serem nocivos para o ambiente, possuem o inconveniente de produzirem sabões, os quais dificultam a separação do biodiesel formado. Assim sendo, neste trabalho foi estudada a transesterificação de triglicéridos com metanol, recorrendo a um processo catalítico heterogéneo. Os catalisadores que foram testados são sustentáveis do ponto de vista ambiental e económico, pois foram preparados a partir de casca de ovo. Os catalisadores preparados podem ser agrupados em três diferentes grupos:  ESC1: grupo de amostras catalíticas calcinadas uma vez  ESC2: grupo de amostras catalíticas sujeitas a tratamentos com água durante diferentes tempos  ESCUS: grupo de amostras catalíticas sujeitas ao tratamento em ultrassons durante diferentes tempos Durante o trabalho efectuado, foram realizados testes catalíticos com todos os catalisadores preparados, a fim de perceber a influência das diferentes condições de preparação na actividade catalítica demonstrada para a reacção estudada. Todos os catalisadores preparados e testados laboratorialmente revelaram ser activos na reacção de transesterificação do óleo de soja. No grupo ESC2 foi efectivamente criada porosidade e no grupo ESCUS foram fragmentadas as partículas do catalisador. A fim de perceber a influência da actividade catalítica com as modificações estruturais dos catalisadores, algumas das amostras pertencentes aos diferentes grupos foram caracterizadas mediante difracção de Raio-X (XRD), microscopia electrónica de transmissão (TEM) e caracterização textural através da obtenção das isotérmicas de adsorção e dessorção de azoto. Palavras-chave: Transesterificação; Biodiesel; Actividade Catalítica; Calcinação; Tratamento com água; Tratamento no ultrassons.

Contribuição para o estudo da caracterização de biofilmes de diferentes idades

Os biofilmes podem ser definidos como uma comunidade complexa, constituída principalmente por água, microrganismos e substâncias poliméricas extracelulares (EPS), estando aderidos a uma superfície sólida. Um biofilme pode ser constituído por uma única espécie ou, na maioria dos casos, por inúmeras espécies, sendo as bactérias, fungos, algas e protozoários os principais microrganismos, embora as bactérias representem o grupo dominante. Os biofilmes desempenham um papel bastante relevante nos sistemas de biomassa fixa no tratamento de águas residuais, oferecendo diversas vantagens. Assim, o seu estudo e a compreensão das suas características torna-se essencial para a garantia de eficiências elevadas nestes sistemas. O presente trabalho pretendeu contribuir para o estudo de biofilmes de diferentes idades, nomeadamente na identificação e caracterização dos microrganismos dominantes. A idade do biofilme é um parâmetro fundamental na exploração de sistemas de biomassa fixa, uma vez que já se demonstrou ser vantajoso no controlo da espessura do biofilme. O crescimento dos biofilmes foi possível devido a um dispositivo experimental concebido para se obter biofilmes de determinada espessura (ou idade). O método adoptado neste estudo para a identificação dos microrganismos foi o FISH (Hibridação in situ de fluorescência), uma vez que este permite a identificação, quantificação e localização espacial de microrganismos directamente nos seus habitats naturais. Através dos resultados obtidos, pôde constatar-se que a idade de biofilme de 0,5 – 1 dia apresentou maiores diferenças no perfil microbiano comparativamente com as restantes idades (4 – 5 dias e 5 – 6 dias), parecendo demonstrar uma menor abundância de tipos de bactérias. Também se concluiu que, para a idade de biofilme menor (0,5 – 1 dia), as bactérias presentes em maior abundância foram as Gammaproteobacteria, para a idade de 4 a 5 dias foram as Betaproteobacteria, Cytophaga-Flavobacteria e Actinobacteria, e para a idade de 5 a 6 dias foram as Betaproteobacteria e Cytophaga-Flavobacteria. Os resultados obtidos possibilitaram um conhecimento mais aprofundado dos microrganismos presentes em biofilmes de idades distintas, podendo contribuir para a optimização de sistemas de biomassa fixa. Assim, se se adoptar este tipo de conhecimento em ETAR por sistemas de biomassa fixa no tratamento de águas residuais, poder-se-á contribuir para a melhoria do funcionamento da instalação, principalmente no que diz respeito à sua eficiência de tratamento.

Optimização das condições de cura de compósitos para molde destinado à reparação de defeitos em radome de aeronave

A cura constitui um elemento fundamental em processos de produção de compósitos com resinas termoendurecíveis. Tendo como objectivo uma eficaz consolidação de um molde compósito, a cura da resina assume um papel crucial, sendo portanto, importante avaliar o grau de cura atingido sob determinadas condições impostas. Neste estudo, foram analisados dois sistemas de resina epóxida, destinados ao fabrico de um molde para radome de avião, por dois processos de moldação diferentes. A cinética de cura dos referidos sistemas foi caracterizada pela técnica de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) utilizando os métodos dinâmico e isotérmico. Os métodos analíticos empregues na determinação dos parâmetros cinéticos de cura foram: o de Málek e dos mínimos quadrados. Neste trabalho, os ensaios DSC foram conduzidos de forma a estudar a transição vítrea (curada e não-curada), parâmetros termodinâmicos e grau de cura, velocidade de reacção e a taxa de cura com a temperatura para ambas as resinas. A determinação do modelo cinético para a taxa de cura com a temperatura foi feita em ambas as amostras, tendo sido possível também obter a expressão da velocidade de reacção para a resina Hexply 913. O confronto das referidas expressões com os dados experimentais revelou um considerável grau de concordância. Os resultados obtidos mostram que a resina para autoclave (Hexply 913) deverá ser curada em duas fases: uma cura inicial com o radome a 90ºC e depois a 125ºC para conferir a pré-forma desejada e seguidamente uma pós-cura sem o radome a uma das temperaturas alternativas sugeridas pelo fabricante. O estudo indica também que o sistema Toolfusion® 1A/1B, na cura inicial a 65ºC, atinge um grau de cura máximo de 11,4%, sendo que as isotérmicas posteriores de 150ºC e 190ºC incrementam o nível de reticulação para valores de 77,3% e de 95,4%, respectivamente.

Contribuição para a diminuição do consumo de água potável - Caso de estudo de aproveitamento de águas pluviais no Município de Setúbal

A água é um recurso natural, indispensável para a existência de vida na Terra, que tem sido utilizado de forma exaustiva e pouco controlada nas actividades antropogénicas. Embora aparente ser um recurso renovável, a água doce tem sido utilizada a uma taxa superior à sua capacidade de reposição, originado problemas de escassez de água. Por este motivo, a água é cada vez mais valorizada em termos económicos, sociais e ambientais. Verifica-se que o desenvolvimento económico e o rápido crescimento demográfico, contribuíram para o aumento das necessidades de consumo de água. No entanto, o volume de água consumido não se restringe só às necessidades básicas indispensáveis, mas sim aos desperdícios e a consumos descontrolados. Desta forma, considera-se que uma melhor gestão dos recursos hídricos deverá evitar ao máximo os desperdícios, reciclar a água sempre que possível e procurar fontes alternativas de água. O aproveitamento de águas pluviais é um dos sistemas de fontes alternativas de água. Esta técnica consiste em recolher as águas pluviais, que caem naturalmente nas várias superfícies, direccionando-as para reservatórios de armazenamento, para posterior utilização. O principal objectivo desta dissertação foi avaliar a possibilidade de aproveitar águas pluviais, destinadas a utilizações que não necessitam de uma elevada qualidade da água, por forma a contribuir para a minimização do consumo de água potável, poupando assim o recurso água e o custo de produção de água potável. Para isso, efectuou-se um estudo de caso no município de Setúbal, avaliando a viabilidade de implementação de um sistema de aproveitamento de águas pluviais (SAAP) em quatro tipologias de edifícios diferentes. Do estudo realizado no município de Setúbal, concluiu-se que não seria viável a implementação de SAAP em edifícios de habitação, devido ao reduzido benefício obtido em função dos custos associados ao sistema. Pelo contrário, o projecto torna-se viável para a tipologia de edifício do quartel dos bombeiros sapadores, uma vez que dispõe de uma área de captação elevada.

Desenvolvimento de um papel de filtro de baixo custo para tratamento de água

É sabido que devido à escassez de água potável, nomeadamente em países sub-desenvolvidos, morrem milhares de pessoas por ano, com a procura de fontes de água alternativas, que por sua vez se encontram contaminadas com microrganismos patogénicos; a este facto também se salienta a possibilidade de ocorrência de catástrofes naturais, tornando-se necessário o desenvolvimento de sistemas de desinfecção prácticos, de baixo custo e eficientes. O trabalho experimental desenvolvido focou-se nestas realidades, tendo por objectivo principal o desenvolvimento de um papel bactericida, em particular, um papel de baixo custo como é o caso do papel de filtro de café, para aplicação em desinfecção de água. Este papel foi funcionalizado com nanopartículas sintetizadas de prata, óxido de zinco e com ambas, assim como com nanopartículas comerciais, cuja caracterização foi feita por Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM, Scanning Electron Microscopy), Energia Dispersiva de Raios-X (EDS, Energy-dispersive X-ray Spectroscopy), Espectroscopia de Ultravioleta-Visível (UV-VIS Uv-Visible Spectroscopy), Difracção de Raios-X (DRX, X-Rays Diffraction), Análise Termogravimétrica (TA, Thermal Analysis), e Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC, Differencial Scanning Calorimetry) e a actividade anti-bacteriana dos papéis foi avaliada através de Testes de Sensibilidade aos Antibióticos, pelo Método de Kirby-Bauer, contra as bactérias S.a.ATCC25923 e E.coli ATCC25922. No decorrer das sínteses variaram-se alguns parâmetros consoante o tipo de nanopartícula, para as np´s de prata variou-se essencialmente a metodologia de síntese e o tipo de redutor, para as np´s de óxido de zinco, dado ser um composto fotossensível, submeteu-se o papel á luz ultravioleta, o que, por outro lado também esterelizava o papel, e para ter uma comparação, esterelizou-se também o papel pela autoclave, constatando-se, pelas técnicas de caracterização, nomeadamente DRX, que os papeis não continham nanopartículas de óxido de zinco mas sim de acetato de zinco. Surpreendentemente, nos papéis autoclavados já se detectou a presença de óxido de zinco. Com os papéis que evidenciararam maior actividade anti-bacteriana realizaram-se filtrações de membrana com amostras de água contaminada e a determinação da concentração de metal no filtrado foi realizada pela técnica de Espectroscopia de Absorção Atómica de Chama (Flame Atomic Absorption Spectroscopy) conseguindo-se uma taxa de redução bacteriana de practicamente 100% para E.coli NCTC 9001 e E.f NCTC775 com os papéis contendo acetato de zinco numa concentração de 50 mM e np´sAg e acetato de zinco, numa concentração de 10 mM. De forma a validar o trabalho desenvolvido a parte final consistiu em testar os filtros com melhores propriedades em águas contaminadas, tendo esse trabalho sido feito no Laboratório de Água de Consumo dos Serviços Municipalizados de Água e Saneamento de Almada.

Optimização robusta de estruturas

A optimização com constrangimentos de fiabilidade (RBDO) procura obter sistemas estruturais seguros e optimizados, considerando a variabilidade dos parâmetros relacionados com propriedades do material, cargas aplicadas e geometria. A optimização robusta (RDO) tenta encontrar esses sistemas que, para além disso, apresentam menor variabilidade da resposta estrutural. O objectivo desta dissertação é estudar problemas de RBDO e de RDO, aplicando novas formulações para estes últimos. Também se pretende criar uma plataforma básica para ser usada e desenvolvida por estudantes de engenharia estrutural e por investigadores, a fim de promover a aplicação destas técnicas de optimização. Esta plataforma é constituída por um conjunto de programas, escritos em MATLAB, capazes de resolver estes dois tipos de problemas. É composta por, um programa de análise estrutural capaz de calcular sensibilidades utilizando o método contínuo, um programa de análise de fiabilidade que utiliza o método FORM e um algoritmo de optimização (SQP) que está implementado na optimtool do MATLAB. A eficiência do sistema proposto é demonstrada através da resolução de problemas RBDO e RDO; para isso são apresentados quatro exemplos onde são utilizadas todas as funcionalidades dos programas desenvolvidos

Avaliação do desempenho hidráulico de agregados reciclados de escórias de aciaria e RCD à água e ao lixiviado de RSU e sua comparação com basalto e calcário

As atuais políticas de gestão de resíduos estão mais focadas na reciclagem e na reutilização dos resíduos do que na sua eliminação em aterros de resíduos. Nos casos em que o resíduo não é perigoso para o ambiente, não existe nenhuma razão para que esse material não seja utilizado em obras de construção e de engenharia civil, desde que garanta um desempenho equivalente, no mínimo, ao dos materiais naturais. De forma a contribuir para a valorização dos resíduos, estudou-se o comportamento hidráulico de um Agregado Siderúrgico Inerte para a Construção (ASIC), proveniente de escórias de aciaria de Forno de Arco Elétrico (FAE), e de um agregado reciclado de betão, proveniente de resíduos de construção e demolição (RCD), à água de abastecimento público e a um lixiviado recolhido num aterro de resíduos sólidos urbanos (RSU). Pretendeu-se avaliar a viabilidade técnica da sua aplicação em estruturas de drenagem de obras geotécnicas e infraestruturas de transporte, em particular na camada de drenagem e recolha dos lixiviados dos aterros de resíduos. Efetuaram-se ensaios de permeabilidade sobre duas frações granulométricas diferentes: areia (0,25-2mm) e “brita” (2-20mm), considerando que no nosso país é habitual aquela camada ser composta por um nível de areia, com 0,2m de espessura, sobre um nível de brita, com 0,3m espessura. Seguindo o procedimento adotado para o estudo dos dois agregados reciclados, também se ensaiaram dois agregados naturais, basalto e calcário, utilizados como materiais de referência.

Desenvolvimento e avaliação do desempenho de sistemas doseadores de microcaudais e elaboração do procedimento de calibração

De forma a melhorar a precisão dos resultados obtidos com instrumentos doseadores de líquidos utilizados em ambiente clínico, foi submetido e aprovado um projeto internacional denominado Metrology for Drug Delivery (MeDD), financiado pela União Europeia, em que o Instituto Português da Qualidade (IPQ) é um dos sete participantes. Ao nível nacional, todo o projeto foi desenvolvido no Laboratório de Volume (LVO) do IPQ, em parceria com o Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial (DEMI) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (FCT/UNL), a B.Braun Portugal e o Hospital Garcia de Orta (HGO). A presente dissertação centra-se na elaboração de um procedimento de calibração de sistemas doseadores de fluidos, usando como ponto de partida um sistema padrão de micro caudal desenvolvido anteriormente pelo LVO em colaboração com a FCT-UNL/DEMI. Nesta dissertação são apresentados estudos de desempenho realizados em sistemas utilizados no hospital. Os instrumentos doseadores de fluidos mais usuais nos hospitais são as seringas perfusoras e as bombas peristálticas, que têm como função fornecer os fluidos necessários para hidratar, nutrir ou administrar fármacos. Com o objetivo de estudar o desempenho destes equipamentos em diferentes situações, tais como a influência da administração de fluidos mais viscosos em comparação com água, o tempo de resposta dos instrumentos e o impacto dos acessórios na linha de perfusão, realizaram-se diversos ensaios. Através dos ensaios realizados foi possível determinar o erro e a incerteza associada a cada equipamento para cada experiência realizada. A maioria dos resultados obtidos com os sistemas doseadores de fluidos permitiram verificar que os valores da incerteza dos caudais eram inferiores ao erro máximo admissível indicado pelo fabricante e serviram de base para a elaboração de um procedimento técnico.

Automatização e optimização de projecto fotovoltaico para o sector residencial

Com o passar dos anos, os custos das tecnologias fotovoltaica são cada vez menores, ainda que, para muitas pessoas, seja algo dispendioso, tendo em conta a crise económica vivida nos últimos anos. Contudo, em Portugal, o sector fotovoltaico tem sofrido uma estagnação. O Decreto-Lei n.º 34/2011, não obteve a adesão esperada, uma vez que os apoios foram drasticamente reduzidos. Este aspecto tornou menos rentável o sector fotovoltaico, ainda que o país se encontre numa posição geográfica privilegiada para a produção de energia solar. Para tentar reverter a situação, o governo português aprovou uma nova legislação para o sector fotovoltaico, apresenta alterações significativas face a anterior. A mais significativa prende-se com a capacidade do sistema fotovoltaico poder injectar o excesso de energia da sua produção na rede, quando esta ultrapassa o consumo, obtendo-se, desta forma, uma remuneração de acordo com a quantidade de energia injectada. O objectivo deste trabalho é implementar uma ferramenta informática que permite avaliar a rentabilidade dos projectos fotovoltaicos, face a um determinado consumidor, de acordo com a legislação portuguesa em vigor. Neste sentido, a referida ferramenta vai analisar os dados do consumo de uma habitação familiar. Após o uso da referida ferramenta informática, concluiu-se ser financeiramente rentável a instalação de um sistema voltaico na habitação. Este resultado irá ser comparado com uma aplicação financeira e com outro software de análise de projectos, existentes no mercado.

Efeitos das mudanças do uso da terra na biogeoquímica dos corpos d'água da bacia do rio Ji-Paraná, Rondônia

Este trabalho discute os efeitos das mudanças do uso do solo na biogequímica dos rios da bacia de drenagem do rio Ji-Paraná (Rondônia). Nesta região, a distribuição espacial do desmatamento e das propriedades do solo resultam em sinais diferentes, possibilitando a divisão dos sistemas fluviais em três grupos: rios com águas pobres em íons e baixo impacto; rios com conteúdo iônico intermediário e impacto médio e rios com elevados conteúdo iônico e impacto antropogênico. As características biogeoquímicas dos rios têm relação significativa com a área de pasto, melhor parâmetro para prever a condutividade elétrica (r² = 0,87) e as concentrações de sódio (r² = 0,75), cloreto (r² = 0,69), potássio (r² = 0,63), fosfato (r² = 0.78), nitrogênio inorgânico (r² = 0.52), carbono inorgânico (r² = 0.81) e carbono orgânico (rain ² = 0.51) dissolvidos. Cálcio e magnésio tiveram sua variância explicada pelas características do solo e pastagem. Nossos resultados indicam que as mudanças observadas na micro-escala constituem "sinais biogeoquímicos" gerados pelo processamento do material nas margens dos rios. A medida em que os rios evoluem para ordens superiores, os sinais persistentes nos canais fluviais estão mais associdados às características da bacia de drenagem (solos e uso da terra). Apesar dos efeitos das mudanças observadas no uso do solo não serem ainda detectáveis na macro-escala (bacia amazônica), a disrupção da estrutura e funcionamento dos ecossistemas é detectável nas micro e meso escalas, com alterações significativas na ciclagem de nutrientes nos ecossistemas fluviais.

Cultivo de tambaqui em canais de abastecimento sob diferentes densidades de peixes

A piscicultura moderna baseia-se no melhor sistema de criação, qualidade ambiental e ganhos de produtividade. Neste experimento foi analisado o efeito da densidade de cultivo na qualidade da água, e posteriormente, no desempenho zootécnico dos tambaquis (Colossoma macropomum). Os juvenis de tambaqui com 13,6 ± 4,1g de peso médio foram mantidos em canais de abastecimento com 40 metros de extensão, dividido em quinze seções de um metro cúbico. Foram testadas três densidades (60, 90 e 120 peixe m-³) em delineamento experimental inteiramente casualizado, com cinco repetições. Os resultados dos parâmetros físico-químicos da água foram: temperatura variou de 28,0-31,7 °C, o oxigênio dissolvido de 5,9-7,4 mg L-1, o pH de 6,8-7,5, a concentração média de amônia ficou ao redor de 0,1-0,3 mg L-1. Os valores de alcalinidade e dureza foram de 24,0-34,0 mg L-1 (CaCO3) e 24,0-37,0 mg L-1 (CaCO3, MgCO3). A condutividade elétrica variou entre 0,07-106 µS cm-1 e a concentração do total de sólidos dissolvidos ficou entre 18,37-53,00 mg L-1. Já o ganho de peso final foi de 35,76, 32,95 e 36,25 g para as densidades de 60, 90 e 120 peixes m-3, respectivamente, não sendo verificadas diferenças significativas nos tratamentos avaliados. Os dados do presente estudo abrem precedentes para que cultivo de peixes em canais de irrigação possa ser integrado com outras culturas, maximizando o uso da água.

Desenvolvimento e caracterização de membranas de remoção de compostos de arsénio em água

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química

Desenvolvimento e optimização de uma ferramenta para o corte de papel

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Avaliação e gestão de riscos em sistemas de saneamento

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil