Comparative study of amine solutions used in CO2 absorption/desorption cycles

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Avaliação ecotoxicológica de solos contaminados por ibuprofeno

Os produtos farmacêuticos são substâncias químicas muito utilizados em medicina, veterinária e ainda na agricultura. Nos anos 90, foi descoberta a presença de fármacos em meio aquático, verificando-se que a sua remoção nas Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) não era completa. Durante as duas últimas décadas foi identificada a presença de mais de oitenta compostos no meio ambiente e actualmente são considerados poluentes emergentes. Podem contaminar solos e águas, depois de serem usados e excretados (inalterados ou metabolizados) por humanos e animais, ou quando são indevidamente lançados directamente no meio ambiente. Os estudos ecotoxicológicos efectuados com estes poluentes têm sido direccionados, sobretudo, para as águas, existindo uma ausência de trabalhos sobre solos. O Ibuprofeno (IB) é um anti-inflamatório não esteróide, utilizado também como analgésico e antipirético, sendo um dos produtos farmacêuticos mais vendidos em todo o mundo, o que justifica a sua forte presença no meio ambiente. Por isso, e dada a ausência de trabalhos ecotoxicológicos de solos contaminados por fármacos, o IB foi o produto farmacêutico selecionado para a realização deste trabalho. A ecotoxicidade pode ser avaliada através de bioensaios. Estes têm a capacidade de avaliar a toxicidade de uma determinada substância de forma global, usando organismos vivos que funcionam como bio-indicadores. O presente trabalho tem como objectivos avaliar o impacte causado nos solos pelo IB, testar a toxicidade de dois processos de descontaminação para remover o referido fármaco dos solos assim como avaliar a toxicidade provocada por águas residuais, de três unidades hospitalares e de uma indústria farmacêutica. Esta avaliação foi efectuada através de ensaios de toxicidade aguda de germinação e de alongamento de raiz de sementes de alface, variedade bola de manteiga (Lactuca sativa), em solo arenoso. Os ensaios de ecotoxicidade aguda em solos contaminados por IB foram realizados para uma gama de concentrações entre 0,1 e 1000 μg/L. Verificou-se uma redução do número de sementes germinadas e do comprimento médio da planta no solo contaminado com 0,5 e 20 μg/L de IB. No solo contaminado com 1000 μg/L de IB observou-se uma redução da germinação, acompanhada por uma indução de crescimento da raiz da espécie Lactuca sativa. Os dois tratamentos de descontaminação de solos, reagente de Fenton e Nanopartículas de ferro zero valente, revelaram toxicidade, tendo-se obtido uma percentagem de germinação entre 32,2 ± 3,5 e 48,5 ± 6,2 e inibição do crescimento da raiz do organismo teste em cerca de 85,0 %. Em relação às águas residuais hospitalares verificou-se uma redução da percentagem de germinação entre 31,1 ± 5,0 e 72,3 ± 12,4 e uma inibição do crescimento da raiz situada entre 13,0 ± 6,4 e 20,2 ± 10,0 %. Para a água residual industrial ocorreu uma inibição da percentagem de germinação de 60,5 ± 13,1, contudo nas plantas germinadas observou-se uma indução do crescimento da raiz de 14,9 ± 7,7 %.

Optimização energética de um sistema de climatização industrial

O desenvolvimento deste trabalho teve como objectivo a optimização de um sistema de climatização industrial, constituído por quatro centrais de climatização adiabáticas, que apresentam limitações de capacidade de arrefecimento, controlo e eficiência. Inicialmente foi necessária a pesquisa bibliográfica e recolha de informação relativa à indústria têxtil e ao processo de arrefecimento evaporativo. Numa fase posterior foram recolhidos e analisados os diversos dados essenciais à compreensão do binómio edifício/sistema de climatização, para a obtenção de possíveis hipóteses de optimização. Da fase de recolha de informações e dados, destaca-se, também, a realização de análises à qualidade do ar interior (QAI). As optimizações seleccionadas como passíveis de implementação, foram estudadas e analisadas com o auxílio do software de simulação energética dinâmica DesignBuilder e os resultados obtidos foram devidamente trabalhados e ajustados de modo a permitir uma assimilação amigável e de fácil interpretação das suas vantagens e desvantagens, tendo ainda sido objecto de estudo de viabilidade económica. A optimização proposta reflecte uma melhoria substancial das condições interiores ao nível da temperatura e humidade relativa, resultando, ainda assim, numa redução de consumos energéticos na ordem dos 23 % (490.337 kWh), isto é, uma poupança anual de 42.169 € aos custos de exploração e com um período de retorno de 1 ano e 11 meses.

Qualidade do chocolate: estudo de alguns parâmetros

O chocolate é considerado uma emulsão complexa e um alimento de luxo, que durante o seu consumo provoca estímulos que activam os centros de prazer do cérebro Humano. Tendo em conta a importância deste alimento torna-se necessário estudar e avaliar a melhor forma de melhorar a qualidade do chocolate. Este trabalho teve como objectivo verificar e analisar a qualidade do processo de fabrico da massa de chocolate, no que respeita (i) a rastreabilidade das matérias-primas e do produto acabado e, por outro lado, (ii) determinar e estudar o efeito de alguns parâmetros do processo nas características da massa, através das variáveis viscosidade, tensão de corte, tensão de corte crítica (“yield value”) e granulometria. Estas variáveis foram medidas em massas de chocolate de leite com o nome de formulação CAI e provenientes das duas unidades fabris da empresa (UF1 e UF2). Os parâmetros estudados na UF1 foram a influência das conchas e dos ingredientes. Na UF2 estudou-se a influência dos inutilizados de fabrico e a influência dos inutilizados de fabrico juntamente com o efeito de um ingrediente que foi o açúcar. Os resultados da viscosidade, tensão de corte e tensão de corte crítica (“yield value”) foram analisados estatisticamente por análise de variância (ANOVA), recorrendo aos testes de Komolgorov-Smirnov, Shapiro-Wilk e de Levene para verificar as condições de aplicabilidade desta análise. Os resultados da granulometria como não aderiram a uma distribuição normal foram analisados pelo método não paramétrico de Kruskal-Wallis. Estas análises foram executadas no programa “Statistical Package for the Social Sciences” (SPSS). Pelos resultados obtidos, conclui-se que, para a UF1, a concha afecta a tensão de corte, viscosidade e a tensão de corte crítica do chocolate produzido, na medida em que existem diferenças entre as conchas estudadas. Para esta unidade conclui-se que os ingredientes também influenciam a granulometria da massa. No caso da UF2, conclui-se que a tensão de corte é afectada apenas pelo lote de açúcar, a viscosidade é afectada tanto pelo lote de açúcar como pela presença de inutilizados de fabrico e a tensão de corte crítica não é afectada por nenhum destes efeitos. A granulometria, nesta unidade é afectada pelos lotes de açúcar estudados.

Ecotoxicity tests using the green algae chlorella vulgaris — a useful tool in hazardous effluents management

The treatment efficiency of laboratory wastewaters was evaluated and ecotoxicity tests with Chlorella vulgaris were performed on them to assess the safety of their environmental discharge. For chemical oxygen demand wastewaters, chromium (VI), mercury (II) and silver were efficiently removedby chemical treatments.Areduction of ecotoxicitywas achieved; nevertheless, an EC50 (effective concentration that causes a 50% inhibition in the algae growth) of 1.5% (v/v) indicated still high level of ecotoxicity. For chloride determination wastewaters, an efficient reduction of chromium and silver was achieved after treatment. Regarding the reduction of ecotoxicity observed, EC50 increased from 0.059% to 0.5%, only a 0.02% concentration in the aquatic environment would guarantee no effects. Wastewaters containing phenanthroline/iron (II) complex were treated by chemical oxidation. Treatmentwas satisfactory concerning chemical parameters, although an increase in ecotoxicitywas observed (EC50 reduced from 0.31% to 0.21%). The wastes from the kinetic study of persulphate and iodide reaction were treated with sodium bisulphite until colour was removed. Although they did not reveal significant ecotoxicity, only over 1% of the untreated waste produced observable effects over algae. Therefore, ecotoxicity tests could be considered a useful tool not only in laboratory effluents treatment, as shown, but also in hazardous wastewaters management.

Root-locus practical sketching rules for fractional-order system

For integer-order systems, there are well-known practical rules for RL sketching. Nevertheless, these rules cannot be directly applied to fractional-order (FO) systems. Besides, the existing literature on this topic is scarce and exclusively focused on commensurate systems, usually expressed as the ratio of two noninteger polynomials. The practical rules derived for those do not apply to other symbolic expressions, namely, to transfer functions expressed as the ratio of FO zeros and poles. However, this is an important case as it is an extension of the classical integer-order problem usually addressed by control engineers. Extending the RL practical sketching rules to such FO systems will contribute to decrease the lack of intuition about the corresponding system dynamics. This paper generalises several RL practical sketching rules to transfer functions specified as the ratio of FO zeros and poles. The subject is presented in a didactic perspective, being the rules applied to several examples.

Multidimensional scaling for orthodontic root resorption

The paper investigates the risk factors for the severity of orthodontic root resorption. The multidimensional scaling (MDS) visualization method is used to investigate the experimental data from patients who received orthodontic treatment at the Department of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, Faculty of Dentistry, “Carol Davila” University of Medicine and Pharmacy, during a period of 4 years. The clusters emerging in the MDS plots reveal features and properties not easily captured by classical statistical tools. The results support the adoption of MDS for tackling the dentistry information and overcoming noise embedded into the data. The method introduced in this paper is rapid, efficient, and very useful for treating the risk factors for the severity of orthodontic root resorption.

Simulação de processos de adsorção recorrendo ao Aspen Chromatography

As operações de separação por adsorção têm vindo a ganhar importância nos últimos anos, especialmente com o desenvolvimento de técnicas de simulação de leitos móveis em colunas, tal como a cromatografia de Leito Móvel Simulado (Simulated Moving Bed, SMB). Esta tecnologia foi desenvolvida no início dos anos 60 como método alternativo ao processo de Leito Móvel Verdadeiro (True Moving Bed, TMB), de modo a resolver vários dos problemas associados ao movimento da fase sólida, usuais nestes métodos de separação cromatográficos de contracorrente. A tecnologia de SMB tem sido amplamente utilizada em escala industrial principalmente nas indústrias petroquímica e de transformação de açúcares e, mais recentemente, na indústria farmacêutica e de química fina. Nas últimas décadas, o crescente interesse na tecnologia de SMB, fruto do alto rendimento e eficiente consumo de solvente, levou à formulação de diferentes modos de operação, ditos não convencionais, que conseguem unidades mais flexíveis, capazes de aumentar o desempenho de separação e alargar ainda mais a gama de aplicação da tecnologia. Um dos exemplos mais estudados e implementados é o caso do processo Varicol, no qual se procede a um movimento assíncrono de portas. Neste âmbito, o presente trabalho foca-se na simulação, análise e avaliação da tecnologia de SMB para dois casos de separação distintos: a separação de uma mistura de frutose-glucose e a separação de uma mistura racémica de pindolol. Para ambos os casos foram considerados e comparados dois modos de operação da unidade de SMB: o modo convencional e o modo Varicol. Desta forma, foi realizada a implementação e simulação de ambos os casos de separação no simulador de processos Aspen Chromatography, mediante a utilização de duas unidades de SMB distintas (SMB convencional e SMB Varicol). Para a separação da mistura frutose-glucose, no quediz respeito à modelização da unidade de SMB convencional, foram utilizadas duas abordagens: a de um leito móvel verdadeiro (modelo TMB) e a de um leito móvel simulado real (modelo SMB). Para a separação da mistura racémica de pindolol foi considerada apenas a modelização pelo modelo SMB. No caso da separação da mistura frutose-glucose, procedeu-se ainda à otimização de ambas as unidades de SMB convencional e Varicol, com o intuito do aumento das suas produtividades. A otimização foi realizada mediante a aplicação de um procedimento de planeamento experimental, onde as experiências foram planeadas, conduzidas e posteriormente analisadas através da análise de variância (ANOVA). A análise estatística permitiu selecionar os níveis dos fatores de controlo de modo a obter melhores resultados para ambas as unidades de SMB.

Spinning reserve and emission unit commitment through stochastic optimization

This paper proposes a stochastic mixed-integer linear approach to deal with a short-term unit commitment problem with uncertainty on a deregulated electricity market that includes day-ahead bidding and bilateral contracts. The proposed approach considers the typically operation constraints on the thermal units and a spinning reserve. The uncertainty is due to the electricity prices, which are modeled by a scenario set, allowing an acceptable computation. Moreover, emission allowances are considered in a manner to allow for the consideration of environmental constraints. A case study to illustrate the usefulness of the proposed approach is presented and an assessment of the cost for the spinning reserve is obtained by a comparison between the situation with and without spinning reserve.

Incorporação de resíduo da indústria petrolífera em argamassas de cal hidráulica para a reabilitação de edifícios

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Root locus of fractional linear systems

In this paper an algorithm for the calculation of the root locus of fractional linear systems is presented. The proposed algorithm takes advantage of present day computational resources and processes directly the characteristic equation, avoiding the limitations revealed by standard methods. The results demonstrate the good performance for different types of expressions.

Impact of a price-maker pumped storage hydro unit on the integration of wind energy in power systems

The increasing integration of larger amounts of wind energy into power systems raises important operational issues, such as the balance between power generation and demand. The pumped storage hydro (PSH) units are one possible solution to mitigate this problem, once they can store the excess of energy in the periods of higher generation and lower demand. However, the behaviour of a PSH unit may differ considerably from the expected in terms of wind power integration when it operates in a liberalized electricity market under a price-maker context. In this regard, this paper models and computes the optimal PSH weekly scheduling in a price-taker and price-maker scenarios, either when the PSH unit operates in standalone and integrated in a portfolio of other generation assets. Results show that the price-maker standalone PSH will integrate less wind power in comparison with the price-taker situation. Moreover, when the PSH unit is integrated in a portfolio with a base load power plant, the role of the price elasticity of demand may completely change the operational profile of the PSH unit. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Layered smart grid architecture approach and field tests by ZigBee technology

This paper presents a layered Smart Grid architecture enhancing security and reliability, having the ability to act in order to maintain and correct infrastructure components without affecting the client service. The architecture presented is based in the core of well design software engineering, standing upon standards developed over the years. The layered Smart Grid offers a base tool to ease new standards and energy policies implementation. The ZigBee technology implementation test methodology for the Smart Grid is presented, and provides field tests using ZigBee technology to control the new Smart Grid architecture approach. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Spinning reserve and emission unit commitment through stochastic optimization

This paper proposes a stochastic mixed-integer linear approach to deal with a short-term unit commitment problem with uncertainty on a deregulated electricity market that includes day-ahead bidding and bilateral contracts. The proposed approach considers the typically operation constraints on the thermal units and a spinning reserve. The uncertainty is due to the electricity prices, which are modeled by a scenario set, allowing an acceptable computation. Moreover, emission allowances are considered in a manner to allow for the consideration of environmental constraints. A case study to illustrate the usefulness of the proposed approach is presented and an assessment of the cost for the spinning reserve is obtained by a comparison between the situation with and without spinning reserve.

Role of abrasive material on micro-abrasion wear tests

Micro-abrasion wear tests with ball-cratering configuration are widely used. Sources of variability are already studied by different authors and conditions for testing are parameterized by BS EN 1071-6: 2007 standard which refers silicon carbide as abrasive. However, the use of other abrasives is possible and allowed. In this work, ball-cratering wear tests were performed using four different abrasive particles of three dissimilar materials: diamond, alumina and silicon carbide. Tests were carried out under the same conditions on a steel plate provided with TiB2 hard coating. For each abrasive, five different test durations were used allowing understanding the initial wear phenomena. Composition and shape of abrasive particles were investigated by SEM and EDS. Scar areas were observed by optical and electronic microscopy in order to understand the wear effects caused by each of them. Scar geometry and grooves were analyzed and compared. Wear coefficient was calculated for each situation. It was observed that diamond particles produce well-defined and circular wear scars. Different silicon carbide particles presented dissimilar results as consequence of distinct particle shape and size distribution.