NZEB e os novos revestimentos

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Modelação de células de combustível

Neste trabalho serão apresentados e discutidos vários aspectos relacionados com células de combustível, com particular enfoque na modelação de células de combustível de membrana de permuta protónica. Este trabalho está dividido em vários capítulos. No Capítunlo 1 são apresentadas as motivações e os objectivos da tese. No Capítulo 2 serão apresentadas as células de combustível em geral, a sua origem, os diversos tipos, o que as diferencia das restantes tecnologias de geração de energia e as suas vantagens e desvantagens. No Capítulo 3 discute-se a modelação de células de combustível. Serão expostos e explicados os diferentes tipos de modelos, seguindo-se uma apresentação do modelo selecionado para estudo, com referência aos fundamentos teóricos exposição detalhada da fórmulação matemática e os parâmetros que caracterizam o modelo. É também apresentado a implementação do modelo em Matlab/Simulink. No Capítulo 4 será discutida e apresentada a abordagem utilizada para a identificação dos parâmetros do modelo da célula de combustível. Propõe-se e prova-se que uma abordagem baseada num algoritmo de optimização inteligente proporciona um método eficaz e preciso para a identificação dos parâmetros. Esta abordagem requer a existência de alguns dados experimentais que são também apresentados. O algoritmo utilizado designa-se por Optimização por Enxame de Partículas – Particle Swarm Optimization (PSO). São apresentados os seus fundamentos, características, implementação em Matlab/Simulink e a estratégia de optimização, isto é, a configuração do algoritmo, a definição da função objectivo e limites de variação dos parâmetros. São apresentados os resultados do processo de optimização, resultados adicionais de validação do modelo, uma análise de robustez do conjunto óptimo de parâmetros e uma análise de sensibilidade dos mesmos. O trabalho termina apresentando, no último capítulo, algumas conclusões, das quais se destacam: - O bom desempenho do algoritmo PSO para a identificação dos parâmetros do modelo da célula de combsutível; - Uma robustez interessante do algoritmo PSO, no sentido em que, para várias execuções do método resultam valores do parâmetros e da função objectivo com variabilidade bastante reduzidas; - Um bom modelo da célula de combustível, que quando caracterizado pelo conjunto óptimo de parâmetros, apresenta, sistematicamente, erros relativos médios inferiores a 2,5% para um conjunto alargado de condições de funcionamento.

Monitorization of alveolar deposited surface area of nanoparticles and ultrafine particles in different environments

Nanotechnology is an important emerging industry with a projected annual market of around one trillion dollars by 2015. It involves the control of atoms and molecules to create new materials with a variety of useful functions. Although there are advantages on the utilization of these nano-scale materials, questions related with its impact over the environment and human health must be addressed too, so that potential risks can be limited at early stages of development. At this time, occupational health risks associated with manufacturing and use of nanoparticles are not yet clearly understood. However, workers may be exposed to nanoparticles through inhalation at levels that can greatly exceed ambient concentrations. Current workplace exposure limits are based on particle mass, but this criteria could not be adequate in this case as nanoparticles are characterized by very large surface area, which has been pointed out as the distinctive characteristic that could even turn out an inert substance into another substance exhibiting very different interactions with biological fluids and cells. Therefore, it seems that, when assessing human exposure based on the mass concentration of particles, which is widely adopted for particles over 1 μm, would not work in this particular case. In fact, nanoparticles have far more surface area for the equivalent mass of larger particles, which increases the chance they may react with body tissues. Thus, it has been claimed that surface area should be used for nanoparticle exposure and dosing. As a result, assessing exposure based on the measurement of particle surface area is of increasing interest. It is well known that lung deposition is the most efficient way for airborne particles to enter the body and cause adverse health effects. If nanoparticles can deposit in the lung and remain there, have an active surface chemistry and interact with the body, then, there is potential for exposure. It was showed that surface area plays an important role in the toxicity of nanoparticles and this is the metric that best correlates with particle-induced adverse health effects. The potential for adverse health effects seems to be directly proportional to particle surface area. The objective of the study is to identify and validate methods and tools for measuring nanoparticles during production, manipulation and use of nanomaterials.

Influência da temperatura e da energia de compactação nos parâmetros obtidos em ensaios no âmbito na marcação CE de misturas betuminosas

Em Portugal, grande parte da rede rodoviária é constituída por pavimentos flexíveis a quente, os quais têm vindo a ser alvo de um estudo exaustivo devido ao elevado aumento do tráfego registado nos últimos anos. Todos os estudos realizados em misturas betuminosas, após 1 de Março de 2008, utilizam as normativas da marcação CE, estabelecidas pela União Europeia no Âmbito da Directiva Comunitária nº 93/465/CEE e têm como objectivo garantir aos utentes que os materiais utilizados foram produzidos de forma controlada, de acordo com os requisitos definidos. Este trabalho teve como principal objectivo avaliar a influência da temperatura e da energia de compactação nas Misturas Betuminosas. Nesse intuito, estudaram‐se diferentes formulações das Misturas Betuminosas, nas quais se fez variar a temperatura e a energia de compactação. Neste trabalho apresentam‐se as formulações propostas, os ensaios realizados segundo a Marcação CE e a análise dos resultados obtidos. Executou‐se, também, o ensaio Marshall de forma a estudar e avaliar o desempenho da mistura. Pressupõe‐se que a variação da temperatura numa mistura betuminosa é bastante importante por ser responsável pelo comportamento dos betumes, o qual se reflecte na mistura originando variações no respectivo comportamento mecânico que serão tanto maiores quanto maior for a percentagem de betume da mesma. A energia de compactação tem como objectivo reduzir o índice de vazios da mistura através do rearranjo das partículas, originando desse modo uma diminuição da camada da mistura betuminosa, responsável pela melhoria do comportamento mecânico e funcional da camada.

Auditoria energética e da QAI no âmbito do SCE de um edifício de serviços

Este trabalho foi realizado no âmbito da disciplina de Dissertação/Estágio do ramo de Optimização Energética na Indústria Química, do Mestrado em Engenharia Química do Instituto Superior de Engenharia do Porto e foi desenvolvido na empresa GreenWatt. O principal objectivo é efectuar uma auditoria energética e uma auditoria QAI a uma clínica de fisiatria de forma a preparar as ferramentas necessárias para a Certificação Energética e da QAI no enquadramento do Sistema de Certificação Energética. Na auditoria QAI foram analisados parâmetros físicos - temperatura, humidade relativa e partículas respiráveis PM10, parâmetros químicos - CO2, CO, O3, COVs, HCOH e o radão, e ainda parâmetros microbiológicos - bactérias, fungos e legionella. Na auditoria energética foi feita a caracterização dos vectores de energia utilizados no edifício, nomeadamente, gás natural e electricidade. Para esta caracterização efectuou-se um levantamento de toda a informação disponível relativa aos combustíveis utilizados, iluminação instalada, outros equipamentos consumidores de energia e perfis de utilização. Com recurso a analisadores de energia foram ainda medidos os consumos eléctricos do edifício. Com suporte nos dados provenientes da auditoria energética e das facturas anuais efectuou-se a validação da simulação dinâmica do edifício. Esta simulação é a base do cálculo do IEEnominal do edifício. Os resultados da auditoria QAI, permitiram verificar que existem valores nãoregulamentares em relação aos compostos orgânicos voláteis, fungos e bactérias. Da auditoria energética concluiu-se que o principal consumo de energia é o gás natural utilizado pelas caldeiras existentes. Este valor representa cerca de 81% do consumo total de energia, reproduzindo os mesmos resultados obtidos pela desagregação das facturas energéticas. No que respeita à electricidade concluiu-se que as bombas de água e os equipamentos eléctricos são os maiores consumidores deste vector, com, respectivamente, 53% e 23% do consumo total de energia eléctrica. Após a realização da simulação dinâmica, com base nos levantamentos realizados no edifício e na auditoria energética efectuada, obteve-se uma fotografia do edifício no que respeita ao seu desempenho energético, e calculou-se um IEEnominal de 40,54 kgep/m2.ano o que qualifica o edifício com uma Classe Energética E. O valor de CO2 emitido por este edifício em termos nominais, anualmente, é de 76,39 toneladas.

Wortbildungsmuster verbaler komposita im deutschen und im portugiesischen

O presente trabalho constitui, em primeiro lugar, um estudo analítico dos modelos da formação de compostos verbais no Alemão, i.e. uma análise das diversas ligações entre verbos e lexemas da mesma ou de outras categorias de palavras dessa língua. O trabalho inclui ainda uma análise comparativa dos exemplos apresentados do Alemão com os modelos da composição verbal que se realizam no Português. Trata-se, neste caso, igualmente da combinação, i.e. a composição de palavras constituídas por diversas formas verbais com outros elementos pertencentes à mesma ou a outra categoria.

First Curl, Then Wrinkle

The excellent properties of elastomers are exploited to trigger wrinkling instabilities in curved shells. Micro- and nano-fibres are produced by electrospinning and UV irradiated: each fibre consists of a soft core and a stiff outer half-shell. Upon solvent de-swelling, the fibres curl because the shell and the core have different natural lengths. Wrinkling only starts after the fibre has attained a well-defined helical shape. A simple analytical model is proposed to find the curling curvature and wrinkle wavelength, as well as the transition between the “curling” and “wrinkling” regimes. This new instability resembles that found in the tendrils of climbing plants as they dry and lignify.

Vertical CNT-Si Photodiode Array

Agências financiadoras: National Natural Science Foundation of China - 61204077; Shenzhen Science and Technology Innovation Commission - JCYJ20120614150521967

Study of vanadium doped ZnO films prepared by dc reactive magnetron sputtering at different substrate temperatures

ZnO films doped with vanadium (ZnO:V) have been prepared by dc reactive magnetron sputtering technique at different substrate temperatures (RT–500 C). The effects of the substrate temperature on ZnO:V films properties have been studied. XRD measurements show that only ZnO polycrystalline structure has been obtained, no V2O5 or VO2 crystal phase can be observed. It has been found that the film prepared at low substrate temperature has a preferred orientation along the (002) direction. As the substrate temperature is increased, the (002) peak intensity decreases. When the substrate temperature reaches the 500 C, the film shows a random orientation. SEM measurements show a clear formation of the nano-grains in the sample surface when the substrate temperature is higher than 400 C. The optical properties of the films have been studied by measuring the specular transmittance. The refractive index has been calculated by fitting the transmittance spectra using OJL model combined with harmonic oscillator.

Qualidade do ar interior em Escolas Básicas de 1.º ciclo: QAI em ambientes escolares: estudo orientado para as Escolas Básicas de 1.º ciclo de um agrupamento escolar

A Qualidade do Ar Interior (QAI) é um fator de grande preocupação. A importância de manter um ambiente salubre é mais acentuada em estabelecimentos escolares (EE), tendo em conta, que no interior destes permanecem crianças durante um elevado período de tempo. É fundamental garantir uma boa QAI nos edifícios escolares, de forma a salvaguardar a saúde, o bem-estar e o conforto dos ocupantes, bem como, não comprometer o seu desempenho escolar. Recentemente, foram construídos novos edifícios escolares e alguns dos existentes foram alvo de obras de remodelação. Contudo, a crescente tendência em construir edifícios cada vez mais herméticos, com vista à diminuição dos gastos de energia, origina problemas como a reduzida ventilação dos espaços. Vários estudos têm demonstrado a influência das atividades de limpeza na QAI. No entanto, verifica-se que na maioria das escolas não existem ainda procedimentos de limpeza padronizados. A falta de instruções de trabalho e a ausência de formação às assistentes operacionais pode comprometer a eficácia dos procedimentos de higienização, o que poderá ter influência na QAI dos espaços. Este estudo teve como principal objetivo avaliar a QAI em escolas básicas de 1.º ciclo. Foram contemplados no estudo fatores como a tipologia do edifício, a ocupação das salas e as atividades de limpeza. Procedeu-se à caracterização dos EE e à monitorização de parâmetros ambientais, como a temperatura do ar, a humidade relativa, a velocidade do ar, o dióxido de carbono, o monóxido de carbono, as partículas, os microrganismos mesófilos totais e os fungos. Estes parâmetros foram avaliados nas salas com ocupação, sem ocupação e durante a implementação de um plano de higienização. A ventilação inadequada parece ser o fator que mais condiciona a QAI das salas de aula avaliadas. Registaram-se elevadas concentrações de dióxido de carbono e de microrganismos mesófilos totais, que parecem estar relacionados com a permanência dos ocupantes nos locais e com a falta de ventilação adequada dos espaços. A concentração de dióxido de carbono foi mais elevada em edifícios recentes. Os picos elevados na concentração de partículas parecem estar associados com as atividades dos ocupantes. Obtiveram-se concentrações menores de fungos e de microrganismos mesófilos totais ao longo da implementação do plano de higienização, o que poderá significar que os procedimentos de limpeza contribuem para reduzir os níveis de contaminação dos espaços interiores. No entanto, tendo em conta, que a concentração de microrganismos mesófilos totais permaneceu elevada, as operações de limpeza parecem não ser suficientes para garantir uma boa QAI. O aumento da ventilação dos espaços poderia contribuir significativamente para a melhoria da QAI dos espaços avaliados.

Sistema de visão para aterragem automática de UAV

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Influência da microestrutura morfológica no comportamento de argamassas

As argamassas são materiais de construção porosos utilizados em diversos tipos de aplicação, por vezes muito distintos. A compreensão do seu comportamento, face às diversas solicitações a que podem estar sujeitas, é determinante para que possam efectivamente ser cumpridas as exigências que, em cada caso, sejam definidas. O desempenho das argamassas depende em grande medida das propriedades da sua microestrutura que, por sua vez, são condicionadas por um conjunto de cinco aspectos principais: os componentes, o traço, a cura, os procedimentos de aplicação e o tipo de suporte. O objectivo desta tese foi o de avaliar a forma como se relacionam o tipo de ligante e a granulometria das areias, as propriedades da microestrutura morfológica e o comportamento de argamassas. Foram globalmente preparadas cinquenta composições de argamassa que incluíram quatro tipos de ligante (cal aérea, cal hidráulica, cimento branco e um ligante misto composto por cal aérea e cimento Portland corrente) e dezasseis areias de granulometria distinta. A análise dos resultados obtidos permitiu o estabelecimento de um conjunto de conclusões que se julgam relevantes. A dimensão das partículas e o volume de vazios das areias desempenham um papel determinante nas propriedades da microestrutura morfológica das argamassas, i.e. na dimensão, na quantidade e na forma dos poros. Por outro lado, a retracção por secagem inerente aos processos de endurecimento dos ligantes aéreos e dos ligantes hidráulicos induz uma distinção de fundo na microestrutura das argamassas fabricadas com uns e com outros, que se traduz por diferenças na conectividade da rede porosa. Este facto dá origem a comportamentos diferenciados, sobretudo no que diz respeito à absorção de água por capilaridade e às resistências mecânicas. A análise das areias conduziu à definição de novos parâmetros numéricos que se julga contribuírem para uma caracterização da granulometria mais detalhada face ao que tem sido prática corrente.

Contributo para a avaliação da ecocompatibilidade de novos materiais para a construção civil

No âmbito da avaliação da ecocompatibilidade de novos materiais para a construção civil, foram realizados diversos estudos, destinados à avaliação dos potenciais tóxicos e ecotóxicos desses materiais. Estes estudos foram enquadrados pelo projecto europeu VALOMAT, o qual foi financiado pela Comissão Europeia, através do programa Brite-Euram III. Os novos materiais, desenvolvidos pela empresa Inertec, basearam-se na valorização de escórias de centrais de incineração de RSU e destinaram-se a duas aplicações distintas: a) Enchimento de minas ou pedreiras abandonadas ou em fim de vida; b) Construções, no sub-solo, de paredes diafragma. Os estudos realizados, no âmbito da presente dissertação, foram efectuados em cinco fases distintas. Na primeira fase, procedeu-se ao estudo das propriedades químicas e ecotoxicológicas intrínsecas de seis amostras de escórias brutas. Utilizou-se o ensaio de lixiviação descrito na norma europeia EN 12457-2. Os lixiviados produzidos foram caracterizados recorrendo a 21 parâmetros químicos e quatro indicadores biológicos. Os resultados obtidos permitiram verificar que as escórias apresentaram níveis tóxicos e ecotóxicos muito diferenciados. A ordenação dos níveis tóxicos e ecotóxicos, por recurso a um índice químico e a um índice ecotoxicológico, e a sua integração num sistema de critérios múltiplos de decisão permitiram seleccionar cinco amostras de escórias como as mais adequadas para o desenvolvimento dos novos materiais.Na segunda fase do trabalho, procedeu-se à avaliação dos potenciais tóxicos e ecotóxicos intrínsecos de 14 materiais monolíticos, desenvolvidos pela empresa Inertec. Os materiais foram submetidos a um processo de segmentação prévio (dimensão das partículas: <4 mm). Posteriormente, foram submetidos ao ensaio de lixiviação descrito na norma europeia EN 12457-2. Os lixiviados foram caracterizados de modo semelhante ao que foi indicado para as escórias brutas. Os resultados obtidos indicaram que os níveis tóxicos e ecotóxicos dos materiais destinados ao enchimento de antigas minas ou pedreiras foram superiores aos determinados para os materiais destinados à construção de paredes diafragma. Com base nos índices químico e ecotoxicológico, foi possível ordenar as amostras dos materiais, em função dos níveis tóxicos e ecotóxicos crescentes. A integração destes resultados num sistema de critérios múltiplos de decisão permitiu seleccionar seis formulações como as mais adequadas para as duas aplicações acima referidas. A terceira fase dos estudos teve como objectivo a avaliação dos potenciais tóxicos e ecotóxicos dos materiais seleccionadas na fase anterior, sem alteração prévia das suas matrizes monolíticas. Para o efeito utilizou-se o ensaio de lixiviação descrito na norma francesa NF X31-211. Os resultados obtidos permitiram concluir que os níveis de emissão de substâncias químicas e os níveis de ecotoxicidade dos novos materiais foram inferiores aos determinados na avaliação dos potenciais tóxico e ecotóxico intrínsecos. Os materiais foram classificados como quimicamente estáveis. Os diferentes níveis tóxicos e ecotóxicos destes materiais permitiram seleccionar três formulações para os ensaios seguintes. A quarta fase envolveu o estudo do comportamento químico dos novos materiais, sob condições de actividade microbiológica induzida no agente lixiviante (ensaio de biolixiviação). Foi desenvolvida uma nova metodologia para o ensaio de biolixiviação, tendo por base alguns trabalhos de biodeterioração, biolixiviação e biodegradação, realizados por outras equipas. Os resultados obtidos permitiram concluir que o comportamento químico dos novos materiais não foi alterado por acção da actividade microbiológica. Na última fase do trabalho, procedeu-se ao estudo dos potenciais tóxico e ecotóxico dos novos materiais, em ensaios de lixiviação de longo prazo, sob três cenários diferentes de exposição ambiental (norma europeia ENV 12920). Foram construídos dez pilotos experimentais, à escala laboratorial, que foram operados sob condições diferentes, em função dos cenários de exposição ambiental. Ao longo do tempo de ensaio, os lixiviados dos pilotos foram recolhidos e analisados sob o ponto de vista químico e ecotoxicológico. Os níveis tóxicos e ecotóxicos dos lixiviados dos novos materiais foram relativamente reduzidos e diferenciados, para cada um dos materiais e para cada cenário de exposição.

Síntese de acetato de decilo por catálise enzimática em meio supercrítico

Este trabalho teve como objectivo o estudo, em reactor fechado, da produção de ésteres de cadeia longa por catálise enzimática em meio supercrítico com vista ao desenvolvimento de um processo sustentável, tecnologicamente eficiente e limpo e que constitua uma alternativa aos processos químicos tradicionais. Como composto modelo a produzir foi seleccionado o acetato de decilo, um éster com aplicação na indústria de fragrâncias. A reacção estudada foi a transesterificação do acetato de vinilo com o decanol, obtendo-se como principal produto o acetato de decilo. O catalisador escolhido foi a lipase B de Candida antarctica (CALB), imobilizada na resina macroporosa Lewatit B (Novozym 435®). A síntese de acetato de decilo foi estudada numa instalação experimental de alta pressão, equipada com um reactor fechado de volume variável, a operar isotermicamente a 35 ºC e a 100 bar, usando-se como solvente CO2 em condições supercríticas. Fez-se a determinação do conteúdo enzimático por tamanho de partícula de catalisador, tendo-se verificado que as partículas mais pequenas têm uma quantidade específica de enzima mais elevada, havendo uma relação inversamente proporcional entre o conteúdo enzimático e o tamanho de partícula. Verificou-se também que a enzima deve estar localizada numa camada exterior da partícula, seguindo um modelo do tipo “casca de ovo”, sendo a espessura dessa camada de 60 μm (assumindo distribuição uniforme) e independente do tamanho de partícula. Analisaram-se as resistências à transferência de massa, tanto externas como internas. Para as primeiras, fez-se apenas variar a agitação dentro do reactor, mantendo todas as outras condições de operação constantes (temperatura, pressão, quantidade de enzima, tamanho de partícula, concentração de substratos na alimentação). Verificou-se que a partir de 950 r.p.m. as resistências externas à transferência de massa são eliminadas. Relativamente às resistências internas, realizaram-se várias reacções com diferentes tamanhos de partícula, mas com a mesma quantidade de enzima, a mesma concentração dos dois substratos na alimentação, a mesma agitação, temperatura e pressão. Os resultados obtidos mostram que não há influência significativa do tamanho das partículas de catalisador sobre a velocidade inicial de reacção, pelo que as resistências internas à transferência de massa se podem considerar desprezáveis. Estudou-se também o efeito da variação da concentração dos substratos na alimentação sobre as velocidades iniciais de reacção. Observou-se que a partir de uma determinada concentração de decanol em excesso relativamente ao acetato de vinilo, a reacção é inibida pelo álcool. Pelo contrário, a reacção é favorecida quando a alimentação tem excesso de acetato de vinilo, havendo um aumento significativo da sua velocidade inicial. Estes resultados são consistentes com um mecanismo do tipo Ping-pong bi-bi com inibição competitiva por parte do álcool, comum na descrição de reacções enzimáticas de esterificação/transesterificação. Por último, fez-se uma comparação dos resultados obtidos em meio supercrítico (CO2) e em meio orgânico (hexano). Observou-se que as reacções em hexano apresentam uma velocidade inicial significativamente superior.

Imunohistoquímica

Desde o seu surgimento que as técnicas que utilizam a reação anticorpo-antigénio para a deteção e caracterização de moléculas no seu local de origem têm sido denominadas de Imunohistoquímica e/ou Imunocitoquímica. Ao longo do tempo esta terminologia tem sido utilizada de forma frequente para identificar as mesmas metodologias de forma, por vezes, indiscriminada. Numa tentativa de evitar as incorreções e diminuir as associações erróneas de palavras-chave em livros e artigos, que podem provocar uma pulverização ou a omissão da bibliografia relevante existente, alguns autores têm tentado clarificar a nomenclatura utilizada, principalmente com base na natureza da amostra biológica que é analisada. O termo Imunohistoquímica é associado a metodologias que usam imuno-ensaios para co-localizar um epítopo de interesse em cortes de tecido. Também se englobam os métodos que recorrem a blocos de células ou de coágulos preparados a partir de materiais citológicos e hematológicos. Na maioria dos casos, o tecido é removido do ser vivo e conservado/fixado por congelação ou por métodos químicos (e.g. formaldeído) e embebido em parafina. Posteriormente são obtidas secções muito finas, de cerca de 4μm, a partir do material congelado ou incluído em parafina e colocadas em lâminas de vidro. Desta forma, é possível co-localizar os antigénios nos componentes histológicos e celulares, mantendo a arquitetura original do tecido circundante. Dependendo do método de fixação, as amostras de tecidos e/ou células podem ser sujeitas a estratégias de recuperação antigénica.