Experimental investigation of thermal inertia properties in hemp-lime concrete walls

Hemp-lime concrete is a sustainable alternative to standard building wall materials, with low associated embodied energy. It exhibits good hygric, acoustic and thermal properties, making it an exciting, sustainable building envelope material. When cast in temporary shuttering around a timber frame, it exhibits lower thermal conductivity than concrete, and consequently achieves low U-values in a primarily mono-material wall construction. Although cast relatively thick hemp-lime walls do not generally achieve the low U-values stipulated in building regulations. However assessment of its thermal performance through evaluation of its resistance to thermal transfer alone, underestimates its true thermal quality. The thermal inertia, or reluctance of the wall to change its temperature when exposed to changing environmental temperatures, also has a significant impact on the thermal quality of the wall, the thermal comfort of the interior space and energy consumption due to space heating. With a focus on energy reduction in buildings, regulations emphasise thermal resistance to heat transfer with only less focus on thermal inertia or storage benefits due to thermal mass. This paper investigates dynamic thermal responsiveness in hemp-lime concrete walls. It reports the influence of thermal conductivity, density and specific heat through analysis of steady state and transient heat transfer, in the walls. A novel hot-box design which isolates the conductive heat flow is used, and compared with tests in standard hot-boxes. Thermal diffusivity and effusivity are evaluated, using experimentally measured conductivity, based on analytical relationships. Experimental results evident that hemp-lime exhibits high thermal inertia. They show the thermal inertia characteristics compensate for any limitations in the thermal resistance of the construction material. When viewed together the thermal resistance and mass characteristics of hemp-lime are appropriate to maintain comfortable thermal indoor conditions and low energy operation.

Combining Bio- and Chemo-Catalysis for the Conversion of Bio-Renewable Alcohols: Homogeneous Iridium Catalysed Hydrogen Transfer Initiated Dehydration of 1,3-Propanediol to Aldehydes

Combining whole cell biocatalysis and chemocatalysis in a single reaction sequence avoids unnecessary separations, and the associated waste and energy consumption. Bacterial fermentation has been employed to convert waste glycerol from biodiesel production into 1,3-propanediol. This 1,3-propanediol can be extracted selectively from the aqueous fermentation broth using ionic liquids. 1,3-propanediol in ionic liquid solution was converted to propanal by hydrogen transfer initiated dehydration (HTID) catalysed by a Cp*IrCl2(NHC) (Cp* = pentamethylcyclopentadienyl; NHC = carbene ligand) complex. The use of an ionic liquid solvent enabled the reaction to be performed under reduced pressure, facilitating the isolation of the product, and improving the reaction selectivity. The Ir(III) catalyst in ionic liquid was found to be highly recyclable.

Inexact-aware architecture design for ultra-low power bio-signal analysis

This study introduces an inexact, but ultra-low power, computing architecture devoted to the embedded analysis of bio-signals. The platform operates at extremely low voltage supply levels to minimise energy consumption. In this scenario, the reliability of static RAM (SRAM) memories cannot be guaranteed when using conventional 6-transistor implementations. While error correction codes and dedicated SRAM implementations can ensure correct operations in this near-threshold regime, they incur in significant area and energy overheads, and should therefore be employed judiciously. Herein, the authors propose a novel scheme to design inexact computing architectures that selectively protects memory regions based on their significance, i.e. their impact on the end-to-end quality of service, as dictated by the bio-signal application characteristics. The authors illustrate their scheme on an industrial benchmark application performing the power spectrum analysis of electrocardiograms. Experimental evidence showcases that a significance-based memory protection approach leads to a small degradation in the output quality with respect to an exact implementation, while resulting in substantial energy gains, both in the memory and the processing subsystem.

Secagem convectiva de produtos alimentares: otimização e controlo

O presente trabalho tem como objetivo analisar a cinética de secagem do bacalhau salgado verde (Gadus morhua) em secador convectivo. É apresentada a análise da composição físico-química dos bacalhaus utilizados nos ensaios experimentais, bem como o estudo das isotermas de sorção do produto, através de experiências e modelação matemática. Dos modelos usados para o ajuste das isotermas de sorção do bacalhau salgado verde, o que melhor se adaptou aos resultados experimentais foi o modelo de GAB Modificado, com coeficientes de correlação variando entre 0,992 e 0,998. Para o controlo do processo de secagem (nomeadamente os parâmetros temperatura, humidade relativa e velocidade do ar) foi utilizada lógica difusa, através do desenvolvimento de controladores difusos para o humidificador, desumidificador, resistências de aquecimento e ventilador. A modelação do processo de secagem foi realizada através de redes neuronais artificiais (RNA), modelo semi-empírico de Page e modelo difusivo de Fick. A comparação entre dados experimentais e simulados, para cada modelo, apresentou os seguintes erros: entre 1,43 e 11,58 para o modelo de Page, 0,34 e 4,59 para o modelo de Fick e entre 1,13 e 6,99 para a RNA, com médias de 4,38, 1,67 e 2,93 respectivamente. O modelo obtido pelas redes neuronais artificiais foi submetido a um algoritmo de otimização, a fim de buscar os parâmetros ideais de secagem, de forma a minimizar o tempo do processo e maximizar a perda de água do bacalhau. Os parâmetros ótimos obtidos para o processo de secagem, após otimização realizada, para obter-se uma humidade adimensional final de 0,65 foram: tempo de 68,6h, temperatura de 21,45°C, humidade relativa de 51,6% e velocidade de 1,5m/s. Foram também determinados os custos de secagem para as diferentes condições operacionais na instalação experimental. Os consumos por hora de secagem variaram entre 1,15 kWh e 2,87kWh, com uma média de 1,94kWh.

Biodiesel fuel formulation

O consumo de energia a nível mundial aumenta a cada dia, de forma inversa aos recursos fósseis que decrescem de dia para dia. O sector dos transportes é o maior consumidor deste recurso. Face ao actual cenário urge encontrar uma solução renovável e sustentável que permita não só, diminuir a nossa dependência de combustíveis fósseis mas fundamentalmente promover a sua substituição por energias de fontes renováveis. O biodiesel apresenta-se na vanguarda das alternativas aos combustiveis derivados do petróleo, para o sector dos transportes, sendo considerado uma importante opção a curto prazo, uma vez que o seu preço pode ser competitivo com o diesel convencional, e para a sua utilização o motor de combustão não necessita de alterações. O biodiesel é uma mistura líquida, não tóxica, biodegradável de ésteres de ácidos gordos, sem teor de enxofre ou compostos aromáticos, apresenta boa lubricidade, alto número de cetano, e origina emissões gasosas mais limpas. O presente trabalho contribui para um melhor conhecimento da dependência das propriedades termofisicas do biodiesel com a sua composição. A publicação de novos dados permitirá o desenvolvimento de modelos mais fiáveis na previsão do comportamento do biodiesel. As propriedades densidade e viscosidade são o espelho da composição do biodiesel, uma vez que dependem directamente da matéria prima que lhe deu origem, mais do que do processo de produção. Neste trabalho os dados medidos de densidade e viscosidade de biodiesel foram testados com vários modelos e inclusivamente foram propostos novos modelos ajustados para esta família de compostos. Os dados medidos abrangem uma ampla gama de temperaturas e no caso da densidade também foram medidos dados a alta pressão de biodiesel e de alguns ésteres metilico puros. Neste trabalho também são apresentados dados experimentais para o equilíbrio de fases sólido-liquído de biodiesel e equlibrio de fases líquidolíquido de alguns sistemas importantes para a produção de biodiesel. Ambos os tipos de equilíbrio foram descritos por modelos desenvolvidos no nosso laboratório. Uma importância especial é dado aqui a propriedades que dependem do perfil de ácidos gordos da matéria-prima além de densidade e viscosidade; o índice de iodo e temperature limite de filtrabalidade são aqui avaliados com base nas considerações das normas. Os ácidos gordos livres são um sub-produto de refinação de óleo alimentar, que são removidos na desodoração, no processo de purificação do óleo. A catálise enzimática é aqui abordada como alternativa para a conversão destes ácidos gordos livres em biodiesel. Estudou-se a capacidade da lipase da Candida antartica (Novozym 435) para promover a esterificação de ácidos gordos livres com metanol ou etanol, utilizando metodologia de superfície de resposta com planeamento experimental. Avaliou-se a influência de diversas variáveis no rendimento da reacção.

Network virtualisation from an operator perspective

Network virtualisation is seen as a promising approach to overcome the so-called “Internet impasse” and bring innovation back into the Internet, by allowing easier migration towards novel networking approaches as well as the coexistence of complementary network architectures on a shared infrastructure in a commercial context. Recently, the interest from the operators and mainstream industry in network virtualisation has grown quite significantly, as the potential benefits of virtualisation became clearer, both from an economical and an operational point of view. In the beginning, the concept has been mainly a research topic and has been materialized in small-scale testbeds and research network environments. This PhD Thesis aims to provide the network operator with a set of mechanisms and algorithms capable of managing and controlling virtual networks. To this end, we propose a framework that aims to allocate, monitor and control virtual resources in a centralized and efficient manner. In order to analyse the performance of the framework, we performed the implementation and evaluation on a small-scale testbed. To enable the operator to make an efficient allocation, in real-time, and on-demand, of virtual networks onto the substrate network, it is proposed a heuristic algorithm to perform the virtual network mapping. For the network operator to obtain the highest profit of the physical network, it is also proposed a mathematical formulation that aims to maximize the number of allocated virtual networks onto the physical network. Since the power consumption of the physical network is very significant in the operating costs, it is important to make the allocation of virtual networks in fewer physical resources and onto physical resources already active. To address this challenge, we propose a mathematical formulation that aims to minimize the energy consumption of the physical network without affecting the efficiency of the allocation of virtual networks. To minimize fragmentation of the physical network while increasing the revenue of the operator, it is extended the initial formulation to contemplate the re-optimization of previously mapped virtual networks, so that the operator has a better use of its physical infrastructure. It is also necessary to address the migration of virtual networks, either for reasons of load balancing or for reasons of imminent failure of physical resources, without affecting the proper functioning of the virtual network. To this end, we propose a method based on cloning techniques to perform the migration of virtual networks across the physical infrastructure, transparently, and without affecting the virtual network. In order to assess the resilience of virtual networks to physical network failures, while obtaining the optimal solution for the migration of virtual networks in case of imminent failure of physical resources, the mathematical formulation is extended to minimize the number of nodes migrated and the relocation of virtual links. In comparison with our optimization proposals, we found out that existing heuristics for mapping virtual networks have a poor performance. We also found that it is possible to minimize the energy consumption without penalizing the efficient allocation. By applying the re-optimization on the virtual networks, it has been shown that it is possible to obtain more free resources as well as having the physical resources better balanced. Finally, it was shown that virtual networks are quite resilient to failures on the physical network.