Reconstitution of the failure of the Fonte Santa mine tailings dam. Modelling of the dam breaching process

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil Perfil de Estruturas e Geotecnia

An efficient numerical scheme for solving multi-dimensional fractional optimal control problems with a quadratic performance index

The shifted Legendre orthogonal polynomials are used for the numerical solution of a new formulation for the multi-dimensional fractional optimal control problem (M-DFOCP) with a quadratic performance index. The fractional derivatives are described in the Caputo sense. The Lagrange multiplier method for the constrained extremum and the operational matrix of fractional integrals are used together with the help of the properties of the shifted Legendre orthonormal polynomials. The method reduces the M-DFOCP to a simpler problem that consists of solving a system of algebraic equations. For confirming the efficiency and accuracy of the proposed scheme, some test problems are implemented with their approximate solutions.

A terapia ocupacional como recurso para idosos institucionalizados: um estudo de avaliação das necessidades ocupacionais

RESUMO: O envelhecimento populacional está associado a necessidades de saúde, incluindo aspectos ligados à realização das actividades quotidianas e à vertente ocupacional em geral.O presente estudo procurou identificar as necessidades ocupacionais de uma amostra de idosos institucionalizados e avaliar alterações no desempenho ocupacional e na satisfação após participação num programa de actividades terapêuticas. A amostra foi constituída por 20 indivíduos, com uma média de idades de 86,2 anos (DP=6,0), maioritariamente do sexo feminino e viúvos, com níveis de escolaridade diversos, sem défice cognitivo grave, provenientes de duas instituições para idosos em Lisboa. Os instrumentos utilizados foram entrevista de caracterização sócio-demográfica. Mini- Mental State Examination. Índice de Katz e Medida Canadiana de Desempenho Ocupacional. Após a participação no programa de actividades, oito indivíduos mantiveram as notas de desempenho e de satisfação na Medida Canadiana; cinco apresentaram aumento em ambas as notas; para dois, o desempenho permaneceu inalterado e o grau de satisfação diminuiu; finalmente, três deixaram de ter pelo menos um problema no desempenho, destacando-se um indivíduo que deixou de ter problemas para se alimentar, tornando-se independente nesta área. Comparando as avaliações iniciais e as reavaliações pósintervenção, não se registaram diferenças significativas nas pontuações de desempenho nem de satisfação da Medida Canadiana. Em conclusão, muitos dos participantes do estudo referiram um desempenho deficiente em muitas actividades ocupacionais que valorizavam, assim como um grau elevado de insatisfação em relação a esse desempenho. Apesar de ter tido algum impacto nas necessidades ocupacionais dos participantes, o programa de actividades não pareceu trazer benefícios generalizados nesta pequena amostra.------------ABSTRACT:The aging process in institutionalized populations has implications that encompass various issues related to health, including occupational development and the performance of daily activities. It was this study’s objective to identify the occupational needs of a sample of institutionalized elderly and to identify the existence of changes in occupational performance and satisfaction after participation in a program of therapeutic activities. The sample consisted of 20 individuals (mostly female and widowed) from two nursing homes in Lisbon, having various levels of education and an average age of 86,2 years (SD=6,0) as well as the ability of verbal expression without severe cognitive deficit. The instruments used were a structured interview for socio-demographic characterization, the Mini Mental State Examination, the Katz Index and the Canadian Occupational Performance Measure. We found that older respondents claimed that the performance of daily activities constituted a problem. They stated that the activities of self-care and leisure were the most problematic, that they had negative self-perceptions regarding their own performance, and that they were dissatisfied with this performance of their daily activities. After participating in program activities, eight respondents experienced no change in their respective grades of performance and satisfaction, five showed increases in both grades and, for two respondents, the performance remained unchanged while the satisfaction level showed a decline. Three stopped having at least one problem in performance, and one participant even stopped referring feeding problems, having become independent in this area. Regarding the evolution of the Canadian Measure performance and satisfaction scores (before versus after the intervention), we found no significant differences. In conclusion, most participants stated that they were performing badly in what concerned the occupational activities they valued the most. The same applies to low levels of satisfaction regarding that performance. In this small sample, and despite some benefits, the program of therapeutic activities did not prove to be significantly effective.

Refractive index matching applied to fecal smear clearing

Thick smears of human feces can be made adequate for identification of helminth eggs by means of refractive index matching. Although this effect can be obtained by simply spreading a fleck of feces on a microscope slide, a glycerol solution has been routinely used to this end. Aiming at practicability, a new quantitative technique has been developed. To enhance both sharpness and contrast of the images, a sucrose solution (refractive index = 1.49) is used, which reduces the effect of light-scattering particulates. To each slide a template-measured (38.5 mm³) fecal sample is transferred. Thus, egg counts and sensitivity evaluations are easily made.

Towards a Mobile Three-dimensional Modelling System for Underground Structures

Robotica 2012: 12th International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions April 11, 2012, Guimarães, Portugal

Estudo comparativo da resistência à tração de juntas adesivas de sobreposição simples e dupla

O método de união com ligações adesivas está cada vez mais a ser utilizado na conceção de estruturas mecânicas, por causa das vantagens significativas desta técnica em comparação com as ligações tradicionais. De facto, as juntas com ligação adesiva estão sob investigação intensa há bastante tempo. Entre as vantagens, destaca-se a redução de peso e possibilidade de unir diferentes materiais, incluindo compósitos, sem danificar as estruturas a ligar. Os adesivos comerciais variam desde resistentes e frágeis (por exemplo, Araldite® AV138) a menos resistentes e dúcteis (por exemplo, Araldite® 2015). Uma nova família de adesivos de poliuretano combina elevada resistência e ductilidade (por exemplo, Sikaforce® 7888). Este trabalho compara o desempenho à tração dos três adesivos supracitados, em juntas de alumínio (Al6082-T651) de sobreposição simples e dupla, com variação dos valores de comprimento de sobreposição (LO). A análise numérica de modelos de dano coesivo (MDC) foi realizada para analisar as tensões de arrancamento (oy) e as de corte (txy) na camada adesiva, para estudar a variável de dano do MDC durante o processo de rotura e para avaliar a capacidade MDC na previsão da resistência da junta. A análise da resistência e da variável de dano ajudou na compreensão das diferenças entre os adesivos no que se refere ao processo de rotura e resistência da junta. Observou-se que as juntas de sobreposição dupla apresentam uma distribuição de tensões bastante mais favorável relativamente às juntas de sobreposição simples, principalmente devido à eliminação da flexão do substrato interior. Como resultado, a resistência destas juntas foi tipicamente superior ao dobro da observada para as juntas de sobreposição simples, com exceção de algumas configurações de junta em que houve plastificação extensa ou mesmo rotura dos substratos por tração. O trabalho proposto permitiu também concluir que as previsões MDC são tipicamente precisas, e qual a família de adesivos é mais adequada para cada configuração de junta, com a clara vantagem para o Sikaforce® 7888. Como resultado deste trabalho, foram propostas diretrizes de conceção para juntas adesivas.

Otimização de um processo produtivo e formulação de um novo produto utilizando ferramentas estatísticas

Na tentativa de se otimizar o processo de fabrico associado a uma tinta base aquosa (TBA), para minimizar os desvios de viscosidade final verificados, e de desenvolver um novo adjuvante plastificante para betão, recorreu-se a métodos e ferramentas estatísticas para a concretização do projeto. Relativamente à TBA, procedeu-se numa primeira fase a um acompanhamento do processo de fabrico, a fim de se obter todos os dados mais relevantes que poderiam influenciar a viscosidade final da tinta. Através de uma análise de capacidade ao parâmetro viscosidade, verificou-se que esta não estava sempre dentro das especificações do cliente, sendo o cpk do processo inferior a 1. O acompanhamento do processo resultou na escolha de 4 fatores, que culminou na realização de um plano fatorial 24. Após a realização dos ensaios, efetuou-se uma análise de regressão a um modelo de primeira ordem, não tendo sido esta significativa, o que implicou a realização de mais 8 ensaios nos pontos axiais. Com arealização de uma regressão passo-a-passo, obteve-se uma aproximação viável a um modelo de segunda ordem, que culminou na obtenção dos melhores níveis para os 4 fatores que garantem que a resposta viscosidade se situa no ponto médio do intervalo de especificação (1400 mPa.s). Quanto ao adjuvante para betão, o objetivo é o uso de polímeros SIKA ao invés da matériaprima comum neste tipo de produtos, tendo em conta o custo final da formulação. Escolheram-se 3 fatores importantes na formulação do produto (mistura de polímeros, mistura de hidrocarbonetos e % de sólidos), que resultou numa matriz fatorial 23. Os ensaios foram realizados em triplicado, em pasta de cimento, um para cada tipo de cimento mais utilizado em Portugal. Ao efetuar-se a análise estatística de dados obtiveram-se modelos de primeira ordem para cada tipo de cimento. O processo de otimização consistiu em otimizar uma função custo associada à formulação, garantindo sempre uma resposta superior à observada pelo produto considerado padrão. Os resultados foram animadores uma vez que se obteve para os 3 tipos de cimentocustos abaixo do requerido e espalhamento acima do observado pelo padrão.

Avaliação e Otimização do Consumo de Água no Processo e do Sistema de Tratamento de Efluentes

O elevado consumo de água associado à escassez deste recurso contribuiu para que alternativas de reutilização/reciclagem de água fossem estudadas que permitam diminuir o seu consumo e minimizar a dependência das indústrias. Monitorizar e avaliar os consumos de água, a nível industrial, é imprescindível para assegurar uma gestão sustentável dos recursos hídricos, sendo este o objetivo da presente dissertação. As alternativas encontradas na unidade industrial em estudo foram a substituição do equipamento sanitário e o aproveitamento do efluente tratado para operações de lavagem e/ou arrefecimento por contacto direto. A maioria do equipamento sanitário não é eficiente, tendo-se proposto a substituição desse sistema por um de menor consumo que permitirá uma poupança de 30 % no consumo de água, que corresponderá a 12 149,37 €/ano, sendo o retorno do investimento estimado em 3 meses. O efluente industrial na entrada da ETAR e nas diferentes etapas - tratamento primário de coagulação/floculação; tratamento secundário ou biológico em SBR; tratamento terciário de coagulação/floculação - foi caracterizado através da medição da temperatura, pH, oxigénio dissolvido e pela determinação da cor, turvação, sólidos suspensos totais (SST), azoto total, carência química de oxigénio (CQO), Carência Bioquímica de Oxigénio ao fim de 5 dias (CBO5) e razão CBO5/CQO. Esta caracterização permitiu avaliar o efluente industrial bruto que se caracteriza por um pH alcalino (8,3 ± 1,7); condutividade baixa (451 ± 200,2 μS/cm); elevada turvação (11 255 ± 8812,8 FTU); cor aparente (63 670 ± 42293,4 PtCo) e cor verdadeira (33 621 ± 19547,9 PtCo) elevadas; teores elevados de CQO (24 753 ± 11806,7 mg/L O2) SST (5 164 ± 3845,5 mg/L) e azoto total (718 mg/L) e um índice de biodegradabilidade baixo (razão CBO5/CQO de 1,4). Este estudo permitiu verificar que a eficiência global do tratamento do efluente foi 82 % na remoção da turvação, 83 % na remoção da cor aparente, 96 % na remoção da cor verdadeira, 85 % na remoção da CQO e 30 % na remoção dos SST. Quanto às eficiências de remoção associadas ao tratamento primário no que diz respeito à turvação, cor aparente, CQO e SST, apresentam valores inferiores aos referidos na literatura para o mesmo tipo de tratamento em efluentes similares. As eficiências de remoção obtidas no tratamento secundário são inferiores às do tratamento primário: turvação, cor aparente, CQO e SST, pelo que procurou-se otimizar a primeira etapa do processo de tratamento Neste estudo de otimização estudou-se a influência de cinco coagulantes – Sulfato de Alumínio, PAX XL – 10, PAX 18, cloreto de ferro e a conjugação de PAX 18 com sulfato de ferro - e seis floculantes – Superfloc A 150, Superfloc A 130, PA 1020, Ambifloc 560, Ambifloc C58 e Rifloc 54 - no tratamento físico-químico do efluente. O PAX 18 e o Ambifloc 560 UUJ foram os que apresentaram as mais elevadas eficiências de remoção (99,85 % na cor, 99,87 % na turvação, 90,12 % na CQO e 99,87 % nos SST). O custo associado a este tratamento é de 1,03 €/m3. Pela comparação com os critérios de qualidade no guia técnico ERSAR, apenas o parâmetro da CQO excede o valor, contudo o valor obtido permite diminuir os custos associados a um tratamento posterior para remoção da CQO remanescente no efluente residual tratado.

BIiossensor Enzimático para avaliação da Capacidade Antioxidente

Os radicais livres formam-se naturalmente nos organismos vivos, pois a sua produção/geração está interligada com o processo de produção de energia (respiração), processos inflamatórios (fagocitose), regulação do crescimento celular, sinalização intercelular e síntese de substâncias biológicas relevantes. Estes também podem ser introduzidos por vias exógenas (poluição, radiação, tabaco, alimentação, etc). Os radicais livres têm capacidade de reagir com o material nucleico (ADN e ARN), proteínas e substâncias oxidáveis, causando danos oxidativos responsáveis pelo envelhecimento e originar doenças degenerativas, tais como, o cancro, arteriosclerose, artrite reumatoide, entre outras. De forma a combater os efeitos pejorativos provocados pelos radicais, os organismos vivos desenvolveram complexos sistemas de defesa antioxidante. Estes sistemas são constituídos por antioxidantes endógenos, produzidos pelos seres vivos, tais como enzimas ou por antioxidantes exógenos obtidos por via da alimentação (por exemplo o ácido ascórbico). Neste sentido, um antioxidante tem capacidade de eliminar ou reduzir a propagação da cadeia de geração de radicais livres. Neste trabalho foi desenvolvido um biossensor enzimático para a quantificação da capacidade antioxidante total de matrizes alimentares. A construção deste biossensor consistiu na eletroimobilização da adenina no elétrodo de pasta de carbono (EPC) ou na adsorção física da dA20 na superfície do EPC. O dano oxidativo foi induzido pelo radical hidroxilo gerado pela reação de Fenton. Nesta dissertação, foi estudada a capacidade de alguns antioxidantes em eliminar o efeito pejorativo dos radicais livres e combater a integridade das bases de adenina ou do dA20.Os antioxidantes estudados foram o ácido ascórbico e alguns ácidos fenólicos como o ácido hidroxibenzoico (ácido gálico) e ácidos hidroxicinâmicos (ácido cafeico e ácido cumárico). Estes antioxidantes têm a capacidade de neutralizar o radical hidroxilo e proteger a adenina/dA20 imobilizado na superfície do EPC. O comportamento da Lacase foi estudado na presença do ácido gálico e do ácido ascórbico. Os estudos eletroquímicos foram realizados através da voltametria de onda quadrada (VOQ), sendo que a interação entre a adenina/ou o dA20 imobilizada na superfície do EPC e os radicais livres na ausência e presença de antioxidantes foi avaliada por meio de mudanças no pico anódico produzido pela oxidação da adenina /dA20. Os resultados demonstraram que estes biossensores permitem a avaliação da capacidade antioxidante total em águas aromatizadas.

O processo de Bolonha e a inevitável mudança na área da Ciência da Informação

São descritos os princípios fundamentais da Declaração de Bolonha e algumas alterações que ela pressupõe. Evoca-se a história da formação dita BAD, em Portugal, destacando-se o aparecimento das primeiras licenciaturas nacionais, dentre as quais a de Ciências e Tecnologias da Documentação e Informação (CTDI) da Escola Superior de Estudos Industriais e de Gestão do Instituto Politécnico do Porto, demonstrando-se o modo como foi feita a adequação da referida licenciatura de CTDI, ao abrigo de Bolonha, e sublinhando-se, no novo modelo de ensinoaprendizagem, o protagonismo, a autonomia e a responsabilização dos alunos. Caracteriza-se a actual licenciatura multidisciplinar, de banda larga, referindo-se as competências que um licenciado deve adquirir, tendo em conta a necessidade do surgimento de um novo perfil para os actuais Profissionais da Informação.

Developing an aquaponics system to learn sustainability and social compromise skills

The goal of this project, one of the proposals of the EPS@ISEP Spring 2014, was to develop an Aquaponics System. Over recent years Aquaponics systems have received increased attention since they contribute to reduce the strain on resources within 1st and 3rd world countries. Aquaponics is the combination of Hydroponics and Aquaculture, mimicking a natural environment in order to successfully apply and enhance the understanding of natural cycles within an indoor process. Using this knowledge of natural cycles, it was possible to create a system with capabilities similar to that of a natural environment with the support of electronics, enhancing the overall efficiency of the system. The multinational team involved in the development of this system was composed of five students from five countries and fields of study. This paper describes their solution, including the overall design, the technology involved and the benefits it can bring to the current market. The team was able to design and render the Computer Aided Design (CAD) drawings of the prototype, assemble all components, successfully test the electronics and comply with the budget. Furthermore, the designed solution was supported by a product sustainability study and included a specific marketing plan. Last but not least, the students enrolled in this project obtained new multidisciplinary knowledge and increased their team work and cross-cultural communication skills.

Learning sustainability by developing a solar dryer for microalgae retrieval

The development of nations depends on energy consumption, which is generally based on fossil fuels. This dependency produces irreversible and dramatic effects on the environment, e.g. large greenhouse gas emissions, which in turn cause global warming and climate changes, responsible for the rise of the sea level, floods, and other extreme weather events. Transportation is one of the main uses of energy, and its excessive fossil fuel dependency is driving the search for alternative and sustainable sources of energy such as microalgae, from which biodiesel, among other useful compounds, can be obtained. The process includes harvesting and drying, two energy consuming steps, which are, therefore, expensive and unsustainable. The goal of this EPS@ISEP Spring 2013 project was to develop a solar microalgae dryer for the microalgae laboratory of ISEP. A multinational team of five students from distinct fields of study was responsible for designing and building the solar microalgae dryer prototype. The prototype includes a control system to ensure that the microalgae are not destroyed during the drying process. The solar microalgae dryer works as a distiller, extracting the excess water from the microalgae suspension. This paper details the design steps, the building technologies, the ethical and sustainable concerns and compares the prototype with existing solutions. The proposed sustainable microalgae drying process is competitive as far as energy usage is concerned. Finally, the project contributed to increase the deontological ethics, social compromise skills and sustainable development awareness of the students.

Feeding sources and trypanosome infection index of Rhodnius pallescens in a Chagas disease endemic area of Amador County, Panama

The sylvatic triatomine Rhodnius pallescens is considered to be the most important and widespread vector of Trypanosoma cruzi and Trypanosoma rangeli in Panama. However, its behavior and biological characteristics have only been partially investigated. Thus, to achieve sustainable and efficient control over Chagas disease in Panama, a better understanding of the ecology and biology of R. pallescens is essential. In this study we evaluated R. pallescens host feeding sources using a dot-blot assay, and the trypanosome infection index by PCR analysis in a Chagas disease endemic area of central Panama. It was found that in peridomestic palm trees, 20.3% of the examined bugs had fed on opossums (Didelphis marsupialis). However, we observed an increased anthropophagy (25.4%) for those bugs collected inside houses. Considering the domestic and peridomestic habitats as a whole, the proportion of collected R. pallescens infected with trypanosomes was 87.4%. In the two habitats the predominant infection was with T. cruzi (80-90%). Between 47-51% of the analyzed triatomines were infected with T. rangeli. Mixed infections (40-51%) were also detected. These findings provide a better basis for the implementation of a rational control and surveillance program for Chagas disease in regions where R. pallescens is endemic.

Sustainability Improvement of a composite materials’ industry through recycling and re-engineering process approaches

Recent Advances in Mechanics and Materials in Design

The characteristic time of glucose diffusion measured for muscle tissue at optical clearing

The study of agent diffusion in biological tissues is very important to understand and characterize the optical clearing effects and mechanisms involved: tissue dehydration and refractive index matching. From measurements made to study the optical clearing, it is obvious that light scattering is reduced and that the optical properties of the tissue are controlled in the process. On the other hand, optical measurements do not allow direct determination of the diffusion properties of the agent in the tissue and some calculations are necessary to estimate those properties. This fact is imposed by the occurrence of two fluxes at optical clearing: water typically directed out of and agent directed into the tissue. When the water content in the immersion solution is approximately the same as the free water content of the tissue, a balance is established for water and the agent flux dominates. To prove this concept experimentally, we have measured the collimated transmittance of skeletal muscle samples under treatment with aqueous solutions containing different concentrations of glucose. After estimating the mean diffusion time values for each of the treatments we have represented those values as a function of glucose concentration in solution. Such a representation presents a maximum diffusion time for a water content in solution equal to the tissue free water content. Such a maximum represents the real diffusion time of glucose in the muscle and with this value we could calculate the corresponding diffusion coefficient.