Otimização da produção de biogás com recurso a redes neuronais artificiais

Numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), são elevados os custos não só de tratamento das águas residuais como também de manutenção dos equipamentos lá existentes, nesse sentido procura-se utilizar processos capazes de transformar os resíduos em produtos úteis. A Digestão Anaeróbia (DA) é um processo atualmente disponível capaz de contribuir para a redução da poluição ambiental e ao mesmo tempo de valorizar os subprodutos gerados. Durante o processo de DA é produzido um gás, o biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia, reduzindo assim a dependência energética da ETAR e a emissão de gases com efeito de estufa para a atmosfera. A otimização do processo de DA das lamas é essencial para o aumento da produção de biogás, mas a complexidade do processo constitui um obstáculo à sua otimização. Neste trabalho, aplicaram-se Redes Neuronais Artificiais (RNA) ao processo de DA de lamas de ETAR. RNA são modelos simplificados inspirados no funcionamento das células neuronais humanas e que adquirem conhecimento através da experiência. Quando a RNA é criada e treinada, produz valores de output aproximadamente corretos para os inputs fornecidos. Foi esse o motivo para recorrer a RNA na otimização da produção de biogás no digestor I da ETAR Norte da SIMRIA, usando o programa NeuralToolsTM da PalisadeTM para desenvolvimento das RNA. Para tal, efetuou-se uma análise e tratamento de dados referentes aos últimos quatro anos de funcionamento do digestor. Os resultados obtidos permitiram concluir que as RNA modeladas apresentam boa capacidade de generalização do processo de DA. Considera-se que este caso de estudo é promissor, fornecendo uma boa base para o desenvolvimento de modelos eventualmente mais gerais de RNA que, aplicado conjuntamente com as características de funcionamento de um digestor e o processo de DA, permitirá otimizar a produção de biogás em ETAR.

Contribuição da produção em regime especial na garantia do abastecimento de energia elétrica e o impacto no planeamento da rede

Esta dissertação apresenta um estudo sobre a garantia de fornecimento de energia elétrica por parte dos produtores em regime especial com tecnologia cogeração e o impacto que estes traduzem na fase de planeamento da rede. Este trabalho foi realizado na Energias de Portugal - Distribuição (EDP-D) na direção de planeamento da rede (DPL). Para este estudo foi utilizado o caso de uma subestação com dezoito produtores em regime especial agregados à sua rede, em que dezasseis desses produtores são cogeração. A proposta de estudo para o caso concreto, passa pela análise das condições de funcionamento da subestação e apurar se a mesma necessita de alguma reformulação, tendo em vista as cargas a satisfazer atuais e possível incremento de carga futura. Considerando que a subestação está inserida num ambiente industrial e atendendo que existem diversos produtores de energia elétrica nas imediações da subestação. Para a resolução da garantia do fornecimento de energia por parte da cogeração, estudou-se a possibilidade de prever a energia produzida por estes produtores, através dos seguintes modelos de previsão: árvore de regressão, árvore de regressão com aplicação bagging e uma rede neuronal (unidirecional). Com a implementação destes modelos pretende-se estimar qual a potência que se pode esperar na garantia de abastecimento da carga, prevenindo maior solicitação de potência por parte da subestação. A metodologia utilizada baseia-se em simulações computacionais.

Metodologias de controlo e diagnóstico de falhas com aplicação em motores de corrente contínua

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Neural mechanisms of stimulus generalization in auditory fear conditioning

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Neuroscience Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa

Previsão de avarias em transformadores de potência através da análise de ensaios físico-químicos

Os Transformadores de potência são máquinas de elevada importância ao nível dos Sistemas Elétricos de Energia (SEE) uma vez que são estas máquinas que possibilitam a interligação dos diferentes níveis de tensão da rede e a transmissão de energia elétrica em Corrente Alternada (CA). Geralmente, estas máquinas são de grandes dimensões e de elevado nível de complexidade construtiva. Caracterizam-se por possuírem períodos de vida útil bastante elevados (vinte a trinta anos) e preços elevados, o que conduz a um nível de exigência de fiabilidade muito elevada, uma vez que não e viável a existência de muitos equipamentos de reserva nos SEE. Com o objetivo de tentar maximizar o período de vida útil dos transformadores de potência e a sua fiabilidade, tenta-se, cada vez mais, implementar conceitos de manutenção preventiva a este tipo de máquinas. No entanto, a gestão da sua vida útil e extremamente complexa na medida em que, estas máquinas têm vários componentes cruciais e suscetiveis de originar falhas e, quase todos eles, encontram-se no interior de uma cuba. Desta forma, não e possível obter uma imagem do seu estado, em tempo real, sem colocar o transformador fora de serviço, algo que acarreta custos elevados. Por este motivo, desenvolveu-se uma técnica que permite obter uma indicação do estado do transformador, em tempo real, sem o retirar de serviço, colhendo amostras do óleo isolante e procedendo a sua análise físico-química e Analise Gases Dissolvidos (DGA). As análises aos óleos isolantes tem vindo a adquirir uma preponderância muito elevada no diagnóstico de falhas e na analise do estado de conservação destes equipamentos tendo-se desenvolvido regras para interpretação dos parâmetros dos óleos com carácter normativo. Considerando o conhecimento relativo a interpretação dos ensaios físico-químicos e DGA ao oleol, e possível desenvolver ferramentas capazes de otimizar essas mesmas interpretações e aplicar esse conhecimento no sentido de prever a sua evolução, assim como o surgimento de possíveis falhas em transformadores, para assim otimizar os processos de manutenção. Neste campo as Redes Neuronais Artificiais (RNAs) têm um papel fundamental

Descending pain modulation in a Kaolin-induced hydrocephalus rat model

Pain transmission at the spinal cord is modulated by descending actions that arise from supraspinal areas which collectively form the endogenous pain control system. Two key areas involved of the endogenous pain control system have a circunventricular location, namely the periaqueductal grey (PAG) and the locus coeruleus (LC). The PAG plays a crucial role in descending pain modulation as it conveys the input from higher brain centers to the spinal cord. As to the LC, it is involved in descending pain inhibition by direct noradrenergic projections to the spinal cord. In the context of neurological defects, several diseases may affect the structure and function of the brain. Hydrocephalus is a congenital or acquired disease characterized by an enlargement of the ventricles which leads to a distortion of the adjacent tissues, including the PAG and LC. Usually, patients suffering from hydrocephalus present dysfunctions in learning and memory and also motor deficits. It remains to be evaluated if lesions of the periventricular brain areas involved in pain control during hydrocephalus may affect descending pain control and, herein, affect pain responses. The studies included in the present thesis used an experimental model of hydrocephalus (the rat injected in the cisterna magna with kaolin) to study descending modulation of pain, focusing on the two circumventricular regions referred above (the PAG and the LC). In order to evaluate the effects of kaolin injection into the cisterna magna, we measured the degree of ventricular dilatation in sections encompassing the PAG by standard cytoarquitectonic stanings (thionin staining). For the LC, immunodetection of the noradrenaline-synthetizing enzyme tyrosine hydroxylase (TH) was performed, due to the noradrenergic nature of the LC neurons. In general, rats with kaolin-induced hydrocephalus presented a higher dilatation of the 4th ventricle, along with a tendency to a higher area of the PAG. Due to the validated role of detection the c-fos protooncogene as a marker of neuronal activation, we also studied neuronal activation in the several subnuclei which compose the PAG, namely the dorsomedial, dorsolateral, lateral and ventrolateral (VLPAG) parts. A decrease in the numbers of neurons immunoreactive for Fos protein (the product of activation of the c-fos protooncogene) was detected in rats injected with kaolin, whereas the remaining PAG subnuclei did not present changes in Fos-immunoreactive nuclei. Increases in the levels of TH in the LC, namely at the rostral parts of the nucleus, were detected in hydrocephalic animals. The following pain-related parameters were measured, namely 1) pain behavioural responses in a validated pain inflammatory test (the formalin test) and 2) the nociceptive activation of spinal cord neurons. A decrease in behavioral responses was detected in rats with kaolin-induced hydrocephalus was detected, namely in the second phase of the test (inflammatory phase). This is the phase of the formalin test in which the motor behaviour is less important, which is important since a semi-quantitative analysis of the motor performance of rats injected with kaolin indicates that these animals may present some motor impairments. Collectively, the results of the behavioral studies indicate that rats with kaolin-induced hydrocephalus exhibit hypoalgesia. A decrease in Fos expression was detected at the superficial dorsal layers of the spinal cord in rats with kaolin-induced hydrocephalus, further indicating that hydrocephalus decreases nociceptive responses. It remains to be ascertained if this is due to alterations in the PAG and LC in the rats with kaolin-induced hydrocephalus, which may affect descending pain modulation. It remains to be evaluated what are the mechanisms underlying the increased pain inhibition at the spinal dorsal horn in the hydrocephalus rats. Regarding the VLPAG, the decrease in neuronal activity may impair descending modulation. Since the LC has higher levels of TH in rats with kaolininduced hydrocephalus, which also appears to increase the noradrenergic innervation in the spinal dorsal horn, it is possible that an increase in the release of noradrenaline at the spinal cord accounts for pain inhibition. Our studies also determine the need to study in detail patients with hydrocephalus namely in what concerns their thresholds to pain and to perform imaging studies focused on the structure and function of pain control areas in the brain.

Juvenile Parkinson disease caused by parkin mutations: large deletions and pathogenic mechanisms

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Metabolism of primary astrocytes studied by NMR: metabolic trafficking and neuroprotection

Dissertation presented to obtain a Ph. D. degree in Biochemistry by Universidade Nova de Lisboa, Instituto de Tecnologia Química e Biológica.

Behavioral and synaptic circuit analysis in models of neuropsychiatric disorders: Dissecting the in vivo role of the postsynaptic density proteins nArgBP2 and Shank3 using genetic engineered mice

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

A Memória e o Impacto do Trauma: Numa Perspectiva Desenvolvimental

Pretende-se realizar uma revisão sobre as estruturas neuroanatómicas e os processos de neurotransmissão e de modulação neuronal envolvidos na memória. A memória é vista como um processo activo, baseado na reunião de variados aspectos dos padrões de activação neuronal, num processo dependente da experiência. Descreve-se a importância das regiões límbicas e sua inter-relação no processamento da memória, desde a codificação até à consolidação que implica uma reestruturação neuronal. Procede-se à caracterização dos tipos de memória (implícita e explícita) e suas características,a relação com as diferentes fases do desenvolvimento, tocando alguns aspectos mais descritivos de diferentes componentes da memória. Numa perspectiva contextual são também focadas as áreas da amnésia infantil, a lembrança, o esquecimento e o trauma. O esquecimento é parte essencial da memória explícita. Vários estudos apontam para um efeito de curva em U invertida, em relação com o impacto emocional. Eventos com intensidade moderada a elevada parecem ser etiquetados como importantes (envolvimento de estruturas do sistema límbico como a amígdala e o córtex orbito-frontal) e são mais facilmente recordadas no futuro. Se os eventos são muitos intensos o processamento no hipocampo da codificação memoria explícita e subsequentemente a recordação são inibidos,há também um bloqueio da consolidação cortical da experiência, porém mantém-se a memória implícita, que pode levar a vivência de imagens intrusivas não elaboradas. No que concerne ao trauma, levanta-se a questão da precisão da memória e do seu impacto, tanto ao nível das implicações neurofisiológicas como das consequências psicopatológicas. As alterações ao nível das neurotransmissões induzidas pelo stress vão condicionar alterações na mielinização, sinaptogénese e neurogénese, que podem levar a alterações a longo prazo em várias regiões do cérebro entre as quais a amígdala. Nestas condições, o processo explícito e a aprendizagem podem ser cronicamente impedidas, para além do risco importante para o desenvolvimento de psicopatologia, nomeadamente: Perturbação da Personalidade, Perturbações de Humor (depressão); Perturbações de Ansiedade; Perturbações Dissociativas e maior risco de Psicose.

Previsão do Diagrama de Carga de Subestações da REN utilizando Redes Neuronais

A presente dissertação apresenta o estudo de previsão do diagrama de carga de subestações da Rede Elétrica Nacional (REN) utilizando redes neuronais, com o intuito de verificar a viabilidade do método utilizado, em estudos futuros. Atualmente, a energia elétrica é um bem essencial e desempenha um papel fundamental, tanto a nível económico do país, como a nível de conforto e satisfação individual. Com o desenvolvimento do setor elétrico e o aumento dos produtores torna-se importante a realização da previsão de diagramas de carga, contribuindo para a eficiência das empresas. Esta dissertação tem como objetivo a utilização do modelo das redes neuronais artificiais (RNA) para criar uma rede capaz de realizar a previsão de diagramas de carga, com a finalidade de oferecer a possibilidade de redução de custos e gastos, e a melhoria de qualidade e fiabilidade. Ao longo do trabalho são utilizados dados da carga (em MW), obtidos da REN, da subestação da Prelada e dados como a temperatura, humidade, vento e luminosidade, entre outros. Os dados foram devidamente tratados com a ajuda do software Excel. Com o software MATLAB são realizados treinos com redes neuronais, através da ferramenta Neural Network Fitting Tool, com o objetivo de obter uma rede que forneça os melhores resultados e posteriormente utiliza-la na previsão de novos dados. No processo de previsão, utilizando dados reais das subestações da Prelada e Ermesinde referentes a Março de 2015, comprova-se que com a utilização de RNA é possível obter dados de previsão credíveis, apesar de não ser uma previsão exata. Deste modo, no que diz respeito à previsão de diagramas de carga, as RNA são um bom método a utilizar, uma vez que fornecem, à parte interessada, uma boa previsão do consumo e comportamento das cargas elétricas. Com a finalização deste estudo os resultados obtidos são no mínimo satisfatórios. Consegue-se alcançar através das RNA resultados próximos aos valores que eram esperados, embora não exatamente iguais devido à existência de uma margem de erro na aprendizagem da rede neuronal.

Projecto de Controladores usando Redes Neuronais

Neste documento descreve-se o projeto desenvolvido na unidade curricular de Tese e Dissertação durante o 2º ano do Mestrado de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores no ramo de Automação e Sistemas, no Departamento de Engenharia Eletrotécnica (DEE) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). O projeto escolhido teve como base o uso da tecnologia das redes neuronais para implementação em sistemas de controlo. Foi necessário primeiro realizar um estudo desta tecnologia, perceber como esta surgiu e como é estruturada. Por último, abordar alguns casos de estudo onde as redes neuronais foram aplicadas com sucesso. Relativamente à implementação, foram consideradas diferentes estruturas de controlo, e entre estas escolhidas a do sistema de controlo estabilizador e sistema de referência adaptativo. No entanto, como o objetivo deste trabalho é o estudo de desempenho quando aplicadas as redes neuronais, não se utilizam apenas estas como controlador. A análise exposta neste trabalho trata de perceber em que medida é que a introdução das redes neuronais melhora o controlo de um processo. Assim sendo, os sistemas de controlo utilizados devem conter pelo menos uma rede neuronal e um controlador PID. Os testes de desempenho são aplicados no controlo de um motor DC, sendo realizados através do recurso ao software MATLAB. As simulações efetuadas têm diferentes configurações de modo a tirar conclusões o mais gerais possível. Assim, os sistemas de controlo são simulados para dois tipos de entrada diferentes, e com ou sem a adição de ruído no sensor. Por fim, é efetuada uma análise das respostas de cada sistema implementado e calculados os índices de desempenho das mesmas.

Paralisia Facial Periférica. O Papel da Medicina Física e de Reabilitação

A paralisia facial periférica (PFP) resulta da lesão neuronal periférica do nervo facial (NF). Pode ser primária (Paralisia de Bell) ou secundária. Além do quadro clínico clássico, que tipicamente envolve os dois andares da hemiface afectada, pode apresentar-se com outros sintomas acompanhantes(ex. xeroftalmia, hiperacúsia, alteração da fonação e deglutição), que importa pesquisar. A avaliação clínica inclui a aferição rigorosa do tónus muscular e da sensibilidade do território do NF. Alguns instrumentos permitem maior objectividade na avaliação dos doentes (Sistema de House-Brackmann, Sistema de Graduação Facial, Avaliação Funcional). Há critérios claros de referenciação à especialidade de Medicina Física e de Reabilitação. O tratamento da Paralisia de Bell pode englobar a terapêutica farmacológica, a reeducação neuromuscular (RNM), os métodos físicos e a cirurgia. Dentro da RNM, sistematizam-se as várias técnicas de tratamento. As estratégias do plano terapêutico devem ser orientadas por problemas e ajustadas aos sintomas e sinais do doente. Revê-se o papel dos métodos físicos. Cerca de 15-20% dos doentes fica com sequelas permanentes após três meses de evolução. A PFP é uma condição frequentemente pluridisciplinar, importando conhecer as estratégias disponibilizadas pela Medicina de Reabilitação.

Neurotoxic activity and ultrastructural changes in muscles caused by the brown widow spider Latrodectus geometricus venom

Brown widow spider (Latrodectus geometricus) venom (BrWSV) produces few local lesions and intense systemic reactions such as cramps, harsh muscle pains, nausea, vomiting and hypertension. Approximately 16 protein bands under reducing conditions and ~ 14 bands under non-reducing conditions on a 12.5% sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis were observed. Neurotoxic clinical manifestations were confirmed in vivo, while proteolytic activity was demonstrated on gelatine film. Severe ultrastructural damages in mice skeletal muscles were observed at 3, 6, 12 and 24 h postinjection with at total of 45 µg of venom protein. Infiltration of eosinophils and ruptures of the cellular membranes were observed in the muscles along with swelling of the nuclear cover and interruption of the collagen periodicity. Altered mitochondrias and autophage vacuoles, nuclear indentation and mitochondria without cristae, slight increment of intermyofibrillar and subsarcolemic spaces and myelinic figures formation were also observed. In the capillary, endothelial membrane unfolding into the lumen was noticed; along with myelinic figures compatible with a toxic myopathy. Swollen sarcotubular systems with lysis of membrane, intense mitochondria autophagia and areas without pinocytic vesicles were observed. Swollen mitochondria surrounded by necrotic areas, myofibrillar disorganization and big vacuolas of the sarcotubular system, degenerated mitochondrium with formation of myelinic figure was seen. Glycogenosomes with small particulate, muscle type glycogen was noticed. Autophagic vacuole (autophagolysosomes) and necrotic areas were also noticed. These damages may be due to interactive effects of the multifactorial action of venom components. However, Latrodectus geometricus venom molecules may also be utilized as neuro therapeutic tools, as they affect neuronal activities with high affinity and selectivity. To our knowledge, the present study is the first ultrastructural report in the literature of muscle injuries and neurological and proteolytic activities caused by BrWSV.

Cerolipofuscinose: Estudo Ultrastrutural de 8 Casos

Os autores apresentam as principais características clínicas e descrevem os achados ultrastruturais de 8 casos de cerolipofuscinose (CLF)dos tipo infantil tardio (5 casos) e juvenil (3 casos) cujo diagnóstico clínico foi confirmado pela observação em microscopia electrónica de microbuffycoats de linfócitos do sangue periférico, e de biópsias de músculo estriado, pele, conjuntiva palpebral e mucosa rectal. A observação ultrastrutural confirmou o predomínio de agrupamentos de perfis paralelos de membranas e figuras paracristalinas nas células dos casos do tipo juvenil, e de corpos curvilineares nas células dos casos de tipo infantil tardio. Nestes dois tipos não se verificou preferência pela observação de um determinado tecido para a confirmação ultrastrutural do diagnóstico clínico. Em dois casos foram observados, nos linfócitos do sangue periférico, feixes de tubos paralelos associados no mesmo citosoma às inclusões típicas das CLF, o que pode sugerir uma relação daquelas estruturas com a alteração metabólica destas doenças. A sensibilidade e a especificidade reveladas pelo exame ultrastrutural de linfócitos do sangue periférico, e a facilidade de execução técnica, recomendam o seu uso para a confirmação do diagnóstico clínico de cerolipofuscinose.