Research on wide-bandgap intermediate band solar cells and development of experimental techniques for their characterization

El trabajo que ha dado lugar a esta Tesis Doctoral se enmarca en la invesitagación en células solares de banda intermedia (IBSCs, por sus siglas en inglés). Se trata de un nuevo concepto de célula solar que ofrece la posibilidad de alcanzar altas eficiencias de conversión fotovoltaica. Hasta ahora, se han demostrado de manera experimental los fundamentos de operación de las IBSCs; sin embargo, esto tan sólo has sido posible en condicines de baja temperatura. El concepto de banda intermedia (IB, por sus siglas en inglés) exige que haya desacoplamiento térmico entre la IB y las bandas de valencia y conducción (VB and CB, respectivamente, por sus siglas en inglés). Los materiales de IB actuales presentan un acoplamiento térmico demasiado fuerte entre la IB y una de las otras dos bandas, lo cual impide el correcto funcionamiento de las IBSCs a temperatura ambiente. En el caso particular de las IBSCs fabricadas con puntos cuánticos (QDs, por sus siglas en inglés) de InAs/GaAs - a día de hoy, la tecnología de IBSC más estudiada - , se produce un rápido intercambio de portadores entre la IB y la CB, por dos motivos: (1) una banda prohibida estrecha (< 0.2 eV) entre la IB y la CB, E^, y (2) la existencia de niveles electrónicos entre ellas. El motivo (1) implica, a su vez, que la máxima eficiencia alcanzable en estos dispositivos es inferior al límite teórico de la IBSC ideal, en la cual E^ = 0.71 eV. En este contexto, nuestro trabajo se centra en el estudio de IBSCs de alto gap (o banda prohibida) fabricadsas con QDs, o lo que es lo mismo, QD-IBSCs de alto gap. Hemos fabricado e investigado experimentalmente los primeros prototipos de QD-IBSC en los que se utiliza AlGaAs o InGaP para albergar QDs de InAs. En ellos demostramos une distribución de gaps mejorada con respecto al caso de InAs/GaAs. En concreto, hemos medido valores de E^ mayores que 0.4 eV. En los prototipos de InAs/AlGaAs, este incremento de E^ viene acompaado de un incremento, en más de 100 meV, de la energía de activación del escape térmico. Además, nuestros dispositivos de InAs/AlGaAs demuestran conversión a la alza de tensión; es decir, la producción de una tensión de circuito abierto mayor que la energía de los fotones (dividida por la carga del electrón) de un haz monocromático incidente, así como la preservación del voltaje a temperaura ambiente bajo iluminación de luz blanca concentrada. Asimismo, analizamos el potencial para detección infrarroja de los materiales de IB. Presentamos un nuevo concepto de fotodetector de infrarrojos, basado en la IB, que hemos llamado: fotodetector de infrarrojos activado ópticamente (OTIP, por sus siglas en inglés). Nuestro novedoso dispositivo se basa en un nuevo pricipio físico que permite que la detección de luz infrarroja sea conmutable (ON y OFF) mediante iluminación externa. Hemos fabricado un OTIP basado en QDs de InAs/AlGaAs con el que demostramos fotodetección, bajo incidencia normal, en el rango 2-6/xm, activada ópticamente por un diodoe emisor de luz de 590 nm. El estudio teórico del mecanismo de detección asistido por la IB en el OTIP nos lleva a poner en cuestión la asunción de quasi-niveles de Fermi planos en la zona de carga del espacio de una célula solar. Apoyados por simuaciones a nivel de dispositivo, demostramos y explicamos por qué esta asunción no es válida en condiciones de corto-circuito e iluminación. También llevamos a cabo estudios experimentales en QD-IBSCs de InAs/AlGaAs con la finalidad de ampliar el conocimiento sobre algunos aspectos de estos dispositivos que no han sido tratados aun. En particular, analizamos el impacto que tiene el uso de capas de disminución de campo (FDLs, por sus siglas en inglés), demostrando su eficiencia para evitar el escape por túnel de portadores desde el QD al material anfitrión. Analizamos la relación existente entre el escape por túnel y la preservación del voltaje, y proponemos las medidas de eficiencia cuántica en función de la tensión como una herramienta útil para evaluar la limitación del voltaje relacionada con el túnel en QD-IBSCs. Además, realizamos medidas de luminiscencia en función de la temperatura en muestras de InAs/GaAs y verificamos que los resltados obtenidos están en coherencia con la separación de los quasi-niveles de Fermi de la IB y la CB a baja temperatura. Con objeto de contribuir a la capacidad de fabricación y caracterización del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM), hemos participado en la instalación y puesta en marcha de un reactor de epitaxia de haz molecular (MBE, por sus siglas en inglés) y el desarrollo de un equipo de caracterización de foto y electroluminiscencia. Utilizando dicho reactor MBE, hemos crecido, y posteriormente caracterizado, la primera QD-IBSC enteramente fabricada en el IES-UPM. ABSTRACT The constituent work of this Thesis is framed in the research on intermediate band solar cells (IBSCs). This concept offers the possibility of achieving devices with high photovoltaic-conversion efficiency. Up to now, the fundamentals of operation of IBSCs have been demonstrated experimentally; however, this has only been possible at low temperatures. The intermediate band (IB) concept demands thermal decoupling between the IB and the valence and conduction bands. Stateof- the-art IB materials exhibit a too strong thermal coupling between the IB and one of the other two bands, which prevents the proper operation of IBSCs at room temperature. In the particular case of InAs/GaAs quantum-dot (QD) IBSCs - as of today, the most widely studied IBSC technology - , there exist fast thermal carrier exchange between the IB and the conduction band (CB), for two reasons: (1) a narrow (< 0.2 eV) energy gap between the IB and the CB, EL, and (2) the existence of multiple electronic levels between them. Reason (1) also implies that maximum achievable efficiency is below the theoretical limit for the ideal IBSC, in which EL = 0.71 eV. In this context, our work focuses on the study of wide-bandgap QD-IBSCs. We have fabricated and experimentally investigated the first QD-IBSC prototypes in which AlGaAs or InGaP is the host material for the InAs QDs. We demonstrate an improved bandgap distribution, compared to the InAs/GaAs case, in our wide-bandgap devices. In particular, we have measured values of EL higher than 0.4 eV. In the case of the AlGaAs prototypes, the increase in EL comes with an increase of more than 100 meV of the activation energy of the thermal carrier escape. In addition, in our InAs/AlGaAs devices, we demonstrate voltage up-conversion; i. e., the production of an open-circuit voltage larger than the photon energy (divided by the electron charge) of the incident monochromatic beam, and the achievement of voltage preservation at room temperature under concentrated white-light illumination. We also analyze the potential of an IB material for infrared detection. We present a IB-based new concept of infrared photodetector that we have called the optically triggered infrared photodetector (OTIP). Our novel device is based on a new physical principle that allows the detection of infrared light to be switched ON and OFF by means of an external light. We have fabricated an OTIP based on InAs/AlGaAs QDs with which we demonstrate normal incidence photodetection in the 2-6 /xm range optically triggered by a 590 nm light-emitting diode. The theoretical study of the IB-assisted detection mechanism in the OTIP leads us to questioning the assumption of flat quasi-Fermi levels in the space-charge region of a solar cell. Based on device simulations, we prove and explain why this assumption is not valid under short-circuit and illumination conditions. We perform new experimental studies on InAs/GaAs QD-IBSC prototypes in order to gain knowledge on yet unexplored aspects of the performance of these devices. Specifically, we analyze the impact of the use of field-damping layers, and demonstrate this technique to be efficient for avoiding tunnel carrier escape from the QDs to the host material. We analyze the relationship between tunnel escape and voltage preservation, and propose voltage-dependent quantum efficiency measurements as an useful technique for assessing the tunneling-related limitation to the voltage preservation of QD-IBSC prototypes. Moreover, we perform temperature-dependent luminescence studies on InAs/GaAs samples and verify that the results are consistent with a split of the quasi-Fermi levels for the CB and the IB at low temperature. In order to contribute to the fabrication and characterization capabilities of the Solar Energy Institute of the Universidad Polite´cnica de Madrid (IES-UPM), we have participated in the installation and start-up of an molecular beam epitaxy (MBE) reactor and the development of a photo and electroluminescence characterization set-up. Using the MBE reactor, we have manufactured and characterized the first QD-IBSC fully fabricated at the IES-UPM.

Diseño de sistema de orientación automática para energía solar

El sistema energético mundial actual es insostenible a largo plazo debido a la fuerte presencia de los combustibles fósiles. Es por ello que se está llevando a cabo gradualmente un proceso de cambio de modelo energético, teniendo como base la incorporación de las energías renovables. Dentro de este tipo de energías la energía solar, tanto fotovoltaica como de concentración, es una de las tecnologías con más crecimiento y potencial en el futuro. Las mejoras en materiales y dispositivos en energía solar permiten la reducción de costes y la mejora de la eficiencia causando un aumento en la competitividad de esta tecnología. El objetivo de este proyecto es el de diseñar y construir un sistema de orientación solar electrónico. Para ello será necesario la utilización de sensores de luminosidad, un controlador y un motor eléctrico. El sistema detectará el punto de mayor intensidad lumínica y orientará la superficie de una placa hacia este punto. El proyecto se desarrollará empleando la plataforma Arduino, una serie de micro procesadores de libre acceso destinados al uso en aplicaciones de electrónica general en el ámbito educativo y de bajo coste. Todo el sistema estará dirigido por un programa que controlará las lecturas de luz y el movimiento del motor.

Efeitos da Imunocastração e de agonistas beta-adrenérgicos sobre a qualidade da carne de bovinos

Os agonistas beta-adrenérgicos (βAA) são conhecidos por aumentar a hipertrofia muscular e lipólise, neste caso uma maneira de se reduzir o efeito da lipólise seria a imunocastração. Dessa forma, o objetivo deste projeto foi avaliar o efeito dos βAA e da imunocastração sobre a qualidade da carne de bovinos Nelore. Foram utilizados noventa e seis bovinos Nelore, sendo que metade dos animais (n=48) receberam uma dose da vacina de imunocastração, e após 30 dias receberam a segunda dose. A outra metade dos animais (n=48) não recebeu nenhuma dose da vacina. Durante 70 dias os animais foram alimentados com uma dieta padrão composta de 24% volumoso e 76% de concentrado. Após 70 dias de confinamento os animais foram divididos em três grupos, dentro de bloco (peso inicial) e condição sexual e foram alimentados por 30 dias, com umas das seguintes dietas: CON - dieta padrão utilizada na fase anterior, sem a adição de βAA; ZIL - dieta padrão acrescida de 80 mg/dia Cloridrato de Zilpaterol; RAC - dieta padrão acrescida de 300 mg/dia Cloridrato de Ractopamina. Ao final desse período os animais foram abatidos e colhidas amostras do músculo Longissimus dorsi para as avaliações de qualidade de carne, lipídeos totais, perfil de ácidos graxos, análise sensorial do consumidor, perfil morfométrico muscular, expressão dos genes calpaína e calpastatina, comprimento de sarcômero. Para a maioria das características avaliadas não foram observadas interações entre os tratamentos. Ao avaliar o efeito da condição sexual, os animais imunocastrados apresentaram maiores intensidades de cor L, a e b, lipídios totais, ácidos oleico, palmítico e total de monoinsaturados e maior frequência para as fibras oxidativas (FO) e glicolíticas (FG) em relação aos não-castrados. Contudo, os animais não-castrados tiveram uma tendência a apresentarem uma carne mais macia na análise sensorial e obtiveram maior frequência das fibras oxidativasglicolíticas (FOG) em relação aos imunocastrados. Quanto ao efeito dos βAA, o grupo ZIL apresentaram uma carne menos macia na força de cisalhamento, maiores concentrações de ácidos heptadecanoico, linoleico, araquidonico ácido C20:3 N6C8C11C14, ômega 6, maior frequência para as FO e menor para FG em comparação ao grupo RAC e CON. No entanto, os animais do grupo CON e ZIL apresentaram maior área para as FO em comparação ao grupo RAC, enquanto que para as FOG, os animais do grupo CON tiveram maior área do que os animais do grupo RAC e ZIL. Na análise sensorial, os grupos RAC e ZIL receberam menores notas para os atributos textura e qualidade global em relação ao CON. Não foi observado efeito da condição sexual e dos βAA sobre a expressão dos genes e comprimento de sarcômero. Conclui-se que a condição sexual e a suplementação com os βAA podem alterar a qualidade da carne, perfil de ácidos graxos e morfométrico muscular, sem, contudo, alterar a expressão dos genes e do comprimento de sarcômero.

Nova técnica de julgamento de casos repetitivos à luz do novo Código de Processo Civil: o incidente de resolução de demandas repetitivas

A presente Tese analisa o incidente de resolução de demandas repetitivas. Trata-se de uma nova técnica de julgamento dos denominados processos de massa, instituída pelo Novo Código de Processo Civil. Inicialmente, procurou-se demonstrar o caminho trilhado pelo legislador brasileiro, por meio de sucessivas reformas ao Código de Processo Civil, no sentido de valorizar e tornar estável os precedentes dos Tribunais, em especial das Cortes de Superposição, chegando-se ao ápice de modificar, inclusive, a Constituição do Brasil, para esse fim. Também foi destacada a importância da uniformização de jurisprudência, que de certa maneira precedeu o novel instituto. Na sequência, apontou-se alguns aspectos relevantes, de ordem processual, do incidente, bem como os seus pressupostos de cabimento. Avaliou-se, ainda, um dos mais importantes efeitos que decorrem da admissibilidade do incidente de resolução de demandas repetitivas, no sentido de suspender os demais processos que veiculem idêntica tese jurídica e, também, como se defendeu ao longo do estudo, que guardem similitude de ordem fática. Ademais, especificou-se o procedimento de julgamento, fulcrado, principalmente, em uma notável ampliação do contraditório, que dá margem, inclusive, a que o acórdão prolatado nessa sede possa ser impugnado, via recurso especial e/ou extraordinário. Por fim, encerra-se com a análise do precedente resultante do incidente de resolução de demandas repetitivas. Explicita-se os seus efeitos, inclusive com a possibilidade de aplicação para o futuro, tendo em vista a objetivação do julgamento, voltado à definição de uma tese jurídica. No entanto, e aqui está a Tese defendida, a questão jurídica, ainda que julgada de modo abstrato, justamente para produzir efeitos mais amplos (aqui denominados expansivos), deve estar necessariamente atrelada às questões de fato que a envolvem.

Efeitos da mecanização agrícola da cultura da cana-de-açúcar nos processos erosivos: dimensionamento de terraços com base na Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS)

A cultura da cana-de-açúcar é a segunda maior movimentação econômica na cadeia do agronegócio no Brasil. Gera riquezas através da fabricação de açúcar, etanol e cogeração de energia elétrica, além de outros subprodutos. Considerada fonte de energia renovável, a cana-de- açúcar a princípio tinha sua imagem associada a impactos negativos principalmente devido as queimadas realizadas nas lavouras para colheita manual. Nos últimos anos, baseado em decretos e no Protocolo Agro-ambiental, essa prática vem sendo abolida. Para se manter e até mesmo aumentar o rendimento das colhedoras nos canaviais, os gestores têm adotado práticas para reduzir os terraços agrícolas, com impacto nos sistemas de conservação de solos. Assim, este trabalho teve como objetivo identificar os impactos ambientais provocados pela mecanização agrícola decorrente do mau manejo e dimensionamento dos mecanismos de conservação do solo. Neste estudo também se realizou uma análise à Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS), como ferramenta para o dimensionamento de terraços agrícolas. O estudo foi realizado em uma microbacia hidrográfica, denominada Ribeirão da Bocaina, localizada na UGRHI-13 (Tietê - Jacaré). Foi possível identificar a variabilidade amostral do solo para o dimensionamento conservacionista, gerando curvas de nível com Desníveis Verticais (D.V) desuniformes, contrariando a sistemática atual de terraços que respeita cotas múltiplas ou mesmo dimensionamentos empiristas, segundo o conhecimento local e o histórico recente da área. Algumas sugestões também foram feitas afim de torná-la uma ferramenta ainda mais eficiente, considerando condições particulares à cultura da cana-de-açúcar, tais como a influência da palhada, sulcos de plantio e diversos tipos de terraços como meios de controle à erosão. A metodologia foi satisfatória, no que tange a compreensão pelos meios de correlação entre as práticas conservacionistas e modelos de predição de perda de solo, trazendo luz à ciência na interpretação das ferramentas existentes e as lacunas a serem preenchidas.

Gaseificação de microalgas: estudo termogravimétrico e modelagem matemática do processo em reator solar.

Devido ao esgotamento de recursos não renováveis e o aumento das preocupações sobre as alterações climáticas, a produção de combustível renovável a partir de microalgas continua a atrair muita a atenção devido ao seu potencial para taxas rápidas de crescimento, alto teor de óleo, capacidade de crescer em cenários não convencionais e a neutralidade de carbono, além de eliminar a preocupação da disputa com as culturas alimentares. Em virtude disso, torna-se importante o desenvolvimento de um processo de conversão das microalgas em gás combustível, em destaque o gás de síntese. Visando essa importância, estudou-se a reação de gaseificação da microalga Chlorella vulgaris através de experimentos de análise termogravimétrica para estimar os parâmetros cinéticos das reações e através da simulação de um modelo matemático dinâmico termoquímico do processo usando equações de conservação de massa e energia acoplados a cinética de reação. Análises termogravimétricas isotérmicas e dinâmicas foram realizadas usando dois diferentes tipos de modelos cinéticos: isoconversionais e reações paralelas independentes (RPI). Em ambos os modelos, os valores dos parâmetros cinéticos estimados apresentaram bons ajustes e permaneceram dentro daqueles encontrados na literatura. Também foram analisados os efeitos dos parâmetros cinéticos do modelo RPI sobre a conversão da microalga no intuito de observar quais mais se pronunciavam diante a variação de valores. Na etapa de simulação do sistema controlado pelo reator solar, o modelo matemático desenvolvido foi validado por meio da comparação dos valores de temperatura e concentrações de produtos obtidos medidos experimentalmente pela literatura, apresentando boa aproximação nos valores e viabilizando, juntamente com a etapa experimental de termogravimetria, a produção de gás de síntese através da gaseificação da microalga Chlorella vulgaris.

O ensino superior das artes visuais na União Europeia à luz do Processo de Bolonha

No presente artigo procurar-se-á, depois de uma breve abordagem sobre a concretização do Processo de Bolonha, nos países da união europeia, compreender em que fase se encontra a adequação dos cursos de Artes Visuais e em que medida têm sido acolhidas as orientações emanadas das diferentes conferências de ministros que tutelam o ensino superior, quanto à estrutura de graus, à duração dos ciclos, à implementação do sistema de garantia da qualidade, entre outros aspectos. Advirta-se, contudo, que para efeitos da presente caracterização apenas se consideraram as instituições de ensino superior com sítios disponíveis na internet, tendo sido efectuada a recolha de dados durante o ano de 2008 e o primeiro trimestre de 2009. O levantamento das instituições foi feito junto das associações internacionais, consideradas interlocutoras credíveis como a ELIA (The European League of Institutes of ARTS) e a Cumulus Association Of Universities and Colleges of Art, Design and Media. Em Portugal, esse levantamento foi feito junto da Direcção Geral do Ensino Superior e em Espanha junto da ANECA (Agencia Nacional de Evaluacion de la Calidad Y Acreditacion).

Vantagem competitiva no mercado de geração distribuída de energia solar fotovoltaica

O mercado de geração distribuída de energia solar fotovoltaica apresenta-se em estágio inicial de desenvolvimento no Brasil. A recente conjuntura regulatória, entretanto, aponta para a mudança deste cenário: as últimas revisões da regulação aplicável trouxeram aumento na viabilidade econômica de projetos no setor. Isto, somado à presença abundante de recurso solar no Brasil e ao presente estágio de desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica indicam um possível crescimento da penetração da fonte no país nos próximos anos. Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo analisar quais recursos e capacidades a empresa Axis Renováveis deve possuir para alcançar uma posição de vantagem competitiva, à luz do RBT. A empresa selecionada para a condução do estudo de caso único é uma start-up atuante no setor. Espera-se que, ao final do trabalho, as conclusões tenham implicação direta na estratégia da empresa e possam servir como ponto de partida para outras empresas do setor.

O Centro de Referência da Assistência Social e a Psicanálise: efeitos de uma escuta singularizada

This paper emerged from an experience of 18 months in the CRAS – Reference Center for Social Assistance – which aroused a question about the listening of the singularity in the professional practice of Psi in the context of social assistance. The literature review revealed, on the one hand, a series of studies that aim to a discussion about of the process of professional integration of psychologists in the field of social welfare, proposing and / or analyzing practices directed towards the psychosocial assistance directed to the group and for the assurance of rights, forming citizen subjects. On the other hand, supported by a psychoanalytic perspective, we found studies that point to the importance of the singularity listening considering the subjectivity and symbolic resources of those who seek help in Basic Assistance Service. In this perspective, we aim to analyze, in a posteriori, the effects of offering a singularized listening in the context of CRAS and discuss its implications for the Psi professional practice in social institution. This is a theoretical and clinical research, based on Freudian and Lacanian psychoanalysis, in which two cases, placed as investigation boosters, are analyzed in the light of the concept of the subject. We conclude that a singularized listening allowed a significant sliding and the consequent repositioning of the subject, in each case, front to their suffering. The effects collected allowed us to affirm the importance of a singular listening in the treatment of the demands that appear within the institutional framework

O ciclo indiano de Marguerite Duras à luz da comparação diferencial: a reconfiguração de um personagem

La présente recherche a pour objectif analyser la reconfiguration d'un personnage dans deux romans et dans un texte dramatique de l’écrivaine française Marguerite Duras, qui font partie du Cicle indien. Ils sont : Le Ravissement de Lol V. Stein (1964), Le vice-consul (1965) e India Song (1975). Adoptant la perspective de la Comparaison Différentielle comme approche littéraire, proposée par Ute Heidmann (2008, 2010, 2012), professeur-docteur de l'Université de Lausanne (Suisse), ce travail cherche étudier le personnage Anne-Marie Stretter présent dans ces trois œuvres. On cherche comprendre de quelle manière se produit la réécriture du personnage à partir de trois axes d'analyse : les modalités de l'énonciation, en considérant l'analyse et la comparaison de l'œuvre littéraire comme un événement énonciatif, partant du concept de la scène d'énonciation, proposé par Dominique Maingueneau (2010) ; les modalités d'inscription générique, étroitement liées aux modalités énonciatives, avec un fondement théorique en Todorov (1980) et Heidmann (2012) ; et les modalités de dialogisme intertextuel et interdiscursif, considérant dans la relation dialogique des nouveaux et différentes propositions de sens. Para la compréhension de cela nous partons de Bakhtine (2010), Kristeva (1974), Todorov (1981) et de l'idée de dialogisme et intertextualité, pour arriver à l'idée d'interdiscours proposée par Heidmann (2010, 2012). À partir de cette étude, nous pouvons observer dans l'œuvre d'un même auteur différentes manières de construction d'un personnage, chacun avec ses spécificités et complexités, variant dans le genre et espaces discursifs. L'intérêt de la comparaison différentielle dans cette étude, partant d'un trait commun entre les trois œuvres, est de rendre visible les différences épistémologiques et les nouvelles propositions de sens.

Efeitos do freio magnético sobre a distribuição da rotação estelar

The pioneering work proposed by Skumanich (1972) has shown that the projected mean rotational velocity < v sini > for solar type stars follows a rotation law decreases with the time given by t −1/2 , where t is the stellar age. This relationship is consistent with the theories of the angular momentum loss through the ionized stellar wind, which in turn is coupled to the star through its magnetic field. Several authors (e.g.: Silva et al. 2013 and de Freitas et al. 2014) have analyzed the possible matches between the rotational decay and the profile of the velocity distribution. These authors came to a simple heuristic relationship, but did not build a direct path between the exponent of the rotational decay (j) and the exponent of the distribution of the rotational velocity (q). The whole theoretical scenario has been proposed using an efficient and strong statistical mechanics well known as non-extensive statistical mechanics. The present dissertation proposes effectively to close this issue by elaborating a theoretical way to modify the q-Maxwellians’ distributions into q-Maxwellians with physics links extracted from the theory of magnetic braking. In order to test our distributions we have used the GenevaCapenhagen Survey data with approximately 6000 F and G field stars limited by age. As a result, we obtained that the exponents of the decay law and distribution follow a similar relationship to that proposed by Silva et al. (2013).

Modelagem dos efeitos da irradiação luminosa no cérebro de camundongos e rastreamento de neurônios durante experimentos de microscopia de fluorescência

The fluorescent proteins are an essential tool in many fields of biology, since they allow us to watch the development of structures and dynamic processes of cells in living tissue, with the aid of fluorescence microscopy. Optogenectics is another technique that is currently widely used in Neuroscience. In general, this technique allows to activate/deactivate neurons with the radiation of certain wavelengths on the cells that have ion channels sensitive to light, at the same time that can be used with fluorescent proteins. This dissertation has two main objectives. Initially, we study the interaction of light radiation and mice brain tissue to be applied in optogenetic experiments. In this step, we model absorption and scattering effects using mice brain tissue characteristics and Kubelka-Munk theory, for specific wavelengths, as a function of light penetration depth (distance) within the tissue. Furthermore, we model temperature variations using the finite element method to solve Pennes’ bioheat equation, with the aid of COMSOL Multiphysics Modeling Software 4.4, where we simulate protocols of light stimulation tipically used in optogenetics. Subsequently, we develop some computational algorithms to reduce the exposure of neuron cells to the light radiation necessary for the visualization of their emitted fluorescence. At this stage, we describe the image processing techniques developed to be used in fluorescence microscopy to reduce the exposure of the brain samples to continuous light, which is responsible for fluorochrome excitation. The developed techniques are able to track, in real time, a region of interest (ROI) and replace the fluorescence emitted by the cells by a virtual mask, as a result of the overlay of the tracked ROI and the fluorescence information previously stored, preserving cell location, independently of the time exposure to fluorescent light. In summary, this dissertation intends to investigate and describe the effects of light radiation in brain tissue, within the context of Optogenetics, in addition to providing a computational tool to be used in fluorescence microscopy experiments to reduce image bleaching and photodamage due to the intense exposure of fluorescent cells to light radiation.

Aprendizagem espaço-temporal e efeitos das condições luminosas no aprendizado do peixe paulistinha

Para processar a informação ambiental e perceber o tempo, os indivíduos utilizam-se de pistas ambientais, como luz e temperatura, que servem como guias para o relógio interno. O mecanismo temporizador endógeno é chamado relógio circadiano, o qual comanda uma grande variedade de ritmos diários bioquímicos, fisiológicos e comportamentais presentes nos organismos. Com isso, os animais podem antecipar eventos espaço-temporalmente distribuídos e usar essa informação para organizar as atividades diárias, o que é uma vantagem adaptativa para os indivíduos, já que muitos fatores ambientais apresentam variação circadiana. Aprendizagem espaço-temporal (do inglês: "time-place learning’’-TPL) é a habilidade de associar lugares com importantes eventos biológicos em diferentes horas do dia. Em nosso estudo utilizamos como modelo o peixe paulistinha (Danio rerio), conhecido por ser altamente social, para testar aprendizagem espaço-temporal baseada em reforço social. Além disso, objetivamos averiguar os efeitos das condições de claro constante e escuro constante na aprendizagem espaço-temporal, e se nessas condições, a atividade do peixe paulistinha é alterada. Para isso, testamos três diferentes condições (n=10): grupo claro-escuro (CE), grupo claro constante (CC) e grupo escuro constante (EE) durante 30 dias da seguinte maneira: diariamente, um grupo de 5 peixes paulistinha foi introduzido em um recipiente localizado no compartimento da manhã (um dos lados do aquário), às 8:00h e retirado às 9:00h, e em outro recipiente do compartimento da tarde (lado oposto do aquário), às 17:00h e removido às 18:00h, servindo como estímulo para que o peixe experimental ocupasse o compartimento onde o grupo fosse colocado. O comportamento foi filmado nos dois horários, 15 minutos antes e durante os 60 minutos de exposição ao estímulo, no 15º e no 30ª dia, porém neste último, os peixes foram filmados sem a presença do estímulo a fim de averiguarmos a aprendizagem espaço-temporal. Por fim, para saber a influência das três condições luminosas na atividade dos peixes, filmamos os últimos 6 dias de teste, para registrar o padrão de atividade. Nossos resultados mostraram que em ciclo claro-escuro (CE) o peixe paulistinha apresenta TPL, bem como é capaz de antecipar a hora e local do estímulo (grupo de coespecíficos), enfatizando a importância do estímulo social para a aprendizagem. Em condições de claro constante e escuro constante, o peixe paulistinha não apresentou aprendizagem espaço-temporal. Ademais, após 30 dias em condições luminosas constantes (claro constante e escuro constante), o peixe paulistinha mantém ritmo circadiano, porém em claro constante sua atividade é aumentada e seu ritmo atividade-repouso é alterado, através de um padrão de atividade distribuída homogeneamente ao longo das 24h, ao invés de concentrada na subjetiva fase clara, como nos grupos de ciclo claro-escuro e escuro constante, os quais conservam o padrão de atividade diurno da espécie.

Qualificação de edifícios residenciais verticais em Natal/RN à luz do regulamento técnico da qualidade para o nível de eficiência energética de edificações residenciais (RTQ-R)

The goal of the research was to investigate the energy performance of residential vertical buildings envelope in the hot and humid climate of Natal, capital of Rio Grande do Norte, based in the Technical Regulation of Quality for Energy Efficiency Level in Residential Buildings (RTQ -R), launched in 2010. The study pretends to contribute to the development of design strategies appropriate to the specific local climate and the increasing of energy efficiency level of the envelope. The methodological procedures included the survey in 22 (twenty two) residential buildings, the formulation of representative prototypes based on typological and constructives characters researched and the classification of the level of energy efficiency in the envelopment of these prototypes, using as a tool the prescriptive method of the RTQ-R and the parametric analyzes from assigning different values of the following variables: shape of the pavement type; distribution of housing compartments; orientation of the building; area and shading of openings; thermal transmittance, and solar absorptance of opaque materials of the frontage in order to evaluate the influence of these on the envelopment performance. The main results accomplished with this work includes the qualification of vertical residential buildings in Natal/RN; the verification of the adequacy of these buildings to local climate based from the diagnosis of the thermal energy of the envelopment performance, the identification of variables with more significant influence on the prescriptive methodology of RTQ-R and design solutions more favorable to obtain higher levels energy efficiency by this method. Finally, it was verified, that some of these solutions proved contradictory in relation to the recommendations contained in the theoretical approaches regarding environmental comfort in hot and humid weather, which indicates the need for improvement of the prescriptive method RTQ-R and further research on efficient design solutions

Efeitos dos fatores ambientais na comunidade de macrófitas em pequenos cursos lóticos perenes subtropicais

Neste estudo foi investigado como a distribuição das espécies e a produção de biomassa de macrófitas aquáticas são influenciadas pelas condições físico-químicas do ambiente. Também foi avaliado como uma espécie com maior potencial competitivo pode interferir na diversidade de espécies da comunidade macrofítica. Para tanto, em cada um dos três arroios, foram dispostos seis transecções, perpendiculares à margem. Em cada transecção foram demarcadas três unidades amostrais de 1m², nas quais foram registrados os parâmetros fitossociológicos cobertura e frequência relativas e valor de importância. A diversidade de espécies foi estimada pelo índice de Shannon, utilizando os valores de cobertura de espécies. Para determinar a biomassa das macrófitas aquáticas foram usados quadrats de 0,25m², alocados dentro da unidade amostral de 1m² usadas para quantificar os dados fitossociológicos, nos mesmos pontos onde foi feito o levantamento de cobertura da vegetação. Utilizamos como variáveis preditoras a velocidade da corrente, radiação solar incidente, coeficiente de sombreamento, vegetação ripária arbórea adjacente, nitrogênio orgânico dissolvido, carbono orgânico dissolvido e condutividade elétrica. Foram registradas 32 espécies de macrófitas aquáticas, distribuídas em 19 famílias e 28 gêneros. Conforme Análise de Correspondência Canônica (CCA), as espécies com maiores valores de biomassa foram relacionadas a unidades amostrais com alta incidência luminosa. As unidades amostrais com dominância de Pistia stratiotes apresentaram menor diversidade de espécies indicando que esta espécie, quando encontra condições que permitam sua proliferação, pode excluir espécies de menor potencial competitivo. De acordo com GLM (Generalized Linear Model), a ausência de vegetação ripária ou presente em apenas uma das margens e baixas velocidades de corrente configura-se em condições favoráveis ao estabelecimento e desenvolvimento de macrófitas aquáticas, possibilitando produção maiores valores de biomassa.