Monte Carlo modeling and simulations of the High Definition (HD120) micro MLC and validation against measurements for a 6 MV beam

Purpose: The most recent Varian® micro multileaf collimator(MLC), the High Definition (HD120) MLC, was modeled using the BEAMNRCMonte Carlo code. This model was incorporated into a Varian medical linear accelerator, for a 6 MV beam, in static and dynamic mode. The model was validated by comparing simulated profiles with measurements. Methods: The Varian® Trilogy® (2300C/D) accelerator model was accurately implemented using the state-of-the-art Monte Carlo simulation program BEAMNRC and validated against off-axis and depth dose profiles measured using ionization chambers, by adjusting the energy and the full width at half maximum (FWHM) of the initial electron beam. The HD120 MLC was modeled by developing a new BEAMNRC component module (CM), designated HDMLC, adapting the available DYNVMLC CM and incorporating the specific characteristics of this new micro MLC. The leaf dimensions were provided by the manufacturer. The geometry was visualized by tracing particles through the CM and recording their position when a leaf boundary is crossed. The leaf material density and abutting air gap between leaves were adjusted in order to obtain a good agreement between the simulated leakage profiles and EBT2 film measurements performed in a solid water phantom. To validate the HDMLC implementation, additional MLC static patterns were also simulated and compared to additional measurements. Furthermore, the ability to simulate dynamic MLC fields was implemented in the HDMLC CM. The simulation results of these fields were compared with EBT2 film measurements performed in a solid water phantom. Results: Overall, the discrepancies, with and without MLC, between the opened field simulations and the measurements using ionization chambers in a water phantom, for the off-axis profiles are below 2% and in depth-dose profiles are below 2% after the maximum dose depth and below 4% in the build-up region. On the conditions of these simulations, this tungsten-based MLC has a density of 18.7 g cm− 3 and an overall leakage of about 1.1 ± 0.03%. The discrepancies between the film measured and simulated closed and blocked fields are below 2% and 8%, respectively. Other measurements were performed for alternated leaf patterns and the agreement is satisfactory (to within 4%). The dynamic mode for this MLC was implemented and the discrepancies between film measurements and simulations are within 4%. Conclusions: The Varian® Trilogy® (2300 C/D) linear accelerator including the HD120 MLC was successfully modeled and simulated using the Monte CarloBEAMNRC code by developing an independent CM, the HDMLC CM, either in static and dynamic modes.

Dosimetric effect by shallow air cavities in high energy electron beams

This study evaluates the dosimetric impact caused by an air cavity located at 2 mm depth from the top surface in a PMMA phantom irradiated by electron beams produced by a Siemens Primus linear accelerator. A systematic evaluation of the effect related to the cavity area and thickness as well as to the electron beam energy was performed by using Monte Carlo simulations (EGSnrc code), Pencil Beam algorithm and Gafchromic EBT2 films. A home-PMMA phantom with the same geometry as the simulated one was specifically constructed for the measurements. Our results indicate that the presence of the cavity causes an increase (up to 70%) of the dose maximum value as well as a shift forward of the position of the depthedose curve, compared to the homogeneous one. Pronounced dose discontinuities in the regions close to the lateral cavity edges are observed. The shape and magnitude of these discontinuities change with the dimension of the cavity. It is also found that the cavity effect is more pronounced (6%) for the 12 MeV electron beam and the presence of cavities with large thickness and small area introduces more significant variations (up to 70%) on the depthedose curves. Overall, the Gafchromic EBT2 film measurements were found in agreement within 3% with Monte Carlo calculations and predict well the fine details of the dosimetric change near the cavity interface. The Pencil Beam calculations underestimate the dose up to 40% compared to Monte Carlo simulations; in particular for the largest cavity thickness (2.8 cm).

Evaluation of 99mTc-Sestamibi as a potential tool to investigate PgP activity in inflammation

Introduction: In the XXI Century ’s Society the scientific investigation process has been growing steadily , and the field of the pharmaceutical research is one of the most enthusiastic and relevant . Here, it is very important to correlate observed functional alterations with possibly modified drug bio distribution patterns . Cancer, inflammation and inf ection are processes that induce many molecular intermediates like cytokines, chemokines and other chemical complexes that can alter the pharmacokinetics of many drugs. One cause of such changes is thought to be the modulator action of these complexes in t he P - Glyco p rotein activity, because they can act like inducers/inhibitors of MDR - 1 expression. This protein results from the expression of MDR - 1 gene, and acts as an ATP energy - dependent efflux pump, with their substrates including many drugs , like antiretrovirals, anticancers, anti - infectives, immunosuppressants, steroids or opioids . Objectives: Because of the lack of methods to provide helpful information in the investigation of in vivo molecular changes in Pgp activity during infection/infl ammation processes, and its value in the explanation of the altered drug pharmacokinetic, this paper want to evaluate the potential utility of 99m Tc - Sestamibi scintigraphy during this kind of health sciences investigation. Although the a im is indeed to create a technique to the in vivo study of Pgp activity, this preliminary Project only reaches the in vitro study phase, assumed as the first step in a n evaluation period for a new tool development. Materials and Methods: For that reason , we are performing in vitro studies of influx and efflux of 99m Tc - Sestamibi ( that is a substrate of Pgp) in hepatocytes cell line (HepG2). We are interested in clarify the cellular behavior of this radiopharmaceutical in Lipopolysaccharide(LPS) stimulated cells ( well known in vitro model of inflammation) to possibly approve this methodology. To validate the results, the Pgp expression will be finally evaluated using Western Blot technique. Results: Up to this moment , we still don’t have the final results, but we have already enough data to let us believe that LPS stimulation induce a downregulation of MDR - 1, and consequently Pgp, which could conduce to a prolonged retention of 99m Tc - Sestamibi in the inflamed cells . Conclusions: If and when this methodology demonstrate the promising results we expect, one will be able to con clude that Nuclear Medicine is an important tool to help evidence based research also on this specific field .

Cyclotech - contribution to solve the Technetium shortage by using low energy medical cyclotrons

This paper presents work in progress, to develop an efficient and economic way to directly produce Technetium 99metastable (99mTc) using low-energy cyclotrons. Its importance is well established and relates with the increased global trouble in delivering 99mTc to Nuclear Medicine Departments relying on this radioisotope. Since the present delivery strategy has clearly demonstrated its intrinsic limits, our group decided to follow a distinct approach that uses the broad distribution of the low energy cyclotrons and the accessibility of Molybdenum 100 (100Mo) as the Target material. This is indeed an important issue to consider, since the system here presented, named CYCLOTECH, it is not based on the use of Highly Enriched (or even Low Enriched) Uranium 235 (235U), so entirely complying with the actual international trends and directives concerning the use of this potential highly critical material. The production technique is based on the nuclear reaction 100Mo (p,2n) 99mTc whose production yields have already been documented. Until this moment two Patent requests have already been submitted (the first at the INPI, in Portugal, and the second at the USPTO, in the USA); others are being prepared for submission on a near future. The object of the CYCLOTECH system is to present 99mTc to Nuclear Medicine radiopharmacists in a routine, reliable and efficient manner that, remaining always flexible, entirely blends with established protocols. To facilitate workflow and Radiation Protection measures, it has been developed a Target Station that can be installed on most of the existing PET cyclotrons and that will tolerate up to 400 μA of beam by allowing the beam to strike the Target material at an adequately oblique angle. The Target Station permits the remote and automatic loading and discharge of the Targets from a carriage of 10 Target bodies. On other hand, several methods of Target material deposition and Target substrates are presented. The object was to create a cost effective means of depositing and intermediate the target material thickness (25 - 100μm) with a minimum of loss on a substrate that is able to easily transport the heat associated with high beam currents. Finally, the separation techniques presented are a combination of both physical and column chemistry. The object was to extract and deliver 99mTc in the identical form now in use in radiopharmacies worldwide. In addition, the Target material is recovered and can be recycled.

The adjusted effect of maternal body mass index, energy and macronutrient intakes during pregnancy, and gestational weight gain on body composition of full-term neonates

Objective - To evaluate the effect of prepregnancy body mass index (BMI), energy and macronutrient intakes during pregnancy, and gestational weight gain (GWG) on the body composition of full-term appropriate-for-gestational age neonates. Study Design - This is a cross-sectional study of a systematically recruited convenience sample of mother-infant pairs. Food intake during pregnancy was assessed by food frequency questionnaire and its nutritional value by the Food Processor Plus (ESHA Research Inc, Salem, OR). Neonatal body composition was assessed both by anthropometry and air displacement plethysmography. Explanatory models for neonatal body composition were tested by multiple linear regression analysis. Results - A total of 100 mother-infant pairs were included. Prepregnancy overweight was positively associated with offspring weight, weight/length, BMI, and fat-free mass in the whole sample; in males, it was also positively associated with midarm circumference, ponderal index, and fat mass. Higher energy intake from carbohydrate was positively associated with midarm circumference and weight/length in the whole sample. Higher GWG was positively associated with weight, length, and midarm circumference in females. Conclusion - Positive adjusted associations were found between both prepregnancy BMI and energy intake from carbohydrate and offspring body size in the whole sample. Positive adjusted associations were also found between prepregnancy overweight and adiposity in males, and between GWG and body size in females.

Previsão de vento baseado em técnicas de Data Mining

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Gestão do risco em mercados de energia eléctrica recorrendo ao VaR por simulação de Monte Carlo

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia.

Forest resources in Graciosa Island (Azores) : biomass availability for sustainable energetic use

Dissertação de Mestrado em Ambiente, Saúde e Segurança.

Avaliação energética do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa

O presente trabalho insere-se no âmbito do Mestrado de Engenharia Química, ramo Optimização Energética na Indústria Química e pretende-se efectuar a avaliação energética do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa, localizado no Concelho da Maia, tendo como principais bases os Decretos-Lei 78, 79 e 80 de 04 de Abril 2006. Uma vez que a área útil de pavimento do presente edifício é superior a 1000 m2, encontra-se englobado no conceito de Grande Edifício de Serviços (GES). A escolha do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa para a realização do presente estudo prendeu-se com o facto de ser um objectivo da Câmara Municipal, mais concretamente do Departamento de Conservação e Manutenção de Estruturas Municipais, dar inicio aos procedimentos necessários para a certificação energética dos diversos edifícios Municipais, aliado ao facto das piscinas serem um tipo de edifício desportivo de elevada complexidade em termos de gestão, um grande consumidor de energia e possuidor de uma elevada diversidade de equipamentos. O objectivo principal será o de caracterizar energeticamente o edifício e optimizar os consumos do mesmo, de forma a reduzir, não só os consumos energéticos e respectiva factura, mas também nas emissões dos gases de efeito de estufa (CO2), pelo que a ordem de trabalhos inclui a realização de: - Avaliação Energética de acordo com o n.º1 do artigo 2º e artigo 34º do D. L. 79/2006; - Verificação dos Requisitos de Condução e manutenção das instalações de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC); - Caracterização Energética do Edifício – Índice de Eficiência Energética. A metodologia seguida baseou-se na utilizada para a realização de uma auditoria energética, sendo que foram contempladas as seguintes etapas: estudo pormenorizado da legislação referente à certificação de edifícios; realização de um levantamento de consumos energéticos reais da instalação (com base nas facturas energéticas); das suas características funcionais e levantamento dos vários equipamentos consumidores de energia. O Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa é uma instalação cuja média de consumo de energia eléctrica nos últimos três anos foi de 445969 kWh/ano e de 87300 m3 de gás natural, representando um consumo global de energia primária de 174,85 tep/ano. De acordo com o Sistema de Certificação Energética o Índice de Eficiência Energética determinado é de 54,50 kgep/m2 .ano. Uma vez que o IEE determinado é superior ao valor de IEEReferência existentes, o edifício estará obrigado ao cumprimento de um Plano de Racionalização Energética (PRE). É apresentado um conjunto de medidas que visam uma redução do consumo de energia do edifício e consequentemente uma melhoria no Índice de Eficiência Energética.

As preferências dos consumidores domésticos de eletricidade na ilha Terceira

Dissertação de Mestrado, Gestão e Conservação da Natureza, 18 de Maio de 2015, Universidade dos Açores.

Análise e optimização global de uma linha de extrusão

Os objectivos principais deste estudo são a caracterização de uma das linhas de extrusão existentes na Cabelte, nomeadamente a linha de extrusão de referência EP5, composta por duas extrusoras. Pretende-se fazer a determinação de indicadores energéticos e de processo e a optimização do consumo energético, no que diz respeito à energia consumida e às perdas térmicas relativas a esta linha. Para fazer a monitorização da linha de extrusão EP5 foi colocado no quadro geral dessa linha um equipamento central de medida de forma a ser possível a sua monitorização. No entanto, para a extrusora auxiliar as medições foram efectuadas com uma pinça amperimétrica e um fasímetro. Foram também efectuados ensaios onde foi avaliada a quantidade de material transformada, para isso foi utilizado um equipamento de pesagem, doseador gravimétrico aplicado nas extrusoras. As medições de temperatura para os cálculos das perdas térmicas da extrusora principal e para a caracterização dos materiais plásticos, foram efectuadas utilizando um termómetro digital. Foram efectuados ensaios de débito às extrusoras auxiliar e principal e foi estudada a variação do factor de potência em função da rotação do fuso. Na perspectiva do utilizador final a optimização para a utilização racional de energia está na redução de encargos da factura de energia eléctrica. Essa factura não depende só da quantidade mas também do modo temporal como se utiliza essa energia, principalmente a energia eléctrica, bastante dependente do período em que é consumida. Uma metodologia diferente no planeamento da produção, contemplando o fabrico dos cabos com maior custo específico nas horas de menor custo energético, implicaria uma redução dos custos específicos de 18,7% para o horário de verão e de 20,4% para o horário de inverno. Os materiais de revestimento utilizados (PE e PVC), influenciam directamente os custos energéticos, uma vez que o polietileno (PE) apresenta sempre valores de entalpia superiores (0,317 kWh/kg e 0,281 kWh/kg)) e necessita de temperaturas de trabalho mais elevadas do que o policloreto de vinilo (PVC) (0,141 kWh/kg e 0,124 kWh/kg). O consumo específico tendencialmente diminui à medida que aumenta a rotação do fuso, até se atingir o valor de rotação óptimo, a partir do qual esta tendência se inverte. O cosφ para as duas extrusoras em estudo, aumenta sempre com o aumento de rotação do fuso. Este estudo permitiu avaliar as condições óptimas no processo de revestimento dos cabos, de forma a minimizarmos os consumos energéticos. A redução de toda a espécie de desperdícios (sobre consumos, desperdício em purgas) é uma prioridade de gestão que alia também a eficácia à eficiência, e constitui uma ferramenta fundamental para assegurar o futuro da empresa. O valor médio lido para o factor de potência (0,38) da linha EP5, valor extremamente baixo e que vem associado à energia reactiva, além do factor económico que lhe está inerente, condiciona futuras ampliações. A forma de se corrigir o factor de potência é instalando uma bateria de condensadores de 500 kVAr. Considerando o novo sistema tarifário aplicado à energia reactiva, vamos ter um ganho de 36167,4 Euro/ano e o período de retorno de investimento é de 0,37 ano (4,5 meses). Esta medida implica também uma redução anual na quantidade de CO2 emitida de 6,5%. A quantificação das perdas térmicas é importante, pois só desta forma se podem definir modos de actuação de forma a aumentar a eficiência energética. Se não existir conhecimento profundo dos processos e metodologias correctas, não podem existir soluções eficientes, logo é importante medir antes de avançar com qualquer medida de gestão.

Soluções de transporte ferroviário: simulação de marcha e de tráfego de veículos de tração diesel e elétrica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Dimensionamento de um secador em leito fluidizado para secagem de cereais

O objectivo desta tese é dimensionar um secador em leito fluidizado para secagem de cereais, nomeadamente, secagem de sementes de trigo. Inicialmente determinaram-se as condições de hidrodinâmica (velocidade de fluidização, TDH, condições mínimas de “slugging”, expansão do leito, dimensionamento do distribuidor e queda de pressão). Com as condições de hidrodinâmica definidas, foi possível estimar as dimensões físicas do secador. Neste ponto, foram realizados estudos relativamente à cinética da secagem e à própria secagem. Foi também estudado o transporte pneumático das sementes. Deste modo, determinaram-se as velocidades necessárias ao transporte pneumático e respectivas quedas de pressão. Por fim, foi realizada uma análise custos para que se soubesse o custo deste sistema de secagem. O estudo da secagem foi feito para uma temperatura de operação de 50ºC, tendo a ressalva que no limite se poderia trabalhar com 60ºC. A velocidade de operação é de 2,43 m/s, a altura do leito fixo é de 0,4 m, a qual sofre uma expansão durante a fluidização, assumindo o valor de 0,79 m. O valor do TDH obtido foi de 1,97 m, que somado à expansão do leito permite obter uma altura total da coluna de 2,76 m. A altura do leito fixo permite retirar o valor do diâmetro que é de 0,52 m. Verifica-se que a altura do leito expandido é inferior à altura mínima de “slugging” (1,20 m), no entanto, a velocidade de operação é superior à velocidade mínima de “slugging” (1,13 m/s). Como só uma das condições mínimas é cumprida, existe a possibilidade da ocorrência de “slugging”. Finalmente, foi necessário dimensionar o distribuidor, que com o diâmetro de orifício de 3 mm, valor inferior ao da partícula (3,48 mm), permite a distruibuição do fluido de secagem na coluna através dos seus 3061 orifícios. O inicio do estudo da secagem centrou-se na determinação do tempo de secagem. Além das duas temperaturas atrás referidas, foram igualmente consideradas duas humidades iniciais para os cereais (21,33% e 18,91%). Temperaturas superiores traduzem-se em tempos de secagem inferiores, paralelamente, teores de humidade inicial inferiores indicam tempos menores. Para a temperatura de 50ºC, os tempos de secagem assumiram os valores de 2,8 horas para a 21,33% de humidade e 2,7 horas para 18,91% de humidade. Foram também tidas em conta três alturas do ano para a captação do ar de secagem, Verão e Inverno representando os extremos, e a Meia- Estação. Para estes três casos, foi possível verificar que a humidade específica do ar não apresenta alterações significativas entre a entrada no secador e a corrente de saída do mesmo equipamento, do mesmo modo que a temperatura de saída pouco difere da de entrada. Este desvio de cerca de 1% para as humidades e para as temperaturas é explicado pela ausência de humidade externa nas sementes e na pouca quantidade de humidade interna. Desta forma, estes desvios de 1% permitem a utilização de uma razão de reciclagem na ordem dos 100% sem que o comportamento da secagem se altere significativamente. O uso de 100% de reciclagem permite uma poupança energética de cerca de 98% no Inverno e na Meia-Estação e de cerca de 93% no Verão. Caso não fosse realizada reciclagem, seria necessário fornecer à corrente de ar cerca de 18,81 kW para elevar a sua temperatura de 20ºC para 50ºC (Meia-Estação), cerca de 24,67 kW para elevar a sua temperatura de 10ºC para 50ºC (Inverno) e na ordem dos 8,90 kW para elevar a sua temperatura dos 35ºC para 50ºC (Verão). No caso do transporte pneumático, existem duas linhas, uma horizontal e uma vertical, logo foi necessário estimar o valor da velocidade das partículas para estes dois casos. Na linha vertical, a velocidade da partícula é cerca de 25,03 m/s e cerca de 35,95 m/s na linha horizontal. O menor valor para a linha vertical prende-se com o facto de nesta zona ter que se vencer a força gravítica. Em ambos os circuitos a velocidade do fluido é cerca de 47,17 m/s. No interior da coluna, a velocidade do fluido tem o valor de 10,90 m/s e a velocidade das partículas é de 1,04 m/s. A queda de pressão total no sistema é cerca de 2408 Pa. A análise de custos ao sistema de secagem indicou que este sistema irá acarretar um custo total (fabrico mais transporte) de cerca de 153035€. Este sistema necessita de electricidade para funcionar, e esta irá acarretar um custo anual de cerca de 7951,4€. Embora este sistema de secagem apresente a possibilidade de se realizar uma razão de reciclagem na ordem dos 100% e também seja possível adaptar o mesmo para diferentes tipos de cereais, e até outros tipos de materiais, desde que possam ser fluidizados, o seu custo impede que a realização deste investimento não seja atractiva, especialmente tendo em consideração que se trata de uma instalação à escala piloto com uma capacidade de 45 kgs.

Indústria de curtumes: energia e desenvolvimento

Este trabalho, numa fase inicial, teve como pilar fundamental, a optimização energética de uma indústria de curtumes, mais concretamente da empresa Dias Ruivo. Pretendia-se avaliar todos os gastos de energia apresentados pela empresa, com o intuito de verificar se haveria possibilidade de diminuir a factura da electricidade e os custos associados, mantendo a qualidade dos produtos finais. Ainda se pretendia averiguar a viabilidade de reutilização de alguns desperdícios permitindo diminuir a quantidade de energia necessária para o aquecimento de algumas correntes de água. Por último, após os dados recolhidos, sugeriram-se medidas de melhoria, que possibilitariam que a empresa utilizasse os seus recursos de forma optimizada, não apresentando assim gastos desnecessários. Começando pela análise da factura de electricidade, verificou-se que nos anos de 2010 e 2011, a empresa apresentou um consumo de energia de 120 e 128 tep/ano, respectivamente. Determinaram-se igualmente os respectivos indicadores constatando-se que o valor médio para a intensidade carbónica foi de 900 e 1148 kg CO2/tep e para o consumo específico obteve-se 0,131 e 0,152 kgep/ft2, respectivamente. Numa segunda fase, tendo em conta a constante aposta da empresa na inovação de artigos em couro e o facto de estar envolvida num projecto mobilizador de ciência e tecnologia com esse fim, o trabalho incidiu no desenvolvimento de um produto inovador designado por floater que deve ser macio e mais leve que os produtos normais. Com base na aplicação de proteases apropriadas, desenvolveu-se um produto que, ainda na fase de ensaios de bancada e piloto, satisfaz no que respeita à macieza e leveza, sendo que se conseguiu um valor de 67 g/ft2 contra um valor de 75g/ft2 do padrão.

Records of predatory, con-specific and human induced mauls on fish from the Northeast Atlantic and Black Sea

Present study aims to describe records of mauled and con-specific injures in various fish inhabiting different environment and to discuss possible impacts on fish behavior and ontogenesis. The fish specimens were collected from the Black Sea and Azores Islands (NE Atlantic). Individuals of European flounder, Pleuronectes flesus, common stingray, Dasyatis pastinaca and turbot, Scophthalmus maximus with missing dorsal and caudal fins and flesh, were found in the Black Sea. Specimens with severe mauls of the ocean sunfish, Mola mola, almaco jack, Seriola rivoliana and sargo, Diplodus sargus were recorded from the Azores Islands. All of them were caught alive and survived severe mauls caused by predators or by accidents with propellers, fishing nets. The NE Atlantic records, although possibly caused by natural predation, are more probably than not the result of negative interactions with human activity. Numerous records of mauled fish species from both regions show that the problem with adverse effects of fisheries is quite important. Predatory and con-specific injuries obviously are compatible with basic fish vital functions of described cases. The problem with negative anthropogenic interactions seems to be insufficiently investigated and need more attention by responsible managers and decision makers.