Modelização das camadas junto aos eléctrodos em descargas de arco de alta pressão

Nesta dissertação foi realizada a modelização numérica das camadas de não-equilíbrio junto aos cátodos e ânodos em descargas de arco de alta pressão. Ao contrário de trabalhos anteriores, a modelização é uni cada, i.e., baseia-se num único conjunto de equações escritas sem suposições simpli cativas tais como equilíbrio térmico, equilíbrio de ionização (Saha) e quaseneutralidade, e não utiliza uma divisão a priori do domínio de cálculo em sub- camadas com propriedades físicas diferentes. Processos de transporte de iões e electrões são descritos no âmbito do modelo de difusão. Foi também desenvolvida uma teoria da camada de ionização junto ao cátodo no âmbito do modelo multi uido. Os resultados obtidos são comparados com dados experimentais. Os resultados da tese elucidam a física de transferência de corrente através das camadas junto aos eléctrodos em descargas de arco de alta pressão, e servem para melhor compreen- der os fenómenos que ocorrem em vários dispositivos industriais, como as lâmpadas de descarga de muito alta pressão e as tochas de plasma.

Sistema automático de prevenção de úlceras por pressão

As úlceras por pressão são um problema de saúde pública que tem vindo a centrar a atenção da comunidade científica da área da saúde. Em consonância, a prevenção constitui um aspecto fulcral do seu controlo. Esta dissertação centra-se na prevenção deste flagelo, desenvolvendo um protótipo para estudo da prevenção das úlceras por pressão através de sistemas de sensores. Um olhar sobre a temperatura corporal e a pressão, enquanto factores etiológicos, levou à construção de um sistema de monitorização destas variáveis. O sistema de monitorização é constituído pela matriz de sensores, pelo circuito de aquisição de dados da matriz, por um microcontrolador que percorre cada um dos nós da matriz, por um sistema de transmissão sem fios e um software de visualização dos dados da matriz. A matriz de sensores, aplicada numa superfície de contacto, cadeira ou cama, está associada a um computador e a um nó sensor sem fios, para que a informação relativa a cada doente possa ser visualizada local e remotamente. Local, porque os dados de temperatura e pressão podem ser acedidos na unidade de cuidados e remotamente, pois a informação enviada sem fios através de um nó XBee, pode ser acedida num computador central, noutra sala, permitindo a monitorização, interpretação e registo dos dados. São apresentadas, neste trabalho, as matrizes de temperatura, uma com 64 sensores (8x8), que serviu de base à construção do circuito de aquisição de dados, outra com 256 sensores (16x16) de temperatura e ainda uma matriz de pressão. Para a matriz de sensores de pressão de 16x16, foram construídos manualmente cada um dos 256 sensores. Foi criado o software de visualização dos dados, obtidos da matriz, utilizando o MatLab, através do qual o utilizador final do sistema poderá aceder aos dados gráfica e numericamente. A aplicação do sistema desenvolvido permitirá medir, em situação de contacto, as alterações da temperatura da pele e pressão, factores estes associados à detecção precoce de úlceras de pressão.

Modelação da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários

Nesta dissertação apresento um estudo detalhado de vários aspectos da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários. Um modelo da camada de plasma junto ao cátodo num plasma sujeito a uma pressão da ordem de uma ou várias atmosferas é reconsiderado com base em recentes resultados teóricos. A física da camada de plasma junto ao cátodo é analisada para valores da queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo até 50V, de acordo com recentes resultados experimentais que mostram que a queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo numa descarga de arco de alta pressão pode atingir valores tão elevados. São identificados os mecanismos que originam a não monotonia da dependência da densidade de fluxo de energia (proveniente do plasma para a superfície do cátodo) em relação à temperatura da superfície do cátodo, para um valor fixo da queda de tensão junto ao cátodo. Uma descrição fechada da interacção plasma-cátodo é obtida por meio da resolução numérica do problema não linear com condições de fronteira para a distribuição da temperatura no interior do corpo do cátodo. São apresentados resultados da modelação numérica da descarga difusa nas condições de funcionamento de uma lâmpada de descarga experimental, sendo bom o acordo entre os resultados numéricos e os dados experimentais. Manchas solitárias num cátodo plano infinito e modos difuso e mancha axialmente simétricos em cátodos finitos de descargas de arco de alta pressão são estudados num grande intervalo de corrente. São analisados aspectos gerais e apresentados resultados numéricos referentes a cátodos de tungsténio planos e de forma cilíndrica a operar num plasma de argon à pressão atmosférica para correntes de arco até 100 kA. Émostrado, em particular, que a temperatura da superfície do cátodo no interior de uma mancha solitária varia relativamente pouco, podendo ser estimada com uma precisão de cerca de 200 − 300K sem ser necesário resolver a equação da condução térmica no corpo do cátodo. O comportamento assimptótico das soluções para um cátodo finito no caso limite de altas correntes é encontrado e confirmado pelos resultados numéricos. É confirmado um padrão geral das características tensão-corrente de vários modos de transferência de corrente em cátodos finitos sugerido previamente com base numa análise de bifurcações. É estudada a transição de modos mancha num cátodo finito no limite de cátodos de grandes dimensões para o modo mancha solitária num cátodo plano infinito. É estabelecido que o modo mancha solitária representa uma forma limite do modo mancha de alta tensão num cátodo finito. É considerada a questão da distinção entre modo difuso e modo mancha num cátodo finito. É desenvolvida uma abordagem para o cálculo de pontos de bifurcação nos quais soluções mancha tridimensionais bifurcam-se a partir de soluções que descrevem o modo difuso e modos mancha axialmente simétricos. Em particular, é calculado o primeiro ponto de bifurcação posicionado na solução que descreve o modo difuso e, por conseguinte, o seu limite de estabilidade, isto é, a corrente abaixo da qual o modo difuso torna-se instável. São apresentados os resultados da modelação numérica efectuada para o caso de um cátodo de tungsténio de forma cilíndrica a operar num plasma de alta pressão. É estudado o efeito produzido no limite de estabilidade pelas variações dos parâmetros de controle (dimensões do cátodo, função de trabalho do material do cátodo, tipo e pressão do gás que produz o plasma). Foi encontrado que o comportamento do limite de estabilidade sujeito a estas variações está em conformidade com as tendências observadas experimentalmente. Foi encontrado que o limite de estabilidade é muito mais sensível às variações dos parâmetros de controle do que as características tensão-corrente do modo difuso, sendo o efeito mais forte produzido pelas variações das dimensões do cátodo e da função de trabalho do material do cátodo. Este resultado está em conformidade com o facto experimental de que a transição difuso-mancha é de difícil reprodução.

Sensores de pressão em fibra óptica para o estudo dos fenómenos da percolação da água em solos

Dada a necessidade de obtermos sistemas monitorizados com elevada precisão, de grande durabilidade e resistentes às condições atmosféricas, surgiu a possibilidade de aplicação das fibras ópticas como sensores para monitorização de pressão. Nesse contexto, as fibras “hetero-core” (fibra óptica composta por uma fibra multimodo entre duas fibras ópticas monomodo) e a utilização de lentes GRIN (“GRaded INdex”) em conjunto com superfícies reflectoras permitem a determinação da pressão e são objecto de estudo desta dissertação. Em termos de aplicação, o objectivo principal desta tese de mestrado foi de proporcionar o projecto e desenvolvimentos da medida de pressão em 48 pontos para um tanque de estudo dos fenómenos de percolação da água nos solos e que é pertencente à Secção de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Inicialmente, foi caracterizado um sistema contendo uma fibra “hetero-core” à qual foi aplicada uma curvatura, com auxílio de uma carruagem micrométrica. Este sistema permitiu a simulação do mesmo efeito de aplicação de pressão à fibra “hetero-core”. Na configuração seguinte, usou-se um OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) para visualização e registo das perdas encontradas durante o processo de dobrar e esticar da fibra “hetero-core”. Ao longo deste registo, várias configurações foram testadas até ser encontrada a cabeça sensora com melhor comportamento para monitorizar a pressão. A multiplexagem foi conseguida ao colocar dois sensores em série, sendo cada um deles constituído por uma fibra “hetero-core” colocada no fundo de um tubo de água disposto verticalmente. Com a adição da água no tubo de água, a curvatura na fibra “hetero-core” aumentava, notando-se claramente que as perdas também subiam. Os resultados obtidos nesta configuração foram bastante satisfatórios permitindo a independência entre os dois sensores dispostos em série. Posteriormente, foi testada uma nova configuração sensora, o sensor de fibra óptica para monitorização de pressão foi construído com recurso a uma lente GRIN e uma superfície reflectora. Esta lente, disposta diante de um espelho, permitiu emitir e captar luz de um determinado comprimento de onda devido à reflexão do sinal luminoso no espelho. Com sucessivos incrementos, afastou-se e aproximou-se a lente ao espelho, registando-se e observando-se as perdas de potência obtidas com auxílio do OTDR. Também para esta configuração foi testada a multiplexagem de vários sensores, tendo sido utilizadas as seguintes opções: um acoplador de 2:1; um acoplador 4:1 e um comutador óptico. Verificou-se que a utilização de um comutador óptico é o melhor caso para a monitorização de pressão de múltiplos sensores. A multiplexagem com recurso ao comutador foi possível, uma vez que permitia a medição independente de cada sensor de pressão num determinado tempo. Com este resultado, é possível monitorizar 48 sensores com recurso ao OTDR, multiplexados temporalmente. Toda esta implementação prática da dissertação foi realizada nas instalações da Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos no INESC Porto, onde foram caracterizados e estudados sensores com diferentes características que poderão ser lidas neste documento. A componente teórica foi efectuada na Universidade da Madeira.

Os efeitos do plasma não térmico à pressão atmosférica no desenvolvimento larval e anomalias morfológicas de Drosophila Melanogaster

O plasma não térmico nos cuidados de saúde é um campo emergente que tem as suas raízes na ciência de plasmas. Este tipo de investigação tem crescido rapidamente e é agora objeto de um amplo esforço de pesquisa interdisciplinar envolvendo a medicina, a biologia, a física, a química e a engenharia. Têm sido feitos vários trabalhos de modo a elucidar quais as interações das espécies produzidas pelo plasma com os sistemas vivos. É evidente que o mecanismo da interação do plasma com os sistemas vivos é complexo, em parte devido à complexidade do plasma mas principalmente devido à enorme complexidade da biologia. O principal objetivo desta dissertação foi observar os efeitos do plasma não térmico à pressão atmosférica (PNTPAs) no desenvolvimento larval e anomalias morfológicas de Drosophila melanogaster. Para o efeito, foram expostas e analisadas fenotipicamente 2.566 larvas após exposição, dos diferentes estádios (1.º, 2.º e 3.º) de desenvolvimento. Os testes foram realizados com aplicações de plasma com e sem ultra violeta, em duas linhas diferentes de Drosophila; uma linha selvagem preparada por nós e uma linha laboratorial. A análise fenotípica revelou que após exposição as larvas apresentavam alterações no fenótipo e no comportamento que não foram observadas no controlo, nomeadamente anomalias nas mudas, traqueias partidas, formação de massas melanóticas que podiam persistir até à fase adulta, excesso de gotículas lipídicas, atraso no desenvolvimento, comportamento de não alimentação e formação de pupa imatura que levava à formação de pupa precoce e morte pupal. Na fase pupal, as anomalias mais comuns estavam relacionadas com a forma do pupário (causadas pela pipação prematura), apresentando um desenvolvimento aberrante. Entre os vários fenótipos observados, o mais significativo foi o criptocefálico (alterações na eversão dos discos imaginais) levando à morte pupal. Nos adultos, as principais anomalias morfológicas foram registadas na formação e segmentação das patas, na forma e padrão das nervuras das asas e na formação do tórax. A similaridade destes resultados com trabalhos publicados relacionados com a hormona esteróide ecdisona indicam que provavelmente o PNTPA poderá ter influenciado a biossíntese e/ou a regulação da ecdisona, a principal hormona que regula o desenvolvimento e a metamorfose em Drosophila.

Perfil socioeconômico de pessoas com úlcera venosa: aspectos relevantes para a enfermagem

Traçar o perfil socioeconômico dos pacientes com úlcera venosa. Método: estudo quantitativo, transversal e descritivo, realizado com 50 pessoas no ambulatório de clínica cirúrgica do Hospital Universitário Onofre Lopes/HUOL, localizado no município de Natal/RN/Nordeste do Brasil, utilizando-se um roteiro de entrevista. Os dados coletados foram tabulados e armazenados numa planilha do software Excel e analisadas pela estatística descritiva. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa, CAAE 0038.0.294.000-11. Resultados: idade média de 59,72 anos, 66% pertenciam ao sexo feminino, 60% possuíam companheiro, a média de estudos foi de 4,98 (±3,36) anos e a renda familiar 2,3 salários mínimos. Encontrou-se, portanto, o perfil de pessoas com úlcera venosa semelhante ao evidenciado na literatura. Conclusão: é imprescindível conhecer as características dessa clientela para desenvolver estratégias visando à melhoria de suas condições de saúde

Processamento Inteligente de Sinais de Pressão e Temperatura Adquiridos Através de Sensores Permanentes em Poços de Petróleo

Originally aimed at operational objectives, the continuous measurement of well bottomhole pressure and temperature, recorded by permanent downhole gauges (PDG), finds vast applicability in reservoir management. It contributes for the monitoring of well performance and makes it possible to estimate reservoir parameters on the long term. However, notwithstanding its unquestionable value, data from PDG is characterized by a large noise content. Moreover, the presence of outliers within valid signal measurements seems to be a major problem as well. In this work, the initial treatment of PDG signals is addressed, based on curve smoothing, self-organizing maps and the discrete wavelet transform. Additionally, a system based on the coupling of fuzzy clustering with feed-forward neural networks is proposed for transient detection. The obtained results were considered quite satisfactory for offshore wells and matched real requisites for utilization

Origem física das curvas sigmoidais respiratórias pressão-volume: recrutamento alveolar e elasticidade não-linear

An important unsolved problem in medical science concerns the physical origin of the sigmoidal shape of pressure volume curves of healthy (and some unhealthy) lungs. Such difficulties are expected because the lung, which is the most important structure in the respiratory system, is extremely complex. Its rheological properties are unknown and seem to depend on phenomena occurring from the alveolar scale up to the thoracic scale. Conventional wisdom holds that linear response, i.e., Hooke s law, together with alveolar overdistention, play a dominant role in respiration, but such assumptions cannot explainthe crucial empirical sigmoidal shape of the curves. In this doctorate thesis, we propose an alternative theory to solve this problem, based on the alveolar recruitment together with the nonlinear elasticity of the alveoli. This theory suggests that recruitment may be the predominant factor shaping these curves in the entire range of pressures normally employed in experiments. The proposed model correctly predicts the observed sigmoidal pressure volume curves, allowing us to discuss adequately the importance of this result, as well as its implications for medical practice

Estado nutricional antropométrico, composição corporal e pressão arterial em adolescentes

Os objetivos deste trabalho foram: (1) estimar as prevalências de excesso de peso e de gordura corporal, obesidade central e pressão arterial elevada (PAE) em adolescentes beneficiários do Programa Nacional de Alimentação Escolar (PNAE) da rede municipal de ensino de Natal-RN; (2) verificar a associação entre variáveis antropométricas e de composição corporal com a pressão arterial, a maturação sexual e a história familiar positiva de fatores de risco para doença cardiovascular (FRDCV); (3) comparar dois padrões de referência para classificação do excesso de peso em adolescentes; e (4) propor equações preditivas de massa gorda (MG) e massa livre de gordura (MLG) baseadas nos perímetros corporais. Trata-se de um estudo transversal, com 526 adolescentes beneficiários do PNAE, em Natal, Brasil. O tamanho da população de estudo foi definido por amostragem aleatória, em dois estágios, e ponderada segundo número de alunos de cada escola. No primeiro estudo, o excesso de peso foi determinado por Índice de Massa Corporal (IMC), a gordura corporal estimada por dobras cutâneas e a obesidade central por perímetro abdominal. A pressão arterial elevada foi classificada conforme a American Academy of Pediatrics. As prevalências foram apresentadas em valores relativos e efeito do desenho. Realizou-se uma análise fatorial para sintetizar o conjunto de variáveis antropométricas visando identificar fatores comuns. Extraíram-se dois fatores: (1) padrão excesso de adiposidade e (2) padrão adiposidade central elevada. Para avaliar a associação entre os padrões de adiposidade corporal com pressão arterial elevada, faixa etária, maturação sexual e história familiar de FRDCV utilizou-se a Razão de Chances e respectivo intervalo de confiança de 95% e regressão logística. No segundo estudo, calculou-se a sensibilidade e a especificidade do excesso de peso classificado segundo o IOTF e a World Health Organization WHO em relação ao excesso de adiposidade corporal; e a estatística Kappa para medir a concordância entre os dois padrões de referência. No terceiro estudo, foram elaborados modelos preditivos de MG e MLG com base em nove perímetros corporais, utilizando a bioimpedância Byodinamics 450 como padrão de referência. Para tanto foram selecionados 218 adolescentes eutróficos, segundo o IMC a partir do estudo transversal. As equações foram estimadas por regressão linear múltipla, considerando a idade e os perímetros corporais. Os resultados apontaram que 14,1% dos meninos e 15,7% das meninas tinham excesso de peso; 15,3% dos meninos e 11,6% das meninas tinham excesso de gordura corporal e dentre os meninos 14,3% tinham pressão arterial elevada e as meninas, 21,4%. Todos os efeitos do desenho foram inferiores a 2,5%. Nos meninos, o padrão excesso de adiposidade foi associado à história familiar positiva de FRDCV (ORajust=2,60; 1,09-6,22), maturação sexual (ORajust=2,92; 1,04-8,22) e PAE (ORajust=3,66; 1,34-9,94). Os meninos com 12 anos e mais apresentaram 6,1 vezes mais chance de apresentar padrão adiposidade central elevada do que os adolescentes com 10 a 11 anos (IC95% 2,32-16,04), assim como os púberes apresentaram 3,2 vezes este mesmo padrão em relação aos pré-púberes (IC95%1,14-8,85). A partir da comparação entre os dois padrões de referencia de classificação do excesso de peso por meio do IMC, observou-se que a sensibilidade foi de 79,3% para o critério IOTF e de 88,9% para WHO e a especificidade foi de 94,7% e 89,9%, respectivamente. O nível de concordância foi maior para o critério IOTF (Kappa=0,70 x Kappa=0,64). Em relação à construção das equações preditivas de gordura corporal, do total de 106 meninos e 112 meninas, foram desenvolvidas duas equações para estimar MG e duas para MLG, considerando o sexo. No sexo masculino, a equação para estimar a MG incluiu as variáveis idade, punho, quadril e perímetro abdominal (R2=0,552; AIC=416,04) e MLG, idade, punho e antebraço (R2=0,869; AIC=578,24). Enquanto que no feminino, MG foi estimada pelas variáveis punho, perímetro do abdômen, do quadril, da coxa proximal e da panturrilha (R2=0,838; AIC=415,36); e a MLG por idade, punho, perímetro do abdômen, do quadril e da panturrilha (R2=0,878; AIC=512,48). Conclui-se que os adolescentes tinham elevada prevalência de excesso de adiposidade corporal e de pressão arterial elevada. Tanto o padrão excesso de adiposidade quanto adiposidade central elevada constituem-se em padrões de risco. O padrão excesso de adiposidade foi associado à pressão arterial, história familiar positiva de FRDCV e maturação sexual em meninos. O critério IOTF mostrou-se menos sensível, mais específico, com maior nível de concordância e maior probabilidade de identificar corretamente o excesso de gordura corporal nos adolescentes avaliados. Quatro equações foram desenvolvidas para a estimativa da MG e MLG em adolescentes. As equações desenvolvidas para estimar a MG no sexo feminino e MLG para ambos os sexos apresentaram valores elevados de coeficiente de determinação ajustados e, portanto, são as preferenciais. Este estudo foi realizado com a participação de equipe multidisciplinar composta por professores da área de Nutrição, Endocrinologia Pediátrica, Estatística, Educação Física, discentes do Curso de Graduação em Nutrição e residentes em Pediatria