A new technique to control brushless motor for blood pump application

This article presents a back-electromotive force (BEMF)-based technique of detection for sensorless brushless direct current motor (BLDCM) drivers. The BLDCM has been chosen as the energy converter in rotary or pulsatile blood pumps that use electrical motors for pumping. However, in order to operate properly, the BLDCM driver needs to know the shaft position. Usually, that information is obtained through a set of Hall sensors assembled close to the rotor and connected to the electronic controller by wires. Sometimes, a large distance between the motor and controller makes the system susceptible to interference on the sensor signal because of winding current switching. Thus, the goal of the sensorless technique presented in this study is to avoid this problem. First, the operation of BLDCM was evaluated on the electronic simulator PSpice. Then, a BEMF detector circuitry was assembled in our laboratories. For the tests, a sensor-dependent system was assembled where the direct comparison between the Hall sensors signals and the detected signals was performed. The obtained results showed that the output sensorless detector signals are very similar to the Hall signals at speeds of more than 2500 rpm. Therefore, the sensorless technique is recommended as a responsible or redundant system to be used in rotary blood pumps.

Gauge fields, geometric phases, and quantum adiabatic pumps

Quantum adiabatic pumping of charge and spin between two reservoirs (leads) has recently been demonstrated in nanoscale electronic devices. Pumping occurs when system parameters are varied in a cyclic manner and sufficiently slowly that the quantum system always remains in its ground state. We show that quantum pumping has a natural geometric representation in terms of gauge fields (both Abelian and non-Abelian) defined on the space of system parameters. Tunneling from a scanning tunneling microscope tip through a magnetic atom could be used to demonstrate the non-Abelian character of the gauge field.

Anatomy of the mouthparts and digestive tract during feeding in larvae of the parasitoid wasp Trichogramma australicum Girault (Hymenoptera : Trichogrammatidae)

To aid in the development of artificial diets for mass rearing parasitioids, we investigated the anatomical changes in the digestive tract during feeding behaviour of larval Trichogramma australicum (Hymenoptera: Trichogrammatidae). Larvae begin to feed immediately upon eclosion and feed continuously for 4 h until replete. Feeding is characterised by rhythmic muscle contractions (ca 1 per s) of the pharynx. Contractions of the pharyngeal dilator muscles lift the roof of the lobe-shaped pharynx away from the floor of the chamber, opening the mouth and pumping food into the pharyngeal cavity. Another muscle contraction occurs about 0.5 s later, forcing the bolus of food through the oesophagus and into the midgut. The junction of fore- and midgut is marked by a cardiac valve. The midgut occupies most of the body cavity and is lined with highly vacuolated, flattened cells and a dispersed layer of muscle cells. In the centre of the midgut, food has the appearance of host egg contents. Food near the midgut epithelial cells has a finer, more homogeneous appearance. This change in the physical properties of the gut contents is indicative of the digestion process. In the prepupa, where digestion is complete, the entire gut contents have this appearance. After eclosion, the vitelline membrane remains attached to the posterior end of the larva. We believe this attachment to be adaptive in two ways: (1) to anchor the larva against the movements of its anterior portion, thereby increasing the efficiency of foraging within the egg, and (2) to prevent a free-floating membrane from clogging the mouthparts during ingestion. 1998 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Regulation by the exogenous polyamine spermidine of Na,K-ATPase activity from the gills of the euryhaline swimming crab Callinectes danae (Brachyura, Portunidae)

Euryhaline crustaceans rarely hyporegulates and employ the driving force of the Na,K-ATPase, located at the basal surface of the gill epithelium, to maintain their hemolymph osmolality within a range compatible with cell function during hyper-regulation. Since polyamine levels increase during the adaptation of crustaceans to hyperosmotic media, we investigate the effect of exogenous polyamines on Na,K-ATPase activity in the posterior gills of Callinectes danae, a euryhaline swimming crab. Polyamine inhibition was dependent on cation concentration, charge and size in the following order: spermine > spermidine > putrescine. Spermidine affected K-0.5 values for Na+ with minor alterations in K-0.5 values for K+ and N-H-4(+), causing a decrease in maximal velocities under saturating Na+, K+ and NH4+ concentrations. Phosphorylation measurements in the presence of 20 mu M ATP revealed that the Na,K-ATPase possesses a high affinity site for this substrate. In the presence of 10 mM Na+, both spermidine and spermine inhibited formation of the phosphoenzyme; however, in the presence of 100 mM Na+, the addition of these polyamines allowed accumulation of the phosphoenzyme. The polyamines inhibited pumping activity, both by competing with Na+ at the Na+-binding site, and by inhibiting enzyme dephosphorylation. These findings suggest that polyamine-induced inhibition of Na,K-ATPase activity may be physiologically relevant during migration to fully marine environments. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Cation Transport Coupled to ATP Hydrolysis By the (Na, K)-ATPase AN INTEGRATED, ANIMATED MODEL

An Adobe (R) animation is presented for use in undergraduate Biochemistry courses, illustrating the mechanism of Na(+) and K(+) translocation coupled to ATP hydrolysis by the (Na, K)-ATPase, a P(2c)-type ATPase, or ATP-powered ion pump that actively translocates cations across plasma membranes. The enzyme is also known as an E(1)/E(2)-ATPase as it undergoes conformational changes between the E(1) and E(2) forms during the pumping cycle, altering the affinity and accessibility of the transmembrane ion-binding sites. The animation is based on Horisberger`s scheme that incorporates the most recent significant findings to have improved our understanding of the (Na, K)-ATPase structure function relationship. The movements of the various domains within the (Na, K)-ATPase alpha-subunit illustrate the conformational changes that occur during Na(+) and K(+) translocation across the membrane and emphasize involvement of the actuator, nucleotide, and phosphorylation domains, that is, the ""core engine"" of the pump, with respect to ATP binding, cation transport, and ADP and P(i) release.

Electron beam current loss at the high-vacuum-high-pressure boundary in the environmental scanning electron microscope

A significant loss in electron probe current can occur before the electron beam enters the specimen chamber of an environmental scanning electron microscope (ESEM). This loss results from electron scattering in a gaseous jet formed inside and downstream (above) the pressure-limiting aperture (PLA), which separates the high-pressure and high-vacuum regions of the microscope. The electron beam loss above the PLA has been calculated for three different ESEMs, each with a different PLA geometry: an ElectroScan E3, a Philips XL30 ESEM, and a prototype instrument. The mass thickness of gas above the PLA in each case has been determined by Monte Carlo simulation of the gas density variation in the gas jet. It has been found that the PLA configurations used in the commercial instruments produce considerable loss in the electron probe current that dramatically degrades their performance at high chamber pressure and low accelerating voltage. These detrimental effects are minimized in the prototype instrument, which has an optimized thin-foil PLA design.

Acute characteristics of pediatric dysphagia subsequent to traumatic brain injury: Videofluoroscopic assessment

Objective: To document the acute characteristics of swallowing impairment in a group of children post moderate/severe traumatic brain injury (TBI) by means of videofluoroscopy. Participants: Eighteen children with moderate/severe TBI. Main Outcome Measure: Videofluoroscopy at an average of 27.7 days post-injury. Results: Subjects demonstrated a range of dysphagia severity levels: mild-moderate (n = 8), moderate (n = 6), moderate-severe (n = 3), and severe (n = 1) and had a combination of oral and pharyngeal phase characteristics. More specifically; observable features or physiological impairments that were identified included reduced lingual control, hesitancy of tongue movement, repetitive tongue pumping, the presence of aspiration (including silent aspiration), delayed swallow reflex trigger, reduced laryngeal elevation and closure, and reduced peristalsis. Conclusions: These data highlight the diversity of swallowing deficits and dysphagia severity levels in children following TBI and suggest that the former are consistent with a pattern of oropharyngeal impairments.

Numerical investigations of flow and energy fields near a thermoacoustic couple

The flow field and the energy transport near thermoacoustic couples are simulated using a 2D full Navier-Stokes solver. The thermoacoustic couple plate is maintained at a constant temperature; plate lengths, which are short and long compared with the particle displacement lengths of the acoustic standing waves, are tested. Also investigated are the effects of plate spacing and the amplitude of the standing wave. Results are examined in the form of energy vectors, particle paths, and overall entropy generation rates. These show that a net heat-pumping effect appears only near the edges of thermoacoustic couple plates, within about a particle displacement distance from the ends. A heat-pumping effect can be seen even on the shortest plates tested when the plate spacing exceeds the thermal penetration depth. It is observed that energy dissipation near the plate increases quadratically as the plate spacing is reduced. The results also indicate that there may be a larger scale vortical motion outside the plates which disappears as the plate spacing is reduced. (C) 2002 Acoustical Society of America.

Sistemas de abastecimento de água e saneamento básico

O presente relatório de estágio enquadra-se no âmbito do Trabalho Final de Mestrado (TFM) do curso de Engenharia Civil, área de especialização de Hidráulica, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, e baseia-se na temática dos sistemas de abastecimento de água e drenagem de águas residuais. O estágio, intitulado de “Sistemas de Abastecimento de Agua e Saneamento Básico”, decorreu numa empresa de consultaria de engenharia denominada ENGIDRO – Estudos de Engenharia, Lda., vocacionada para a realização de estudos e projectos na área de Hidráulica, com particular incidência na Hidráulica Urbana e Saneamento Básico. O estágio iniciou-se com um adequado enquadramento profissional na empresa e incidiu principalmente no desenvolvimento de trabalhos de concepção e dimensionamento, a nível de projectos de execução, de sistemas de abastecimento de água e de saneamento básico, para 21 localidades da província de Lunda Sul, em Angola, com prestação de serviços para o Governo Provincial de Lunda Sul – Direcção Provincial da Energia e Aguas, juntamente com empresa CENGA – Consultores de Engenharia de Angola, S.A. Na prestação de serviços à entidade contratante foram efectuados trabalhos de campo, que consistiram principalmente em reconhecimentos do terreno, levantamentos topográficos e recolha de informação relevante sobre elementos condicionantes dos projectos (origens e disponibilidades de água, natureza e declive dos terrenos, tipos de infra-estruturas locais) e trabalhos de gabinete para compilação e análise da informação recolhida na elaboração dos projectos de execução, incluindo pecas desenhadas (desenhos pormenorizados) e peças escritas (memórias descritivas e justificativas, medições e orçamentos). Sendo os projectos destinados a aglomerados populacionais pouco desenvolvidos e com carências e condicionantes de diversa ordem (falta de energia eléctrica, de acessos, de telecomunicações, de meios técnicos e materiais, entre outros), prestou-se especial atenção aos aspectos da concepção, privilegiando soluções de baixa tecnologia, mais fáceis de explorar e manter com os recursos locais disponíveis.

Evolução dos sistema de telegestão da Empresa Portuguesa das Águas Livres, S.A.

O sistema de telegestão é uma ferramenta que permite a gestão, em tempo real, de todo o sistema de abastecimento da Empresa Portuguesa das Águas Livres, S.A. (EPAL). Esta gestão pode ser conseguida desde a captação da água até à sua entrega ao cliente final, através dos meios de monitorização necessários às operações de comando que permitem controlar e manobrar à distância os acessórios do sistema (estações elevatórias, reservatórios, válvulas,…). A presente dissertação visa a divulgação e compilação de elementos fundamentais para a otimização das potencialidades que a telegestão oferece, abordando assim, dada a sua especificidade, um tema pouco divulgado mas de extrema importância a quem trabalha ou pretende trabalhar numa entidade gestora similar. Assim, a dissertação é constituída por seis capítulos que compreendem a caracterização do sistema de adução, transporte e distribuição da EPAL, a abordagem genérica das ferramentas de suporte à exploração do sistema, uma resenha histórica do sistema de telegestão na EPAL, bem como informações referentes ao atual sistema de telegestão, nomeadamente a sua arquitetura, principais funcionalidades, tais como o controlo de órgãos de manobra à distância e análise de parâmetros de qualidade em tempo real. Finalmente, apresentam-se algumas conclusões e recomendações para trabalhos futuros. Pretende-se assim que o presente documento contribua para uma aglutinação de informações relativas aos sistemas de telegestão para abastecimento de água, respetivas vantagens aliadas às suas funcionalidades, bem como a identificação de fragilidades do sistema que poderão ser aperfeiçoadas ou mesmo eliminadas.

Estudo de uma tomada de água em modelo reduzido

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em hidráulica

Sistemas de automação e manutenção de edifícios: concepção dos sistemas de detecção e protecção contra incêndios de uma unidade industrial

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

Caracterização de águas do processo e optimização dos consumos de água nos vários circuitos da Petibol, S.A. – Embalagens de Plástico

A empresa Petibol, S.A. – Embalagens de plástico centra-se na produção de embalagens de plástico a partir da matéria-prima Poliestireno Expandido (EPS) e Polipropileno Expandido (EPP). A empresa possui uma preocupação ao nível da qualidade da água e do aproveitamento energético, tendo desta forma surgido a realização do estudo na unidade industrial, com o objectivo de anular e/ou diminuir as possíveis lacunas existentes na unidade industrial. Numa primeira etapa foi realizada uma caracterização global à qualidade da água e à empresa, actualizando-se os esquemas já existentes, contabilizando-se os custos actuais relativamente aos processos no circuito da água (arrefecimento, aquecimento e pressurização), e por fim, efectuou-se um levantamento in loco do circuito de água, relativamente à pressão, temperatura e caudal. Numa fase posterior, foram propostos equipamentos e processos, tendo em vista a colmatação dos problemas identificados, realizando-se um subsequente estudo relativamente aos custos inerentes a esses novos processos. A caracterização à água foi avaliada em diferentes pontos do circuito industrial, tendo-se determinado na Sala de Bombagem que o filtro de areia não possuía as dimensões mais apropriadas, existindo também um problema a nível mecânico associado ao processo de contra-lavagem. Tais factos podem ser a causa da ocorrência de um aumento do teor de sólidos após a passagem na camada filtrante. Relativamente ao amaciador, este deveria amaciar de forma completa a água para alimentação à caldeira, embora se tenha registado à saída do amaciador uma dureza de 21,3 mg/L, denunciando problemas na troca iónica. No que toca à água de alimentação à caldeira, verifica-se a existência de parâmetros que não se encontram de acordo com os critérios enunciados para uma óptima qualidade, sendo eles o pH (10,14), condutividade (363 μS/cm), teor de ferro (1,21 mg/L) e a dureza (16 mg/L). De salientar que somente o teor de cobre, que se encontra em quantidades vestigiais, apresenta-se de acordo com os valores impostos. No que respeita à água da caldeira, esta apresenta parâmetros incompatíveis com os recomendados, sendo eles a condutividade (7350 μS/cm), teor de sólidos dissolvidos (5248 mg/L) e alcalinidade total (780 mg/L). De referir que o valor de pH (11,8) não se encontra de acordo com a aplicação do tratamento “fosfato-pH coordenado”. Em relação aos parâmetros com valores que se encontram dentro dos limites, estes correspondem à dureza (0 mg/L), ao teor de fosfatos (45 mg/L) e teor de sílica (0 mg/L). A água do circuito de arrefecimento foi sujeita a uma análise microbiológica, que corroborou a presença de um biofilme. Um dos problemas enunciados pela empresa, prendia-se com a impossibilidade de descarga, no colector municipal, dos condensados dos compressores, visto apresentarem uma quantidade de óleo de cerca de 43,3 mg/L, equivalente a quatro vezes o valor limite de emissão, de acordo com a legislação municipal. Por fim, o efluente de descarga industrial apresenta um valor de pH (10,3) acima do intervalo permitido por lei (6,0 – 9,0), sendo que a corrente que mais contribui para este acréscimo de pH corresponde à corrente proveniente da água de purga, visto esta apresentar um valor de pH de 12,22. De maneira a contornar os parâmetros enunciados, é proposto a substituição do filtro de areia da Sala de Bombagem, assim como a inserção de um conjunto de medidas de remoção de ferro e desinfecção, sendo a conjugação de arejamento, coagulação, filtração e desinfecção, por parte do hipoclorito, a proposta apresentada. Aos condensados dos compressores é apresentado um sistema de separação, que possibilita a remoção do óleo da água, e uma consequente descarga da mesma. Actualmente, não existe qualquer filtro de areia no circuito de arrefecimento da água, sendo proposto assim esse equipamento, de forma a minorar o desenvolvimento da população microbiana, bem como a permitir uma maior eficiência na transferência de calor na torre de arrefecimento. Relativamente à descarga industrial, é recomendável a colocação de um sistema de regularização automática de pH. A inserção de uma válvula de três vias permite um aproveitamento energético e de água, a partir da confluência da água oriunda dos furos com a água do tanque de água fria, sendo posteriormente alimentada à central de vácuo. No estudo da recuperação energética, um outro equipamento avaliado correspondeu à serpentina, no entanto, verificou-se que a poupança no consumo de gás natural era de apenas 0,005%, o que não se mostrou uma proposta viável. O orçamento de todos os equipamentos é de 11.720,76 €, possibilitando não só um melhor funcionamento industrial, como um menor impacto a nível ambiental. Os custos futuros de funcionamento aumentam em 3,36%, tendo a pressurização um aumento do seu custo em 3,4% em relação ao custo actual, verificando-se um custo anual de 10.781,21€, em relação aos processos de arejamento, coagulação e desinfecção.

Projecto de saneamento do sub-sistema da Ericeira: interceptor, emissários e sistemas elevatórios: fase III: emissário da Quinta das Pedras, Fonte Boa dos Nabos, interceptor do Outeirinho e desactivação da estação elevatória EE10

Relatório de Estágio para obtenção do grau de Mestre em Engenharia na Área de Especialização em Edificações

Estudo de uma central hidroeléctrica com base em turbina hidráulica reversível

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