Canine population dynamics: the potential effect of sterilization campaigns

Objective. To analyze, through mathematical modeling, the potential ability of sterilization campaigns to reduce the population density of pet dogs. Methods. Mathematical models were constructed to simulate the canine population dynamics and project the results of control strategies based on several sterilization rates. Results. Even at high sterilization rates (for example, 0.80 year(-1)), it would take approximately 5 years to reduce density by 20%. Even so, other sources of population growth, such as the importing of dogs from other geographic areas, could outweigh the effects of a sterilization program. Conclusions. A program`s effectiveness is contingent upon not only on the sterilization rate, but also the rate of population growth. Sterilization campaigns may potentially reduce population density, but this reduction may not be immediately evident.

Surface diffusion and adsorption of hydrocarbons in activated carbon

Adsorption and diffusion in a porous media were studied theoretically and experimentally with a differential transient permeation method. The porous medium is allowed to equilibrate at some specified loading, and then the time trajectory of the permeation process is followed after a small difference between the pressures at the end faces of the porous medium is introduced at time t = 0 +. Such a trajectory us. time would contain adsorption and diffusion characteristics of the system. By studying this for various surface loadings, pore and surface diffusions can be fully characterized. Mathematical modeling of transient permeation is detailed for pure gases or vapors diffusion and adsorption in porous media. Effects of nonlinearity of adsorption isotherm, pressure, temperature and heat effects were considered in the model. Experimental data of diffusion and adsorption of propane, n-butane and n-hexane in activated carbon at different temperatures and loadings show the potential of this method as a useful tool to study adsorption kinetics in porous media. Validity of the model is best tested against the transient data where the kinetics curves exhibit sigmoidal shape, which is a result of the diffusion and adsorption rate during the initial stage of permeation.

Modern scientific methods and their potential in wastewater science and technology

Application of novel analytical and investigative methods such as fluorescence in situ hybridization, confocal laser scanning microscopy (CLSM), microelectrodes and advanced numerical simulation has led to new insights into micro-and macroscopic processes in bioreactors. However, the question is still open whether or not these new findings and the subsequent gain of knowledge are of significant practical relevance and if so, where and how. To find suitable answers it is necessary for engineers to know what can be expected by applying these modern analytical tools. Similarly, scientists could benefit significantly from an intensive dialogue with engineers in order to find out about practical problems and conditions existing in wastewater treatment systems. In this paper, an attempt is made to help bridge the gap between science and engineering in biological wastewater treatment. We provide an overview of recently developed methods in microbiology and in mathematical modeling and numerical simulation. A questionnaire is presented which may help generate a platform from which further technical and scientific developments can be accomplished. Both the paper and the questionnaire are aimed at encouraging scientists and engineers to enter into an intensive, mutually beneficial dialogue. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Methodologies for calibration and predictive analysis of a watershed model

The use of a fitted parameter watershed model to address water quantity and quality management issues requires that it be calibrated under a wide range of hydrologic conditions. However, rarely does model calibration result in a unique parameter set. Parameter nonuniqueness can lead to predictive nonuniqueness. The extent of model predictive uncertainty should be investigated if management decisions are to be based on model projections. Using models built for four neighboring watersheds in the Neuse River Basin of North Carolina, the application of the automated parameter optimization software PEST in conjunction with the Hydrologic Simulation Program Fortran (HSPF) is demonstrated. Parameter nonuniqueness is illustrated, and a method is presented for calculating many different sets of parameters, all of which acceptably calibrate a watershed model. A regularization methodology is discussed in which models for similar watersheds can be calibrated simultaneously. Using this method, parameter differences between watershed models can be minimized while maintaining fit between model outputs and field observations. In recognition of the fact that parameter nonuniqueness and predictive uncertainty are inherent to the modeling process, PEST's nonlinear predictive analysis functionality is then used to explore the extent of model predictive uncertainty.

Drying kinetics of jatropha seeds

Given the necessity of developing jatropha cultivation equipment, this work adjusted different mathematical models to experimental data obtained from the drying of jatropha seeds submitted to different drying conditions and selected the best model to describe the drying process. The experiment was carried out at the Federal Institute of Goiás - Rio Verde Campus. Seeds with initial moisture content of approximately 0.50 (kg water/kg dry matter) were dried in a forced air-ventilated oven, at temperatures of 45, 60, 75, 90 and 105°C to moisture content of 0.10 ± 0.005 (kg water/kg dry matter). The experimental data were adjusted to 11 mathematical models to represent the drying process of agricultural products. The models were compared using the coefficient of determination, chi-square test, relative mean error, estimated mean error and residual distribution. It was found that the increase in the air temperature caused a reduction in the drying time of seeds. The models Midilli and Two Terms were suitable to represent the drying process of Jatropha seeds and between them the use of the Midili model is recommended due to its greater simplicity.

Solving nonlinear equations by a tabu search strategy

Solving systems of nonlinear equations is a problem of particular importance since they emerge through the mathematical modeling of real problems that arise naturally in many branches of engineering and in the physical sciences. The problem can be naturally reformulated as a global optimization problem. In this paper, we show that a metaheuristic, called Directed Tabu Search (DTS) [16], is able to converge to the solutions of a set of problems for which the fsolve function of MATLAB® failed to converge. We also show the effect of the dimension of the problem in the performance of the DTS.

Finite Element Analysis (FEA) applied to heat transfer optimization process of pultrusion die systems

The aim of this study is to optimize the heat flow through the pultrusion die assembly system on the manufacturing process of a specific glass-fiber reinforced polymer (GFRP) pultrusion profile. The control of heat flow and its distribution through whole die assembly system is of vital importance in optimizing the actual GFRP pultrusion process. Through mathematical modeling of heating-die process, by means of Finite Element Analysis (FEA) program, an optimum heater selection, die position and temperature control was achieved. The thermal environment within the die was critically modeled relative not only to the applied heat sources, but also to the conductive and convective losses, as well as the thermal contribution arising from the exothermic reaction of resin matrix as it cures or polymerizes from the liquid to solid condition. Numerical simulation was validated with basis on thermographic measurements carried out on key points along the die during pultrusion process.

Estudo comparativo entre o sistema convencional de arrefecimento e o arrefecedor evaporativo para os edifícios industriais portugueses

Em Portugal existem muitos espaços comerciais e industriais em que as necessidades térmicas de arrefecimento são muito superiores às necessidades de aquecimento devido aos ganhos internos que advêm da existência de equipamentos e da iluminação dos edifícios, assim como, da presença das pessoas. A instalação de sistemas convencionais de ar condicionado para espaços comerciais e industriais de grande dimensão está geralmente associada ao transporte de grandes caudais de ar, e consequentemente, a elevados consumos de energia primária, e também, elevados custos de investimento, de manutenção e de operação. O arrefecedor evaporativo é uma solução de climatização com elevada eficiência energética, cujo princípio de funcionamento promove a redução do consumo de energia primária nos edifícios. A metodologia utilizada baseou-se na criação de uma ferramenta informática de simulação do funcionamento de um protótipo de um arrefecedor evaporativo. Foi efetuada a modelação matemática das variáveis dinâmicas envolvidas, dos processos de transferência de calor e de massa, assim como dos balanços de energia que ocorrem no arrefecedor evaporativo. A ferramenta informática desenvolvida permite o dimensionamento do protótipo do arrefecedor evaporativo, sendo determinadas as caraterísticas técnicas (potência térmica, caudal, eficiência energética, consumo energético e consumo e água) de acordo com o tipo de edifício e com as condições climatéricas do ar exterior. Foram selecionados três dimensionamentos de arrefecedores evaporativos, representativos de condições reais de uma gama baixa, média e elevada de caudais de ar. Os resultados obtidos nas simulações mostram que a potência de arrefecimento (5,6 kW, 16,0 kW e 32,8 kW) e o consumo de água (8 l/h, 23,9 l/h e 48,96 l/h) aumentam com o caudal de ar do arrefecedor, 5.000 m3/h, 15.000 m3/h e 30.000 m3/h, respetivamente. A eficácia de permuta destes arrefecedores evaporativos, foi de 69%, 66% e 67%, respetivamente. Verificou-se que a alteração de zona climática de V1 para V2 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 20% no consumo de água, e que, a alteração de zona climática de V2 para V3 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 39% no consumo de água. O arrefecedor evaporativo apresenta valores de consumo de energia elétrica entre 40% a 80% inferiores aos dos sistemas de arrefecimento convencionais, sendo este efeito mais intenso quando a zona climática de verão se torna mais severa.

A Leishmaniose visceral em Portugal Continental : 1999-2009

RESUMO - As alterações climáticas alteraram a incidência e distribuição mundial de zoonoses, ao modificarem o perfil epidemiológico dos seus vectores. A leishmaniose visceral é reemergente na bacia mediterrânica, sendo o seu impacto real subestimado. Em Portugal, é endémica em três regiões, de declaração obrigatória desde 1948 e o reservatório é o canídeo. O aumento da incidência da doença no cão e a escassez de informação epidemiológica tornou pertinente investigar a realidade nacional. A partir das bases de dados das notificações e dos grupos de diagnósticos homogéneos hospitalares, foram identificados todos os casos e, consultados todos os processos clínicos dos doentes com episódios de internamento nos hospitais do continente entre 1999-2009. Ocorreram 730 internamentos para 375 indivíduos na maioria: homens, eurocaucasianos, com em média, 27 anos e, residência em Lisboa e Vale do Tejo. A sintomatologia e comorbilidades dos doentes vão de encontro ao descrito internacionalmente. A doença foi subnotificada, com uma demora média de 19 dias. A letalidade foi de 5%. A taxa de incidência média do continente foi de 0,294/100000 habitantes, sem padrão de sazonalidade. O corredor endémico de Bortman construído apresentou picos com amplitudes de 2-3 anos. O mapeamento dos doentes evidenciou casos em regiões não endémicas acompanhando a distribuição da leishmaniose canina. Seria pertinente que futuras investigações construíssem uma modelação matemática que confirmasse a tendência do corredor endémico (pico em 2011?) para accionar um sistema de alerta nos Serviços de Saúde. Seria também útil a avaliação das condições geoclimáticas das localidades com casos para evidenciar possíveis similitudes no território. -------ABSTRACT - Climate changed the incidence and worldwide distribution of zoonosis while the epidemiological profile of their vectors was changing. Visceral leishmaniasis is reemerging in the Mediterranean basin and its real impact underestimated. In Portugal, it’s endemic in three regions; the notification occurs since 1948 and dog is the reservoir. The increased incidence of the canines’ disease and the scarcity of epidemiological information relevant investigate the national reality. From Notifications and Homogeneous’ Diagnostics Groups system databases, all cases were identified and also analyze all clinical processes of inpatients’ hospitals in 1999- 2009 in Portugal. 730 admissions occurred for 375 patients. In most they were men, Caucasians, with an average of 27 years and residency in Lisboa e Vale do Tejo. The symptoms and comorbilidades patient go against described internationally. The disease was under notified, with an average delay of 19 days. Lethality was 5%. The incidence rate was 0,294/100000 inhabitants, without seasonality. The endemic’s Bortman corridor presents peak amplitudes of 2-3 years. Mapping patient’s residency shows that cases’ distribution is similar to endemic canine leishmaniasis. It would be appropriate a research to build a mathematical modeling up to confirm the trend of corridor endemic (peak in 2011?), to trigger an alert system for health services. It would also be useful to evaluate the geo-climatics conditions of localities with cases to highlight possible similarities in the territory.

Vibration control with shape-memory alloys in civil engineering structures

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil

Impacto da infiltração e afluência de águas pluviais na rede de saneamento

A existência de contribuições significativas de águas de infiltração e de águas pluviais nas redes de drenagem de águas residuais urbanas, motivaram a realização deste trabalho. Este estudo foi realizado no sistema de saneamento de Gondomar, utilizando os registos de caudais e qualidade das águas residuais em quatro estações de tratamento de águas residuais, durante quatro anos. O principal objectivo deste trabalho foi estimar as afluências de infiltração e precipitação ao sistema de saneamento e a identificação dos subsistemas críticos. Concluiu-se que a percentagem de volume excedente é cerca de 30% nos anos com maior ocorrência de precipitação. O propósito deste estudo foi também apresentar soluções para este problema, incluindo técnicas de inspecção e reparação dos elementos de drenagem, as quais foram definidas para os subsistemas identificados como críticos, Freixo e Rio Tinto. No Freixo mostrou-se importante a inspecção dos colectores, ramais e câmaras de visita, uma vez que o caudal afluente a este subsistema é muito superior ao esperado e a água residual apresenta-se diluída. Em Rio Tinto evidenciou-se como prioritária a detecção e eliminação de ligações abusivas, dado que são frequentes as ocorrências de exfiltração, com danos significativos. Para além das técnicas de detecção apresentadas considera-se que é necessário manter a monitorização de caudais e recipitação nos subsistemas, e se possível com registo contínuo ao longo do dia. Para a quantificação de precipitação é sugerida a utilização de três udómetros, de forma a permitir estabelecer com maior exactidão, a relação entre as contribuições pluviais e o caudal afluente. São apresentadas propostas, que incluem além de inspecções, ensaios e reparações, como um ponto de partida para a recolha de informação para actualização do adastro, com vista a uma futura aplicação da modelação matemática de previsão do comportamento destes subsistemas.

Valorization of pumpkin residue by supercritical extraction of added-value compounds

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

The role of arl13b in cilia length regulation and in zebrafish development

RESUMO: Arl13b é uma importante proteína ciliar, presente em cílios primários e cílios móveis. Ratinhos mutantes para Arl13b têm comprimento dos cílios reduzido e defeitos nos B-túbulos dos cílios. Como consequência destes fenótipos, deficiências na Arl13b originam, em modelos animais, várias doenças congénitas, incluindo problemas no estabelecimento do eixo esquerda-direita, malformações cerebrais e deformações corporais. Nos seres humanos, deficiências na Arl13b levam a uma doença crónica congénita chamada Síndrome de Joubert. Por outro lado, a sobreexpressão de Arl13b origina cílios mais longos, no entanto existe uma ausência da caracterização dos fenótipos celulares e durante o desenvolvimento embrionário. Neste trabalho, quisemos explorar o efeito da sobre-expressão de Arl13b em embriões de peixezebra. Descobrimos que, ao nível ciliar, a sobre-expressão de Arl13b nas células aumenta o comprimento ciliar em cílios primários e móveis, no entanto, a esses cílios falta adequada acetilação da alfa-tubulina no citoesqueleto feito por microtúbulos. Os nossos resultados mostraram que esse efeito é específico de Arl13b sobre-expressão e quando se manipularam as enzimas responsáveis pela acetilação (Mec17) e pela de-acetilação (HDAC6) encontrámos uma sinergia potencial com ambas. Testámos ainda, que o aumento no comprimento ciliar não estava causalmente relacionado com a falta de acetilação, ou seja, os cílios com menos acetilação não eram necessariamente os mais longos. Também mostrámos que a sobre-expressão de Arl13b é capaz de restaurar o comprimento dos cílios em mutantes com cílios curtos e como isso pode ser explorado para um futuro potencial papel terapêutico para Arl13b. Em seguida, foi avaliado o impacto do aumento da quantidade de Arl13b no desenvolvimento embrionário do peixe-zebra. Observou-se que a sobre-expressão de Arl13b apresentava fenótipos muito fracos, quando comparados com a perda de função dos mutantes de Arl13b. Focados no inesperado fenótipo leve no estabelecimento do eixo esquerda-direita abordámos a questão através do estabelecimento de uma colaboração com matemáticos, descobrimos que os cílios mais longos que potencialmente têm a capacidade de movimentar mais fluido são atenuados por amplitudes de batimento menores, e, como resultado, estes longos cílios não prejudicam o movimento do fluido e consequentemente não afetam o estabelecimento dos padrões de esquerda-direita. Sugerimos assim que a Arl13b é um regulador chave, do comprimento ciliar. Descobrimos uma nova interação com as enzimas de acetilação/de-acetilação e levantamos novas hipóteses quanto aos mecanismos moleculares da função da Arl13b. Propomos um novo modelo para o mecanismo molecular da Arl13b na regulação do comprimento dos cílios onde podemos integrar os nossos resultados com os relatados na literatura. Este trabalho adiciona mais conhecimento para o mecanismo de ação da Arl13b e, portanto, fornece uma importante contribuição para o campo da investigação em cílios.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ABSTRACT: Arl13b is an important ciliary protein, present in primary and motile cilia. arl13b-/- mouse mutants have reduced cilia length and cilia B-tubule defects. As a consequence of these phenotypes, Arl13b loss of function animal models suffer from several congenital disorders including left-right problems, brain malformations and body deformations. In humans Arl13b depletion leads to a congenital chronic disease called Joubert Syndrome. On the other hand, overexpressing Arl13b leads to longer cilia but the characterization of the cellular and developmental phenotypes was missing. In this work we explore the effect of Arl13b overexpression in zebrafish embryos. We found that, at the ciliary level, Arl13b overexpression from 1 cell stage produces longer primary and motile cilia, but these cilia lack proper alpha tubulin acetylation of their microtubule cytoskeleton. Our results showed that this effect is specific from Arl13b overexpression and when we manipulated the enzymes responsible for acetylation, Mec17, and de-acetylation, HDAC6, we found a potential synergy of both mec17 knockdown and HDAC6 activity with Arl13b overexpression. We tested that the ciliary increase in length was not causally related to the lack of acetylation, meaning the more de-acetylated cilia were not necessarily the longer ones. We also showed that Arl13b overexpression is able to restore cilia length in short cilia mutants and how that may be explored to a potential future therapeutic role for Arl13b. Next, we evaluated the impact of increasing the amount of Arl13b in zebrafish embryonic development. We observed that Arl13b overexpression presented very mild phenotypes when compared to the loss of function mutants. We focused on the unexpected left-right mild phenotype and by establishing a mathematical modeling collaboration, we found out that the longer cilia generated force was attenuated by smaller beating amplitudes, and as a result, these long cilia were not impairing the cilia generated flow and the establishment of left-right patterning. We suggest that Arl13b is one key cilia length regulator. We disclosed a novel interaction with the acetylation / de-acetylation enzymes and raised new hypothesis as to the mechanisms of Arl13b function. We propose a new model for the Arl13b molecular mechanism of cilia length regulation where we integrate our findings with those reported in the literature. This work adds more knowledge to the Arl13b mechanism of action and therefore provides an important contribution to the cilia research field.

Da modelação matemática à simulação computacional: a experimentação matemática no ensino

Tese de Doutoramento em Ciências (área de especialização em Matemática).

Da modelação matemática à simulação computacional: a experimentação matemática no ensino

Tese de Doutoramento em Ciências (área de especialização em Matemática).