Anodes for protonic ceramic fuel cells (PCFCs)

One of the more promising possibilities for future “green” electrical energy generation is the protonic ceramic fuel cell (PCFC). PCFCs offer a low-pollution technology to generate electricity electrochemically with high efficiency. Reducing the operating temperature of solid oxide fuel cells (SOFCs) to the 500-700°C range is desirable to reduce fabrication costs and improve overall longevity. This aim can be achieved by using protonic ceramic fuel cells (PCFCs) due to their higher electrolyte conductivity at these temperatures than traditional ceramic oxide-ion conducting membranes. This thesis deals with the state of the art Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anodes for PCFCs. The study of PCFCs is in its initial stage and currently only a few methods have been developed to prepare suitable anodes via solid state mechanical mixing of the relevant oxides or by combustion routes using nitrate precursors. This thesis aims to highlight the disadvantages of these traditional methods of anode preparation and to, instead, offer a novel, efficient and low cost nitrate free combustion route to prepare Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anodes for PCFCs. A wide range of techniques mainly X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), environmental scanning electron microscopy, (ESEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were employed in the cermet anode study. The work also offers a fundamental examination of the effect of porosity, redox cycling behaviour, involvement of proton conducting oxide phase in PCFC cermet anodes and finally progresses to study the electrochemical performance of a state of the art anode supported PCFC. The polarisation behaviour of anodes has been assessed as a function of temperature (T), water vapour (pH2O), hydrogen partial pressures (pH2) and phase purity for electrodes of comparable microstructure. The impedance spectra generally show two arcs at high frequency R2 and low frequency R3 at 600 °C, which correspond to the electrode polarisation resistance. Work shows that the R2 and R3 terms correspond to proton transport and dissociative H2 adsorption on electrode surface, respectively. The polarization resistance of the cermet anode (Rp) was shown to be significantly affected by porosity, with the PCFC cermet anode with the lowest porosity exhibiting the lowest Rp under standard operating conditions. This result highlights that porogens are not required for peak performance in PCFC anodes, a result contrary to that of their oxide-ion conducting anode counterparts. In-situ redox cycling studies demonstrate that polarisation behaviour was drastically impaired by redox cycling. In-situ measurements using an environmental scanning electron microscopy (ESEM) reveal that degradation proceeds due to volume expansion of the Ni-phase during the re-oxidation stage of redox cycling.The anode supported thin BCZY44 based protonic ceramic fuel cell, formed using a peak performing Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anode with no porogen, shows promising results in fuel cell testing conditions at intermediate temperatures with good durability and an overall performance that exceeds current literature data.

Sensores de oxigénio para uso industrial

O presente trabalho incidiu sobre uma família de eletrólitos sólidos cerâmicos à base de óxido de zircónio, incluindo ainda óxido de magnésio como dopante, normalmente designados de Mg-PSZ (zircónia parcialmente estabilizada com magnésia). Dependendo da composição e condições de processamento (perfil de sinterização) estes materiais podem exibir interessantes combinações de propriedades mecânicas, térmicas e elétricas que permitem a sua utilização no fabrico de sensores de oxigénio para metais fundidos. O uso de sensores é hoje essencial numa lógica de controlo de processo e eficiência energética. No sentido de tentar compreender como influenciar estas propriedades, exploraram-se diversos níveis de dopante (de 2,5 até 10 mol%, com acréscimos de 2,5 mol% de MgO), diversas velocidades de arrefecimento (2, 3 e 5 °C.min-1) a partir de uma condição igual de patamar de sinterização (1700 °C, 3 horas), e ainda alguns ciclos de sinterização mais complexos, com patamares intermédios inseridos no processo de arrefecimento, com o objetivo de tentar alterar os processos de nucleação e crescimento de fases. Na realidade, as transformações de fases a que este tipo de materiais se encontra sujeito (cúbica  tetragonal  monoclínica, para temperaturas decrescentes), possuem diferentes velocidades características (uma é difusiva a outra displaciva), permitindo este tipo de condicionamento. Os materiais obtidos foram alvo de caracterização estrutural e microestrutural, complementada por um conjunto de outras técnicas de caracterização física como a espectroscopia de impedância, dilatometria e dureza. Os resultados obtidos confirmam a complexidade das relações entre processamento e comportamento mas permitiram identificar condições de potencial interesse prático para as aplicações em vista.

Validação da impedância bioelétrica para determinação da composição corporal em mulheres no período pós parto

O período pós-parto pode ser considerado a fase em que a mulher está exposta a retenção de massa corporal (MC) e desenvolvimento da obesidade. Na maioria das situações valorizam-se mais a perda de MC e pouco se conhece a respeito dos componentes que estão sendo mobilizados. Desta forma, há interesse de se validar técnicas acessíveis, como a impedância bioelétrica (BIA), que possam ser aplicadas no acompanhamento nutricional destas mulheres. O presente estudo teve como objetivo validar diferentes modelos de impedância bioelétrica (BIA) para a determinação da composição corporal em mulheres pós-parto tendo como ?padrão ouro? a técnica de absorciometria de dupla energia de raio X(DXA). A amostra foi composta por 46 mulheres no período pós-parto com idade acima de 18anos, inicialmente recrutadas e convidadas a participar da pesquisa, logo após o parto, para posteriormente serem avaliadas. A composição corporal (CC) foi mensurada através de três aparelhos distintos de BIA: RJL , BIO e Tanita e pela DXA. Os componentes101450BC 533corporais medidos foram: massa livre de gordura (MLG), massa gorda (MG) e percentual degordura corporal (%GC). Na análise estatística foram calculadas as médias e desvio-padrãodas variáveis contínuas. A concordância entre os componentes corporais determinados pelaDXA e cada BIA foi avaliada pelo método de Bland & Altman e pelo coeficiente decorrelação de concordância (CCC). Para comparação de médias das variáveis obtidas por BIAe DXA para cada faixa de índice de massa corporal (IMC), foi aplicada a ANOVA e oadotado o teste post-hoc de Tukey. O nível de significância adotado foi de 95% (p=0,05). Amédia ( desvio padrão) de idade foi de 25,5 4,6 anos, a MC de 73,6 12,2kg, o IMC de28,7 4,3kg/m, a MG de 29,87,4kg, a MLG de 43,25,7kg e o %GC de 41,84,3%,obtidos pelo DXA. Ao comparar-se os resultados dos diferentes equipamentos com o método padrão-ouro, verificou-se que houve diferença significativa entre a DXA e as BIA para todos componentes corporais, com exceção da MG fornecida pelo RJL (27,1Kg) e TAN (27,1Kg)em relação à DXA (29,8Kg). Os resultados mostraram haver uma boa reprodutibilidade emrelação aos aparelhos de BIA TAN (r=0,74; r=0,90) e RJL (r=0,78; r=0,89) para MLG e MG.Verificou-se que os equipamentos de BIA TAN e RJL forneceram estimativas semelhantes em relação à MLG, MG e %GC. Em relação aos valores da DXA o equipamento que mais se aproximou foi a TAN e o RJL quando avaliada a MG considerando todas as mulheres, mas quando estratificadas segundo o IMC, a análise foi mais acurada em mulheres obesas.Entretanto, a concordância não foi satisfatória entre os componentes corporais fornecidos pelas BIA em relação à DXA. As BIAs avaliadas no presente estudo subestimaram o %GC e superestimaram a MLG para esse grupo de mulheres no período pós-parto. Conclui-se que as BIA avaliadas não são recomendadas para avaliação da CC neste grupo de mulheres no período pós-parto.

Aperfeiçoamento do algoritmo algébrico sequencial para a identificação de variações abruptas de impedância acústica via otimização

Neste trabalho são utilizados a técnica baseada na propagação de ondas acústicas e o método de otimização estocástica Luus-Jaakola (LJ) para solucionar o problema inverso relacionado à identificação de danos em barras. São apresentados o algoritmo algébrico sequencial (AAS) e o algoritmo algébrico sequencial aperfeiçoado (AASA) que modelam o problema direto de propagação de ondas acústicas em uma barra. O AASA consiste nas modificações introduzidas no AAS. O uso do AASA resolve com vantagens o problema de identificação de danos com variações abruptas de impedância. Neste trabalho são obtidos, usando-se o AAS-LJ e o AASA-LJ, os resultados de identificação de cinco cenários de danos. Três deles com perfil suave de impedância acústica generalizada e os outros dois abruptos. Além disso, com o objetivo de simular sinais reais de um experimento, foram introduzidos variados níveis de ruído. Os resultados alcançados mostram que o uso do AASA-LJ na resolução de problemas de identificação de danos em barras é bastante promissor, superando o AAS-LJ para perfis abruptos de impedância.

Avaliação da técnica de impedância bioelétrica na identificação das alterações da composição corporal em mulheres no período pós-parto

Este trabalho teve como objetivo verificar se a técnica de impedância bioelétrica (IB) identifica as modificações da composição corporal em mulheres no período pós-parto. Participaram do estudo 47 mulheres (≥ 18 anos), nas quais foram avaliadas massa livre de gordura (MLG), massa gorda (MG) e percentual de gordura corporal (%GC) pelos equipamentos IB_Tanita BC 533; IB_RJL 101 e por absorciometria de raio X de dupla energia (DXA). Todas as avaliações foram feitas no mesmo dia. Posteriormente, as mulheres foram categorizadas em dois grupos: com perda ponderal (n= 24) e com ganho ponderal (n= 22). Os valores médios das alterações da composição corporal (CC), foram comparados intra-métodos e em relação ao método padrão-ouro (DXA) através de teste T-pareado. A concordância entre as diferenças das alterações da CC obtidas pelas IB e DXA foi avaliada pelo método de Bland & Altman e pelo coeficiente de correlação intraclasse (CCI). A média  desvio padrão de idade foi de 26,7  5,2 anos e o tempo médio da captação no pós-parto para a primeira avaliação foi de 2,6  2,0 meses e 8,0  2,7 meses para a segunda avaliação. A média de massa corporal (MC) foi de 74,6  11,4 kg na primeira avaliação e 75,1  12,6 kg na segunda avaliação, correspondendo a um valor de índice de massa corporal (IMC) de 28,8  4,0 kg/m2 e 29,0  4,6 kg/m2, respectivamente. O %GC medido pela DXA foi de 40,1  4,9 % para a primeira avaliação e de 41,0  5,2 %, para a segunda avaliação, representando uma MG de 30,2  6,6 kg e de 30,9  8,0 kg, respectivamente. Ambas as IB subestimaram a alteração do % GC (-0,7 % para IB_Tanita e -1,1% para IB_RJL) e MG (-0,6 kg para IB_Tanita e -1,0 kg IB_RJL) em relação ao DXA. Por sua vez, as alterações de MLG foram superestimadas 0,8 kg pela IB_Tanita e 1,0 kg IB_RJL. Houve boa concordância (CCI ≥ 0,75) entre as alterações identificadas para MG pela IB_Tanita e por DXA e satisfatória pela IB_RJL. Dessa forma o presente estudo verificou um desempenho satisfatório da técnica de IB em identificar as alterações da MG gorda e que a IB_Tanita mostrou-se melhor que a IB_RJL na estimativa da alteração desse componente corporal nesse grupo de mulheres pós-parto.

Corrosão de aços inoxidáveis empregando mapas de impedância

Os aços inoxidáveis correspondem a aços com diferenças de composição e microestrutura. Desta forma, o comportamento em corrosão é consequentemente diferente. Para avaliar este aspecto, aços com PREN variando de aproximadamente 11 a 35% foram analisados por curvas de polarização. A motivação principal desse trabalho foi avaliar o comportamento de cada aço inoxidável com uso de diferentes técnicas (impedância eletroquímica e circuitos elétricos equivalentes) e também na nova técnica de mapas de impedância, da influência do PREN na corrosão em meio de 3,5% NaCl a 25C. A partir dessas curvas, os potenciais de pites e de densidade de corrente de corrosão foram obtidos. Além disto, foram empregados mapas de diagrama de impedância eletroquímica para visualizar o efeito do potencial aplicado, desde o potencial catódico até além do potencial de pite desses aços. Pôde-se observar que o módulo de impedância se reduz abruptamente quando surge o pite. Ademais, há uma alteração do ângulo característico para frequências da ordem de 1 kHz. Para dois aços inoxidáveis, UNS S30400 e UNS S31600, foram utilizados os diagramas de impedância obtidos dos mapas e estimados a evolução dos parâmetros relacionados a um circuito elétrico equivalente para potenciais aplicados.

Localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia : uma metodologia baseada em redes neurais artificiais

O presente trabalho apresenta uma nova metodologia de localização de faltas em sistemas de distribuição de energia. O esquema proposto é capaz de obter uma estimativa precisa da localização tanto de faltas sólidas e lineares quanto de faltas de alta impedância. Esta última classe de faltas representa um grande problema para as concessionárias distribuidoras de energia elétrica, uma vez que seus efeitos nem sempre são detectados pelos dispositivos de proteção utilizados. Os algoritmos de localização de faltas normalmente presentes em relés de proteção digitais são formulados para faltas sólidas ou com baixa resistência de falta. Sendo assim, sua aplicação para localização de faltas de alta impedância resulta em estimativas errôneas da distância de falta. A metodologia proposta visa superar esta deficiência dos algoritmos de localização tradicionais através da criação de um algoritmo baseado em redes neurais artificiais que poderá ser adicionado como uma rotina adicional de um relé de proteção digital. O esquema proposto utiliza dados oscilográficos pré e pós-falta que são processados de modo que sua localização possa ser estimada através de um conjunto de características extraídas dos sinais de tensão e corrente. Este conjunto de características é classificado pelas redes neurais artificiais de cuja saída resulta um valor relativo a distância de falta. Além da metodologia proposta, duas metodologias para localização de faltas foram implementadas, possibilitando a obtenção de resultados comparativos. Os dados de falta necessários foram obtidos através de centenas de simulações computacionais de um modelo de alimentador radial de distribuição. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade do uso da metodologia proposta para localização de faltas em sistemas de distribuição de energia, especialmente faltas de alta impedância.

Análise estatística de impedância da pele

In this work we analyze the skin bioimpedance statistical distribution. We focus on the study of two distinct samples: the statistics of impedance of several points in the skin of a single individual and the statistics over a population (many individuals) but in a single skin point. The impedance data was obtained from the literature (Pearson, 2007). Using the Shapiro-Wilk test and the assymmetry test we conclude that the impedance of a population is better described by an assymetric and non-normal distribution. On the other side, the data concerning the individual impedance seems to follow a normal distribution. We have performed a goodnes of fitting test and the better distribution to fit the data of a population is the log-normal distribution. It is interesting to note that our result for skin impedance is in simtony with body impedance from the literature of electrical engeneering. Our results have an impact over the statistical planning and modelling of skin impedance experiments. Special attention we should drive to the treatment of outliers in this kind of dataset. The results of this work are important in the general discussion of low impedance of points of acupuncture and also in the problem of skin biopotentials used in equipments like the Electrodermal Screen Tests.

Análise do vetor de impedância bioelétrico na avaliação da suplementação de zinco em crianças prepuberais e sadias

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Implementação de um algoritmo para a análise de curtos-circuitos de alta impedância baseado no fluxo de carga soma de potências

This work has as main objective to show all the particularities regarding the Three-phase Power Summation Method, used for load flow calculation, in what it says respect to the influence of the magnetic coupling among the phases, as well as to the losses presented in all the existent transformers in the feeder to be analyzed. Besides, its application is detailed in the study of the short-circuits, that happen in the presence of high impedance values, which possess a problem, that is its difficult detection and consequent elimination on the part of common devices of protection. That happens due to the characteristic presented by the current of short¬ circuit, in being generally of the same order of greatness that the load currents. Results of simulations accomplished in several situations will be shown, objectifying a complete analysis of the behavior of the proposed method in several types of short-circuits. Confront of the results obtained by the method with results of another works will be presented to verify its effectiveness

Diagnóstico da otite média em cães: comparação entre radiografia convencional, canalografia e audiometria de impedância

Radiography (conventional and contrasted - canalography) and audioelectrophysiologic (impedance audiometry) tests were correlated with otitis media in 12 middle ear affected and 12 healthy dogs. When comparing both diagnostic methods, it was found that the reliability in the detection of otitis media in dogs was 100% for the first and 58.3-60.0% for the latter. Thus, it was possible to attest that the impedance audiometry was the most accurate method in the identification of otitis media in dogs when compared with radiographic assessments.

Estimativa da composição corporal e análise de concordância entre analisadores de impedância bioelétrica bipolar e tetrapolar

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Espectroscopia de impedância no laboratório de ensino

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caracterização e estudo da corrosão do amálgama dentário Dispersalloy por meio das técnicas de polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Espectroscopia de impedância eletroquímica aplicada ao estudo das reações heterogêneas em ânodos dimensionalmente estáveis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)