Modelação do transporte e dispersão atmosférica de poluentes produzidos por uma refinaria: estudo de caso

Mestrado em Engenharia Química.Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental

Modelação numérica de edifícios históricos de alvenaria

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Perfil de Construção

Modelação tridimensional de estruturas sujeitas a sismos utilizando o OpenSees

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Estruturas

Análise computacional da evolução da hidromorfologia do Baixo Mondego em resultado da subida do nível do mar

O êxito na previsão das consequências da subida do nível do mar à escala global está dependente de uma correcta análise de todos fenómenos que daí poderão resultar. Neste âmbito, o presente estudo incide sobre o efeito da subida do nível do mar na hidromorfologia de rios, parâmetro que não é com frequência um dado de entrada nas simulações numéricas em estudos e projectos de Hidráulica Fluvial. Desenvolveu-se um modelo computacional na linguagem de programação Fortran (FTN 95), que permite simular a longo prazo a evolução do fundo móvel e da superfície livre de um rio. É um modelo de dinâmica sedimentar, unidimensional, que simula escoamentos em regime quase-permanente e em canais de topografia simples, utilizando a fórmula de Engelund-Hansen para o transporte sólido. O modelo foi aplicado no trecho mais a jusante do Mondego, desde Coimbra até à foz no Atlântico, onde o rio flui na zona do chamado Baixo Mondego, planície aluvial, alvo de grandes alterações antropogénicas, nomeadamente obras de regularização fluvial. As que foram realizadas no séc. XVIII modificaram o original percurso do rio atribuindo-lhe uma topografia simples, mas não resolveram o seu principal problema, o excesso de assoreamento a jusante de Coimbra, tendo como consequência frequentes inundações e cheias. Estas obras colocaram em evidência a grande vulnerabilidade do rio aos problemas de transporte sólido e assoreamento. Mais tarde, em finais do séc. XX, as obras realizadas na sequência do Plano de Aproveitamento do Baixo Mondego vieram, de uma forma integrada, contribuir para o seu equilíbrio hidromorfológico. Actualmente, face à subida do nível do mar volta a colocar-se a questão do assoreamento a jusante de Coimbra. Logo, é importante conhecer as previsões a longo prazo de dinâmica sedimentar deste troço, para a sua adequada gestão. Foram realizadas previsões para 20 cenários num horizonte temporal de 100 anos, todos eles consideram o caudal dominante calculado para o rio e variam de acordo com a subida do nível do mar, o caudal sólido e diâmetro médio dos sedimentos. Os resultados obtidos foram os previstos qualitativamente, isto é, a subida do nível do mar poderá alterar o leito aluvionar, elevando as cotas de fundo e aumentando os volumes de assoreamento.

Desenvolvimento da prótese biomecânica do joelho

Este trabalho teve como objectivo o desenvolvimento em computador de uma prótese transfemural para amputados acima do joelho. A prótese desenvolvida replica a geometria conhecida do movimento de rotação no joelho, possui também um cilindro de amortecimento hidráulico, de modo a proporcionar um movimento mais próximo do fisiológico natural. Deste modo garante-se mais estabilidade nas fases de apoio, e maior segurança e conforto aos amputados durante a sua marcha no dia-a-dia. Para desenvolver a prótese realizou-se a modelação computacional da prótese transfemural no SolidWorks 2008. Para obtenção do movimento humano utilizou-se valores de deslocamentos lineares e angulares dos membros inferiores obtidos no Laboratório da biomecânica “MovLab” da Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias. Para captura do movimento utilizou-se o sistema Vicon de captura de imagem e processamento da cinemática do movimento. Foram registados os valores da força de contacto na passada, através do uso de uma plataforma de forças. Com base no modelo desenvolvido foram realizadas várias simulações de dinâmica inversa, sendo criado dois modelos biomecânico correspondentes a uma pessoa com e sem amputação. Utilizando o movimento capturado por vídeo de uma pessoa a Andar Normal, a Correr e a Saltar, comparou-se os resultados obtidos nas simulações com os valores medidos em laboratório. Para as diferentes simulações os valores obtidos de picos máximos das forças tiveram magnitudes bastantes próximas dos valores obtidos em laboratório, o que indica que a metodologia desenvolvida durante este trabalho representa um bom modelo para estudo e desenvolvimento de próteses.

Características estruturais e mecanísticas da enzima desnitrificante Redutase do Nitrito Citocromo cd1

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Estudo de interações proteína-carbohidrato em sistemas bacterianos

Bacillus subtilis tem a capacidade de utilizar arabinoligossacáridos presentes na parede das células vegetais, através de um consórcios de enzimas envolvidas na hidrólise enzimática dos mesmos. A captação destes carbohidratos por parte do Bacillus subtilis depende de dois transportadores membranares AraE e AraNPQ-MsmX. Após a captação de L-arabinose e arabinoligossacáridos, estes substratos serão metabolizados pelos produtos enzimáticos codificados por genes pertencentes ao operão responsável pela metabolização de arabinose araABDLMNPQabfA. Neste operão, para além dos genes responsáveis pelo transportador AraNPQ, o gene araL determina a síntese de uma enzima com atividade de fosfatase, AraL, que tem putativamente como principal função a destoxificação de intermediários metabólicos fosforilados, em situações particulares. O objectivo deste trabalho consistiu em descobrir quais os determinantes moleculares envolvidos em ambos os processos de reconhecimento molecular, ora o reconhecimento de arabinoligossacáridos por parte da AraN, do ponto de vista dos carbohidratos ora de carbohidratos fosforilados do ponto de vista da AraL. Para elucidar estes processos de reconhecimento molecular proteína-carbohidrato foi utilizada a técnica de RMN, modelação computacional e mutagénese dirigida. No primeiro capitulo são introduzidos conceitos fundamentais para a percepção da ação de ambas as proteínas (AraN e AraL), no organismo Bacillus subtilis. O segundo capitulo, refere-se ao estudo dos mecanismos envolvidos no reconhecimento proteína-carbohidrato através da técnica de STD-RMN para estudar interações do ponto de vista do carbohidrato, bem como abordagens bioinformáticas tais como alinhamentos de sequencia primária e dockings moleculares, para identificar resíduos do ponto de vista da proteína passiveis de se encontrarem envolvidos no reconhecimento molecular, que numa última instância são mutados para se confirmar a sua relevância no processo de reconhecimento molecular do ponto de vista da proteína. Neste capitulo é demonstrado que a AraN é responsável pelo reconhecimento de arabinoligossacáridos e celoligossacáridos. No que diz respeito aos primeiros, a AraN reconhece preferencialmente arabinoligossacáridos com três subunidades, verificando-se a perda de saturação na subunidade não redutora da arabinotetraose. O processo de reconhecimento molecular apresenta uma constante de dissociação com uma ordem de grandeza na ordem dos μM. Do ponto de vista da proteína são identificados resíduos (W253, Y254 e Y54) putativos de se encontrarem também eles envolvidos no reconhecimento molecular do ponto de vista da AraN através de interações CHstacking. Finalmente no terceiro capitulo, é apresentada a optimização da sobrexpressão da AraL, dado que numa primeira fase a sua produção ocorria sob a forma de corpos de inclusão. Para tal são descritas metodologias de solubilização e renaturação da mesmas, com recurso a agentes caotrópicos (ureia e GmdCl) e detergentes (SDS).

Bionanoconjugados catalíticos de tirosinase e nanopartículas de ouro

O presente estudo teve como principal objetivo a preparação de bionanoconjugados de Tirosinase e nanopartículas de ouro (AuNPs) com a finalidade de observar alterações positivas da atividade enzimática relativamente à enzima livre em solução, a partir da determinação dos respetivos parâmetros cinéticos. A atividade específica da tirosinase foi determinada com tirosina, L-3,4-dihidroxifenilalanina (L-DOPA) e 4-metilcatecol, tendo este último sido escolhido como substrato a utilizar no decorrer do restante trabalho experimental devido ao maior número de unidades específicas determinado para este substrato, bem como devido à menor concentração de enzima necessária para a realização dos ensaios. Os ensaios cinéticos com variação da temperatura e pH permitiram concluir que a 30 oC e a pH 6,5 a tirosinase é mais ativa. Os bionanoconjugados foram preparados incubando tirosinase de um dia para o outro com AuNPs. Três diferentes agentes de revestimento foram usados nos estudos: AuNPs sintetizadas revestidas por citrato, funcionalizadas com ácido 11-mercaptoundecanóico (MUA) e funcionalizadas com pentapéptido CALNN. Diferentes razões molares de tirosinase : AuNPs foram estudadas e, apesar da baixa reprodutibilidade dos resultados, os mais consistentes foram obtidos para a razão molar de 120. A conjugação da tirosinase com AuNPs aumentou a afinidade para o substrato e também a eficiência catalítica, em todos os bionanoconjugados, sendo que os melhores resultados foram observados para AuNPs funcionalizadas com CALNN, aumentando cerca de 48% a eficiência catalítica relativamente à tirosinase na sua forma livre em solução. As AuNPs funcionalizadas com citrato apresentaram maior consistência de resultados relativamente ao aumento da velocidade inicial da reacção. A modelação computacional da tirosinase a pH 6,5 revelou que a carga superficial da enzima é maioritariamente negativa, dificultando a adsorção na superfície das AuNPs, podendo esta ocorrer em regiões de maior carga positiva localizadas na subunidade L ou englobando regiões da subunidade H.

Systems biology approaches for the design of novel Saccharomyces cerevisiae winemaking strains for enhanced flavour compounds synthesis

Tese de Doutoramento em Biologia Ambiental e Molecular

Estudo geomecânico do Túnel do Cortado na Ilha da Madeira

O presente trabalho pretende contribuir para o aprofundamento do conhecimento geológico e geotécnico das formações vulcânicas da Ilha da Madeira, com especial destaque para os parâmetros geomecânicos obtidos através de retroanálise, tendo por base as leituras em obra do Túnel do Cortado (Faial, Santana; Madeira). Assim, o trabalho incide inicialmente sobre os túneis rodoviários na Ilha, com principal atenção nas características das suas secções transversais e emboquilhamentos. Segue-se um levantamento de todos os túneis construídos entre os anos de 1990 e 2013. Uma vez terminada esta apresentação, é feita uma caracterização geológica-geotécnica dos maciços da região, com especial atenção para as zonas geotécnicas afetas ao túnel em questão. São ainda abordadas metodologias de classificações geomecânicas, de retroanálise e modelação computacional. Segue-se um processo de retroanálise através do qual foram gerados vários modelos por forma a efetuar uma análise bidimensional das secções do túnel, onde se procurou estabelecer uma relação entre as leituras de obra e os parâmetros de resistência e deformabilidade do maciço em questão. Por fim, os resultados referentes aos parâmetros de resistência obtidos através dos modelos são analisados, procedendo-se à sua comparação com outros estudos existentes para a Ilha.

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).

Modelação do comportamento dinâmico de sistemas barragem-fundação-albufeira: formulação no espaço de estados com amortecimento generalizado

Com este trabalho mostra-se a importância da utilização integrada de modelos numéricos e de resultados da observação do comportamento dinâmico de barragens com vista ao controlo da segurança de sistemas barragem-fundação-albufeira. Neste trabalho utilizou-se o MATLAB para desenvolver um programa de elementos finitos 3D (DySSA 1.0, “Dynamic State Space Analysis”) para análise do comportamento dinâmico de sistemas barragem-fundação-albufeira considerando uma formulação em deslocamentos com a albufeira discretizada em elementos finitos com módulo de distorção nulo. Utiliza-se uma formulação no espaço de estados o que permite considerar amortecimento não proporcional à massa e à rigidez e conduz a modos de vibração complexos. Apresentam-se os fundamentos do método dos elementos finitos na perspetiva da sua implementação computacional para análise dinâmica de estruturas, e apresenta-se sumariamente o programa DySSA 1.0, o qual permite a análise estática e dinâmica de estruturas utilizando elementos finitos tridimensionais isoparamétricos do segundo grau (tipo cubo com 20 pontos nodais), e correspondentes elementos de junta (com 16 pontos nodais, 8 por cada face). O programa foi testado com base na análise dinâmica de uma parede em consola submetida à pressão hidrodinâmica. Os resultados numéricos foram comparados com soluções analíticas e com resultados experimentais obtidos no laboratório de estruturas do ISEL. Descrevem-se os fundamentos da análise dinâmica de estruturas no domínio do tempo, e referem-se os princípios em que se baseiam as metodologias de identificação modal no domínio da frequência. Analisa-se o comportamento dinâmico da barragem do Cabril em termos de frequências naturais e configurações modais, utilizando um modelo 3D representativo do sistema. Os resultados deste modelo numérico são comparados com resultados experimentais obtidos com base no sistema de monitorização dinâmica em contínuo, que foi instalado pelo LNEC em 2008.

Modelação e concepção da carroçaria do veículo eléctrico ecológico (VEECO)

Neste trabalho aborda-se o desenvolvimento da carroçaria do Veículo Eléctrico Ecológico – VEECO recorrendo a tecnologias assistidas por computador. Devido à impossibilidade de abranger toda a temática das tecnologias assistidas por computador, associadas ao desenvolvimento de uma carroçaria automóvel, o foco deste trabalho assenta no processo de obtenção de um modelo digital válido e no estudo do desempenho aerodinâmico da carroçaria. A existência de um modelo digital válido é a base de qualquer processo de desenvolvimento associado a tecnologias assistidas por computador. Neste sentido, numa primeira etapa, foram aplicadas e desenvolvidas técnicas e metodologias que permitem o desenvolvimento de uma carroçaria desde a sua fase de “design” até à obtenção de um modelo digital CAD. Estas abrangem a conversão e importação de dados, a realização de engenharia inversa, a construção/reconstrução CAD em CATIA V5 e a preparação/correcção de modelos CAD para a análise numérica. Numa segunda etapa realizou-se o estudo da aerodinâmica exterior da carroçaria, recorrendo à ferramenta de análise computacional de fluidos (CFD) Flow Simulation da CosmosFloworks integrado no programa SolidWorks 2010. Associado à temática do estudo aerodinâmico e devido à elevada importância da validação dos resultados numéricos por meio de dados experimentais, foi realizado o estudo de análise dimensional que permite a realização de ensaios experimentais à escala, bem como a análise dos resultados experimentais obtidos.

Modelação térmica e de tensões residuais de soldadura de metais duros

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica