Filmes de nanocompósitos de polímero condutor, nanopartículas de argila e nanopartículas de ouro para aplicação em sensores ambientais

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

Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

Uma nova área tecnológica está em crescente desenvolvimento. Esta área, denominada de internet das coisas, surge na necessidade de interligar vários objetos para uma melhoria a nível de serviços ou necessidades por parte dos utilizadores. Esta dissertação concentra-se numa área específica da tecnologia internet das coisas que é a sensorização. Esta rede de sensorização é implementada pelo projeto europeu denominado de Future Cities [1] onde se cria uma infraestrutura de investigação e validação de projetos e serviços inteligentes na cidade do Porto. O trabalho realizado nesta dissertação insere-se numa das plataformas existentes nessa rede de sensorização: a plataforma de sensores ambientais intitulada de UrbanSense. Estes sensores ambientais que estão incorporados em Data Collect Unit (DCU), também denominados por nós, medem variáveis ambientais tais como a temperatura, humidade, ozono e monóxido de carbono. No entanto, os nós têm recursos limitados em termos de energia, processamento e memória. Apesar das grandes evoluções a nível de armazenamento e de processamento, a nível energético, nomeadamente nas baterias, não existe ainda uma evolução tão notável, limitando a sua operacionalidade [2]. Esta tese foca-se, essencialmente, na melhoria do desempenho energético da rede de sensores UrbanSense. A principal contribuição é uma adaptação do protocolo de redes Ad Hoc OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) para ser usado por nós alimentados a energia renovável, de forma a aumentar a vida útil dos nós da rede de sensorização. Com esta contribuição é possível obter um maior número de dados durante períodos de tempo mais longos, aproximadamente 10 horas relativamente às 7 horas anteriores, resultando numa maior recolha e envio dos mesmos com uma taxa superior, cerca de 500 KB/s. Existindo deste modo uma aproximação analítica dos vários parâmetros existentes na rede de sensorização. Contudo, o aumento do tempo de vida útil dos nós sensores com recurso à energia renovável, nomeadamente, energia solar, incrementa o seu peso e tamanho que limita a sua mobilidade. Com o referido acréscimo a determinar e a limitar a sua mobilidade exigindo, por isso, um planeamento prévio da sua localização. Numa primeira fase do trabalho analisou-se o consumo da DCU, visto serem estes a base na infraestrutura e comunicando entre si por WiFi ou 3G. Após uma análise dos protocolos de routing com iv suporte para parametrização energética, a escolha recaiu sobre o protocolo OLSR devido à maturidade e compatibilidade com o sistema atual da DCU, pois apesar de existirem outros protocolos, a implementação dos mesmos, não se encontram disponível como software aberto. Para a validação do trabalho realizado na presente dissertação, é realizado um ensaio prévio sem a energia renovável, para permitir caracterização de limitações do sistema. Com este ensaio, tornou-se possível verificar a compatibilidade entre os vários materiais e ajustamento de estratégias. Num segundo teste de validação é concretizado um ensaio real do sistema com 4 nós a comunicar, usando o protocolo com eficiência energética. O protocolo é avaliado em termos de aumento do tempo de vida útil do nó e da taxa de transferência. O desenvolvimento da análise e da adaptação do protocolo de rede Ad Hoc oferece uma maior longevidade em termos de tempo de vida útil, comparando ao que existe durante o processamento de envio de dados. Apesar do tempo de longevidade ser inferior, quando o parâmetro energético se encontra por omissão com o fator 3, a realização da adaptação do sistema conforme a energia, oferece uma taxa de transferência maior num período mais longo. Este é um fator favorável para a abertura de novos serviços de envio de dados em tempo real ou envio de ficheiros com um tamanho mais elevado.

Monitorização de provas de educação física

O presente trabalho tem por objectivo desenvolver um sistema de monitorização de provas de educação física e do ambiente circundante. Neste projecto desenvolveu-se um protótipo para uma Rede de Sensores Sem Fios (RSSF) que realiza a monitorização, em tempo real, do esforço e desempenho da actividade física dos atletas e das características físicas do ambiente. Estudou-se o funcionamento das RSSF, baseadas no protocolo ZigBee, e foram desenvolvidos módulos de monitorização de atletas e ambiente que integram esta tecnologia como meio de comunicação. O módulo de monitorização de atletas é composto por acelerómetro, sensor de batimento cardíaco e GPS. Inclui um serviço de localização secundário a partir do received signal strenght indicator (RSSI) caso o serviço de GPS estiver indisponível. O módulo de monitorização ambiental é composto por vários sensores que monitorizam: humidade, temperatura, luminosidade, monóxido de carbono, dióxido de carbono e oxigénio. Cada módulo de monitorização ambiental foi munido com Bluetooth, por forma a que os atletas, sempre que no alcance da rede, possam com o próprio telemóvel consultar o valor actual dos parâmetros ambientais e a sua localização. Estes dados são medidos e transmitidos periodicamente, em tempo real, pela rede ZigBee para uma estação base acoplada a um computador. Os dados são armazenados e processados e os resultados são disponibilizados através de uma aplicação no computador local e de uma página na Internet. Neste trabalho verifica-se que a RSSF, que utiliza o protocolo ZigBee, é capaz de realizar comunicação entre atletas, sensores ambientais e computador com baixo consumo energético, optimizando a autonomia pretendida. Este sistema de RSSF integrado com a tecnologia sensorial actual, permite o desenvolvimento de módulos com um elevado nível de funcionalidades em dimensões relativamente reduzidas.

Aplicabilidade da voltametria de pulso diferencial na quantificação de ácido fólico e ácido oxálico: um método comparativo

The development of more selective and sensitive analytical methods is of great importance in different areas of knowledge, covering, for example, food, biotechnological, environmental and pharmaceutical sectors. The study aimed to employ the technique electroanalytical differential pulse voltammetry (DPV) as an innovative and promising alternative for identification and quantification of organic compounds. The organic compounds were investigated in this study oxalic acid (OA) and folic acid (FA). The electrochemical oxidation of oxalic acid has been extensively studied as a model reaction in the boundary between the organic and inorganic electrochemistry. Since the AF, an essential vitamin for cell multiplication in all tissues, which is essential for DNA synthesis. The AF has been investigated using analytical techniques, liquid chromatography and molecular absorption spectrophotometry. The results obtained during the experimental procedure indicated that the process of electrochemical oxidation of oxalic acid is strongly dependent on the nature of the anode material and the oxidation mechanism, which affects their detection. Efficient removal was observed in Ti/PbO2 anodes, graphite, BDD and Pt 90, 85, 80 and 78% respectively. It was also shown that the DPV employing glassy carbon electrode offers a fast, simple, reliable and economical way to determine the AO during the process of electrochemical oxidation. Furthermore, electroanalytical methods are more expensive than commonly used chromatographic analysis and other instrumental methods involving toxic reagents and higher cost. Compared with the classical method of titration and DPV could be a good fit, confidence intervals and detection limits confirming the applicability of electroanalytical technique for monitoring the degradation of oxalic acid. For the study of AF was investigated the electrocatalytic activity of the carbon paste electrode for identification and quantification in pharmaceutical formulations by applying the DPV. The results obtained during the experimental procedure showed an irreversible oxidation peak at 9.1 V characteristic of FA. The carbon paste sensor showed low detection limit of 5.683×10−8 mol L-1 reducing matrix effects. The spectrophotometric analysis showed lower concentrations of HF compared with those obtained by HPLC and DPV. The levels of AF were obtained according to the methodology proposed by the Brazilian Pharmacopoeia. The electroanalytical method (DPV) proposed is cheaper than GC analysis commonly used by the pharmaceutical industry. The results demonstrated the potential of these electroanalytical techniques for future applications in environmental, chemical and biological sensors

Desenvolvimento de sensores eletroquímicos e métodos de extração em fase sólida baseados em sistemas biomiméticos para análise de poluentes ambientais

Pós-graduação em Química - IQ

Sensores em fibra óptica para monitorização ambiental

Fruto da crescente preocupação face à bioacumulação e bioconcentração de poluentes e conscientização dos efeitos do aquecimento global, nos últimos anos têm sido adoptadas inúmeras acções e medidas que visam o controlo de parâmetros indicadores da qualidade do meio, a detecção de substâncias potencialmente perigosas e a promoção/utilização de energias alternativas não poluentes. Neste âmbito, a monitorização em tempo real revela-se fundamental para a análise contínua do equilíbrio dos ecossistemas. Neste contexto, os sensores de fibra óptica, mais concretamente os sensores químicos em fibra óptica possuem um conjunto de características, como por exemplo a miniaturização, baixo custo, versatilidade, biocompatibilidade, capacidade de monitorização remota, que representam uma alternativa tecnológica e economicamente viável. Por outro lado, a utilização de redes de difracção em sensores de fibra óptica, é em adição uma mais-valia para este tipo de sistemas, as redes de período longo pela sua sensibilidade intrínseca ao índice de refracção, e as redes de Bragg pela sua facilidade de interrogação e facilidade de multiplexagem. A presente dissertação tem por objectivo o estudo, desenvolvimento e análise de sensores em fibra óptica para monitorização de espaços ambientais. O presente documento encontra-se organizado em cinco capítulos. O capítulo 1 faz um enquadramento dos sensores de fibra óptica para monitorização ambiental dando relevo aos sensores químicos em fibra óptica. No capítulo 2 expõe-se o conjunto de conceitos necessários para a compreensão do trabalho. A começar pelas redes de difracção em fibra óptica e a suas potencialidades como elementos sensores. Algumas configurações foram detalhadas assim como alguns princípios para interrogação das mesmas. A medição multi-parâmetro e o fabrico de membranas de sensibilidade selectiva são também abordados. O Capitulo 3 refere a primeira configuração desenvolvida, trata-se de um sensor interferométrico baseado numa cavidade Fabry-Pérot, constituído por uma rede de Bragg e a reflectividade da ponta da fibra. O objectivo do sensor é a monitorização do ácido acético e outras espécies carboxílicas em bioreactores. Para tornar a configuração sensível ao ácido foi aplicado um revestimento de Silane-PVP à extremidade da fibra. A configuração sensora demonstrada aufere de características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, não utilização de indicadores, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capítulo 4 apresenta a segunda configuração desenvolvida que tem por objectivo a medição simultânea de salinidade e temperatura. A medição de salinidade é baseada no índice de refracção. Trata-se de um sensor de intensidade auto-referenciado, baseado em três redes de difracção. Uma rede de período longo sensível ao índice de refracção e temperatura e duas redes de Bragg, para interrogação da da rede de período longo e compensação de temperatura. Para discriminação dos parâmetros de interesse foi utilizado o método matricial. A configuração exposta exibe características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, discriminação de índice de refracção e temperatura, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capitulo 5 contém as conclusões e comentários finais ao trabalho. No final da tese seguem-se os anexos, onde se encontram as publicações e comunicações resultantes do trabalho realizado.

WISE-MANager: criação e gestão de sessões colaborativas em redes de sensores sem fio

As redes de sensores sem fios (WSN- WSN-Wireless Sensor Network) utilizam um grande número de dispositivos sem fios (sensores), que são de baixo custo e equipados com interfaces wireless. Utilizam um conjunto de sensores autónomos que colaboram entre si para efectuar a monitorização das condições ambientais, tais como: temperatura, oxigénio, luz, humidade, pressão, gases poluentes, entre outras. Estas redes podem operar durante largos períodos de tempo, sem intervenção humana, sendo que esse tempo depende do nível de bateria desses nós. De modo a que os gestores de um Museu possam gerir de forma mais adequada as obras de arte e arquivos históricos, surge o projecto WISE-MUSE – Environmental Monitoring based on Wireless Sensor Networks, que permite implementar soluções para a monitorização museológica, com a utilização de redes de sensores sem fios. Actualmente, a colaboração entre o utilizador e a WSN é muito ténue, sendo que apenas existe colaboração entre os nós sensores. De forma a aumentar esta colaboração, e no âmbito do projecto WISE-MUSE surge o CWSN – Collaborative Wireless Sensor Network Model, que define um modelo de colaboração na rede de sensores sem fios, permitindo a utilização de sessões colaborativas para a monitorização da rede. Com o intuito de obter o máximo rendimento da rede, é necessário definir qual o deployment a utilizar. O tipo de deployment de uma WSN é a forma como os nós são distribuídos pela rede. Em zonas longínquas, ou de difícil acesso, os nós são colocados de forma aleatória, por exemplo, caiem de um avião. Nos locais de fácil acesso, podem ser colocados no local exacto. Portanto, este projecto de Mestrado de Engenharia Informática apresenta duas contribuições principais: (i) um estudo de propagação no Museu da Baleia; e; (ii) o WISE-MANager, um sistema de gestão de sessões colaborativas. De forma a definir qual o deployment da rede a instalar no Museu da Baleia, será apresentado um estudo de propagação do sinal empírico, que determinou a melhor posição física dos nós, para que a rede tenha uma boa performance. O sistema WISE-MANager permite a criação, monitorização e gestão de sessões colaborativas numa WSN baseada no protocolo Zigbee. O intuito da utilização de sessões colaborativas é proporcionar uma melhor interacção entre o utilizador e a WSN, visto que o utilizador pode personalizar o tipo de monitorização a efectuar (por nó sensor, por fenómeno ou por intervalo de tempo), e interrogar à rede e aos seus componentes, aumentando assim a flexibilidade da WSN.A gestão de redes de sensores sem fios é muito importante para que o utilizador tenha controlo sobre a mesma ao saber quais os dispositivos da rede, assim como o seu nível de energia. Por tanto, através de WISE-MANager, os gestores do Museu serão capazes de analisar a rede, detectar eventuais problemas e obter parâmetros específicos.

Análise caracterização da dinâmica da Foz do Rio Apodi, região de Areia Branca/RN, com base na cartografia temática multitemporal de produtos de sensores remotos

The study area islocated in the northern cost of Rio Grande do Norte State, preciselyin a west zone of Apodi-Mossoró River, inclunding Tibau City, Grossos City and part of Mossoró City. Geologicaly, this area is composed by rokcs of Potiguar basin, represented by Cretaceous, Tertiary and Quaternary sediments. This area is characterizer by the intense action of cosatal processes (eolic and costal tranports, generalized erosion, alteration in the sediments balance and coast modification), reponsable for it´s morfological instability, also the antropic interference, where the iol industry is located, next Mossoró City, and also the salt exploration industry and the tendency of expantion of shrimp cultivation. This report had as objective the multitemporalgeoenvorimentalmonitoring of the region by recognizingin the field and analizingimages of orbital sensors of diferents years of last four decades. This analisys was achieved by Digital Images Procesing (DIP) thecnics, com subsidized, in a GIS, the preparion of Thematic Maps of natural resources (Geology, Geomorphology and Use & Ocupatios of Earth) and the Envorimental Sensivity to Oil Spilling, main objective os this project. Such technics constitute important tools of envoriment monitoring and maneging, indicating tendencies of antropic of natural growing, making possible the apropiated planning of development of the region, where the steps can be indicated minimized possibles envorimental impacts caused by antropics interferencies on the region, mainly those related to industrial activities, and oil industry above all. Researchs of this nature are very important to the analisys and ordered manegements of use and ocupation of coastal places

A erosão costeira e sua influência sobre a atividade petrolífera: alternativas sustentáveis na mitigação de impactos ambientais

The study area consist in high sensitivity environments located on the northern coast of Rio Grande do Norte, Northeast Brazil. The barrier island are the main geomorphological features on the coastal landscape, being naturally instable and surrounded by industrial activities like oil fields, salt industry, shrimp farms and urban areas sometimes installed parallel to the coast, combined with coast engineering interventions. High energy hydrodynamic process are responsible for the morphological instability of the coast. The study was based on remote sensing data obtained between 1954 and 2007 which consist in orbital images from Landsat, CBERS and Ikonos satellites and aerial photos. With all data integrated on GIS environment it was possible to update thematic maps of geology, geomorphology, vegetation, soil and landuse and development of multitemporal maps pointing areas with erosion and depositions of sediments, defining the critical erosion process on this region. The bigger morphological changes are related to changes on wind patterns during the year, terrestrial and sea breezes during the day, with spits and barrier island migration, opening and closing of channels like the one parallel to the coast on the area of Serra and Macau oil fields. These factors combined with the significant reduction on sediment budgets due to the loss of natural spaces to sediment reworking contribute to the low resilience which tends to be growing on the area of Serra and Macau oil fields. In front of such scenery a detailed monitoring was done in order to find technological possibilities for coastal restoration. A pilot area was defined to start the project of mangrove restore together with beach nourishment in order to minimize the effect of the erosion caused by the channel parallel to the coast, contributing to stabilize the northeast channel as the main one. It s expected that such methodology will aid the coastal environments restoration and the balance between industrial activities and coastal erosion

Efeito das condições ambientais no nível de ruído emitido por leitões

Objetivou-se, com este trabalho, avaliar a influência das variáveis ambientais nos níveis de ruídos emitidos por suínos e quantificar as faixas em dB comparativamente às condições de conforto térmico estabelecidas pela literatura. O experimento foi conduzido em câmara climática, onde foram alojados cinco leitões em fase de creche, submetidos à variação na temperatura ambiente de 20°C a 38°C e umidade relativa de 50% a 80%. Decibelímetros foram instalados para o registro dos níveis de ruídos e sensores dataloggers para os dados de temperatura e umidade relativa. O nível de atividade foi utilizado para quantificar a movimentação dos animais por intermédio de análise de imagens. Análises de correlação e regressão foram aplicadas nos dados para análise estatística. As variáveis ambientais influenciam na emissão de ruídos pelos leitões quando expostos a diferentes condições térmicas. Os níveis de ruídos foram estabelecidos em faixas de acordo com a condição térmica a que animais foram submetidos. Para a condição de conforto (20 a 23°C), níveis de ruídos na faixa de 70 a 75dB; condição de alerta (23 a 30°C), níveis de ruídos na faixa de 60 a 70dB e para condição de estresse térmico (acima de 30°C), na faixa de 55 a 60dB.

Evolução geomorfológica e mudanças ambientais no megaleque do Nabileque, quaternário do Pantanal mato-grossense

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influência da Cultura do Pimentão (capsicum Annuum L.) Nos Elementos Ambientais em Ambiente Protegido

No presente trabalho foram avaliados os elementos ambientais: temperatura do solo, temperatura e umidade relativa do ar, nas condições de ambiente protegido (coberto com polietileno) e de campo, num período sem cultura (solo sem cobertura vegetal) e num outro com a cultura do pimentão, em anos diferentes, nas condições climáticas de Botucatu, SP. O híbrido de pimentão utilizado foi o Margarita, que apresenta frutos vermelhos quando maduros. A temperatura do solo foi monitorada por dois sensores eletrônicos instalados a 0,1m de profundidade, sendo um na condição de ambiente protegido e outro na condição de campo, e a temperatura e umidade do ar foram monitoradas por dois sensores eletrônicos instalados a 2m de altura (ambiente protegido e campo). O efeito do pimentão alterando o microclima de cultivo foi observado na temperatura do solo, que apresentou menores valores do índice no período com a cultura, uma vez que o dossel funcionou como uma barreira física que impediu que a radiação solar chegasse ao solo. Os valores encontrados para o índice da temperatura e umidade relativa do ar no período sem a cultura foram muito próximos aos encontrados no período com a cultura, não caracterizando o efeito do pimentão sobre essas variáveis.

Sensores ópticos para quantificação de sulfeto de hidrogênio em matrizes gasosas por espectrometria de floorescênica do UV-visível e espectroscopia de absorção no infravermelho: João Flávio da Silveira Petruci. -

Pós-graduação em Química - IQ

Efeito das condições ambientais no nível de ruído emitido por leitões

Objetivou-se, com este trabalho, avaliar a influência das variáveis ambientais nos níveis de ruídos emitidos por suínos e quantificar as faixas em dB comparativamente às condições de conforto térmico estabelecidas pela literatura. O experimento foi conduzido em câmara climática, onde foram alojados cinco leitões em fase de creche, submetidos à variação na temperatura ambiente de 20°C a 38°C e umidade relativa de 50% a 80%. Decibelímetros foram instalados para o registro dos níveis de ruídos e sensores dataloggers para os dados de temperatura e umidade relativa. O nível de atividade foi utilizado para quantificar a movimentação dos animais por intermédio de análise de imagens. Análises de correlação e regressão foram aplicadas nos dados para análise estatística. As variáveis ambientais influenciam na emissão de ruídos pelos leitões quando expostos a diferentes condições térmicas. Os níveis de ruídos foram estabelecidos em faixas de acordo com a condição térmica a que animais foram submetidos. Para a condição de conforto (20 a 23°C), níveis de ruídos na faixa de 70 a 75dB; condição de alerta (23 a 30°C), níveis de ruídos na faixa de 60 a 70dB e para condição de estresse térmico (acima de 30°C), na faixa de 55 a 60dB.

FTE-LEACH: um protocolo energeticamente eficiente e tolerante a falhas aplicado às redes industriais de sensores sem fio

A Wireless Sensor Network (WSN) consists of distributed devices in an area in order to monitor physical variables such as temperature, pressure, vibration, motion and environmental conditions in places where wired networks would be difficult or impractical to implement, for example, industrial applications of difficult access, monitoring and control of oil wells on-shore or off-shore, monitoring of large areas of agricultural and animal farming, among others. To be viable, a WSN should have important requirements such as low cost, low latency, and especially low power consumption. However, to ensure these requirements, these networks suffer from limited resources, and eventually being used in hostile environments, leading to high failure rates, such as segmented routing, mes sage loss, reducing efficiency, and compromising the entire network, inclusive. This work aims to present the FTE-LEACH, a fault tolerant and energy efficient routing protocol that maintains efficiency in communication and dissemination of data.This protocol was developed based on the IEEE 802.15.4 standard and suitable for industrial networks with limited energy resources