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26,576 | Relógio com turbilhão tri-axial de força constante. | Relógio mecânico,movimento,cronometria,turbilhão tri-axial,dupla espiral,mecanismo de força constante,órgão regulador,Mechanical watch,movement,timing,tri axial tourbillion,double hair spring,mechanism of constant force,regulating unit | Pretende-se com esta tese, estudar e melhorar a cronometria de um relógio mecânico, introduzindo e combinando conceitos, mais ou menos recentes, desenvolvidos pelas indústrias relojoeiras de todo o mundo como o turbilhão tri axial, a espiral dupla e o mecanismo de força constante. Individualmente, figuram em diversos relógios mecânicos presentes no mercado e possuem todos, a característica de serem mecanismos implementados ao movimento com vista à melhoria cronométrica do mesmo. Cada um destes mecanismos acrescenta um valor monetário considerável aos relógios a que estão associados, com a promessa que a sua presença significa performances mais elevadas de cronometria. Sendo que, em teoria, os conceitos parecem fazer sentido, aparentemente o mercado carece de estudos conclusivos acerca das suas reais eficácias. É efetuado neste sentido um estudo teórico de cada um destes mecanismos, a trabalharem individualmente e em conjunto, num movimento criado pelo autor para o efeito, para que se retirem resultados conclusivos acerca da eficácia dos mesmos. O desenvolvimento desta tese passou pela criação de um movimento em base SolidWorks, onde foi implementado cada um dos mecanismos. O movimento foi desenhado de acordo com todas as regras tradicionais de relojoaria, tendo o autor, recorrido às normas NIHS (Normas da indústria relojoeira Suíça), e a peças chave catalogadas, com vista a tornar o movimento o mais realista e fiável possível. Toda a estrutura de suporte ao movimento também foi criada, mais uma vez, tornando o movimento, e assim o relógio projetado, num produto final pronto a ser fabricado e comercializado. A segunda fase da tese centrou-se nos aspetos cronométricos do movimento projetado. Foi inicialmente efetuada uma breve revisão bibliográfica, onde são descritos e estudados cada um dos fatores responsáveis pela perda das propriedades cronométricas de um relógio mecânico, como a amplitude e frequência, e posteriormente, apresentadas soluções para cada um desses problemas, soluções estas, que foram adotadas no movimento anteriormente projetado. Após este estudo, o autor, centrou-se na obtenção dos resultados cronométricos acerca do comportamento do movimento criado face a um movimento comum, que também foi desenhado, embora apenas nas suas partes fundamentais ao estudo. Para o efeito, recorreu ao programa de simulação dinâmica Simulink, que tem por base a linguagem Matlab, mas que simplifica a construção da programação ao permitir a introdução de dados por blocos à semelhança de um fluxograma. Neste programa dois modelos foram criados, um que simula o comportamento do movimento projetado, e outro que simula o comportamento de um movimento comum. As variáveis introduzidas em cada um destes modelos controlam diretamente os aspetos anteriormente estudados na revisão bibliográfica, que influenciam a cronometria, e os valores destas foram obtidos direta, e indiretamente do projeto efetuado em Solidworks. Daí a necessidade do mesmo. Os outputs obtidos nos dois modelos, a frequência e a amplitude do órgão oscilador, indicaram quão preciso cada um dos dois movimentos é face ao outro, permitindo assim, retirarem-se conclusões acerca das propriedades cronométricas de cada um e da eficácia que os conceitos introduzidos (no movimento projetado) têm num movimento comum. Os resultados a que se chegou após a comparação, indicam favoravelmente que, em teoria, os diferentes conceitos funcionam, quer estejam a trabalhar em conjunto quer estejam a trabalhar em separado. **O mundo da relojoaria é um nicho muito específico, contendo um vocabulário próprio muito extenso, e às vezes, de difícil compreensão. Alguns dos conceitos que foram introduzidos, bem como alguns dos termos utilizados, são da exclusividade desse mundo, pelo que, para o leitor que não esteja habituado aos mesmos, o texto desta tese pode tornar-se um verdadeiro desafio. Assim, antes de iniciar a leitura da mesma, o autor, aconselha a passar uma revista pelo apêndice 1, que nada mais é que um glossário ilustrado de relojoaria. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,577 | Aplicação industrial de processos de soldadura em estado sólido: análise de viabilidade | Friction Stir Welding,Soldadura por Roletes,Modelo de Custeio,Breakdown Approach,Custo Económico da Soldadura,Componentes do Custo,Friction Stir Welding,Resistance Seam Welding,Cost Estimation Model,Breakdown Approach,Economic Cost of Welding,Cost Component | Nesta tese realiza-se uma análise técnico-económica das tecnologias Friction Stir Welding (FSW) e Resistance Seam Welding (RSEW), na ligação homogénea de chapas de alumínio e aço. De forma a atingir os objetivos propostos, na vertente da viabilidade técnica, serão apresentadas as diversas características dos processos, nomeadamente, as suas vantagens, limitações, tipos de juntas, aplicações industriais, soldabilidade dos materiais e interesse em termos científicos. Na vertente económica, foi aplicado um modelo de custeio económico quantitativo, de natureza analítica, denominado Breakdown Approach. Com base neste modelo, foi obtido, para cada uma das tecnologias, o custo económico por metro de soldadura, durante e após o período de amortização dos equipamentos de soldadura, foi ainda realizada uma análise cuidada da distribuição de custos em função dos parâmetros que afetam o custo final da soldadura, sendo estes, a velocidade da soldadura, a potência do equipamento, a vida útil da ferramenta, o tempo de handling e o volume de produção. A aplicação do modelo de custeio Breakdown Approach permitiu concluir que a tecnologia FSW apresenta um custo por metro de soldadura inferior, durante, e após o tempo de amortização do equipamento, para a ligação de ambos os materiais em estudo, comparativamente à tecnologia RSEW. Através da análise da distribuição de custos concluiu-se que as componentes com maior influência no custo por metro de soldadura são os custos laborais e os custos de investimento, exceto na soldadura de alumínio com a tecnologia RSEW. Com efeito, para esta tecnologia determinou-se que os custos energéticos são os que apresentaram maior peso no custo final da soldadura. Relativamente à análise da influência dos parâmetros no custo final da soldadura, conclui-se que o tempo de handling e o volume de produção são os parâmetros mais influentes, havendo sempre a necessidade de minorar tanto quanto possível o tempo de handling e só aplicar a tecnologia quando a utilização dos equipamentos prevista seja elevada. A vida útil da ferramenta, a velocidade de soldadura e a potência do equipamento não apresentam grande influência no custo económico da soldadura, com exceção da soldadura de alumínio, através da tecnologia RSEW, onde a potência apresenta um peso significativo no custo final da soldadura. Com base no custo económico e nas potencialidades técnicas que a tecnologia FSW apresenta, concluiu-se que, para a aplicação em causa, esta é uma melhor solução, comparativamente à tecnologia RSEW. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,580 | Avaliação Experimental de um Sistema Integrado de Fixação Óssea | Estabilização e Alongamento ósseo,Fixador Externo,Fratura Óssea,Micro movimentos no Foco da Fratura,Bone Fractures,Bone Stabilization and Lengthening,External Fixator,Micro Movements in Fracture Focus | Após a ocorrência de uma fratura óssea, a principal preocupação médica consiste na aplicação de um sistema de fixação, para que o osso seja estabilizado e cicatrize uniformemente. Os sistemas de fixação têm vindo a ser desenvolvidos e melhorados no último século. A possibilidade de estes obterem diferentes configurações permite a sua utilização em quase todo o tipo de fraturas e pacientes, desde situações de trauma ao alongamento ósseo. Em situações de consolidação da fratura óssea em pacientes com atividade física normal, o processo de formação do calo ósseo, e consequente recuperação da fratura é simples e relativamente rápido. Contudo, em pacientes com fraca mobilidade, este processo pode ser demasiado longo. No caso particular de pacientes com problemas congénitos, como no caso do nanismo, os fixadores externos permitem o alongamento ósseo, de membros longos, obtido pela formação sucessiva de calo ósseo, que vai consolidando. Também nestas situações o processo de recuperação é longo. De facto, o tempo necessário para a formação do calo ósseo, e consequente recuperação do paciente, está diretamente relacionado com a estimulação no foco da fratura, que no caso de pacientes normais é introduzida pelo simples caminhar. O enquadramento deste trabalho insere-se no estudo e desenvolvimento de sistemas mecânicos que permitam introduzir, de forma controlada, micro movimentos no foco da fratura, permitindo a aceleração na formação do calo ósseo permitindo um processo de recuperação mais rápida do paciente. Assim, este trabalho estuda a possibilidade de acoplar um elemento estrutural de rigidez variável e ajustável num sistema de fixação externa habitualmente usada em situações de estabilização, alongamento e formação óssea. Desenvolve-se uma montagem experimental que inclui uma tíbia simplificada e um fixador externo comercial, onde são acopladas molas. Analisa-se experimentalmente a relação existente entre a constante de rigidez do elemento mola acoplado ao fixador e o deslocamento que este permite introduzir no foco da fratura. Os resultados obtidos são apresentados e discutidos. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,581 | Proposta para a gestão de projetos no âmbito do Campus sustentável na Universidade de Coimbra | Gestão de Projetos,Seguimento,Monitoreamento,Desenvolvimento,Campus sustentável,Processos,Sustainable Campus,Project Management,Monitoring,Follow-up,Development,Processes | O presente trabalho enquadra-se no plano de estudos do Mestrado em Engenharia e Gestão Industrial como requisito para a obtenção da qualificação do grau de Mestre pela Universidade de Coimbra. O objetivo principal deste trabalho consistiu no desenvolvimento de procedimentos e processos para a gestão das dissertações dos alunos de mestrado dos Departamentos de Engenharia Mecânica (DEM), Engenharia Eletrotécnica e de Computadores (DEEC) e Engenharia Civil (DEC), com temas ligados ao estudo e melhoria de instalações e serviços da Universidade de Coimbra. Para começar identificaram-se os documentos adicionados ao Repositório Geral da UC, com a finalidade de analisar as áreas, departamentos e os cursos, maiormente envolvidos com estas iniciativas. A seguir entrou-se em contacto com todos os docentes dos departamentos envolvidos para obter os dados de outros projetos que ainda não tinham sido adicionados ao repositório geral, para assim, completarem uma quantidade importante de documentos para a sua análise. Posteriormente foi concebido um inquérito de avaliação de impacto para identificar se as entidades acolhedoras da UC tinham a intenção de implementar as propostas e recomendações apresentadas nos projetos de tese. Após deste inquérito concluiu-se que a taxa de implementação era muito baixa, devido à falta de seguimento após da apresentação da dissertação, ficando só como uma experiência académica e não como um projeto tangível que beneficia a Universidade. Após a análise de dados e identificação dos problemas, definiu-se uma série de procedimentos e processos a seguir por parte das entidades envolvidas para que as recomendações dos projetos desenvolvidos sejam implementadas e ter o impacto desejado. Para criar um campus sustentável é necessário que todos os documentos e investigações relacionadas com este tema sejam adequadamente geridos e divulgados; é a única maneira de chegar a toda a comunidade envolvida e criar benefícios reais para a UC. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,582 | Melhoria contínua na área de cablagem | Qualidade,Controlo,Desperdício,Registos,Produção,Avaliação,Melhoria contínua,DMAIC,8MUDA,Quality,Control,Waste,Records,Production,Evaluation,Continuous Improvement,DMAIC,8MUDA | Uma vez que o mercado de hoje é cada vez mais abrangente e exigente é quase obrigatório que as empresas estejam em constante crescimento e evolução. As empresas atuais, tem uma visão mundial o que as coloca numa busca crescente pela perfeição e níveis de qualidade elevados, assim como serviços personalizados. Para permanecer no mercado é quase obrigatório produzir e solucionar, ao mesmo tempo que se identifica as necessidades do mercado (clientes). Para que isto aconteça, é necessário fazer estudos e descrever quais os fatores determinantes que levam à diferenciação da empresa para que esta continue a competir no mercado. Nos dias de hoje, é possível produzir, entregar e ter qualidade elevada nos produtos/serviços que prestamos aos nossos clientes e desta forma aumentar os seus níveis de satisfação. Para isso as empresas têm de avaliar os seus processos e ponderar se estes podem ser aperfeiçoados de forma a obter maior rentabilidade e qualidade. Paulo Eduardo Dubiel “A qualidade total e excelência são princípios que promovem a criação de valor e o encantamento dos clientes.” – Acedido a 13 de Julho de 2015 em: http://pensador.uol.com.br/frase/MTQwNzIyOQ/ A única atividade desenvolvida numa empresa que acrescenta valor e produz riqueza é o sector da produção, contudo todos os outros departamentos, como o departamento da Qualidade, auxiliam a produção garantido assim a sua qualidade e diferenciação elevada. Ao longo desta dissertação foram identificadas lacunas existentes no processo produtivo da empresa SELT – Cablagem - e propostas melhorias de forma a melhorar o processo e os controlos associados. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,583 | Projecto de um sistema de travagem automático para um veículo automóvel ligeiro de passageiros | Controlo,Automóveis,Travagem,Tecnologia,Comunicação,Control,Cars,Brake,Technology,Communication | A inserção dos mais variados tipos de tecnologia na indústria automóvel é um fator que vem crescendo bastante. Veículos mais confortáveis e seguros são novos padrões adotados pelas grandes fabricantes, através da utilização dos sistemas de auxílio ao condutor que podem ser elaborados para a simples função de memorizar o gosto musical do condutor até funções mais complexas como o controlo do sistema de travagem e aceleração do veículo. O objetivo deste trabalho é descrever um sistema de controlo do mecanismo de travagem automóvel interligado a sensores que captam as variáveis físicas do trânsito: distância entre os veículos, velocidades e acelerações e a necessidade de travagem ou não do sistema. A má manutenção das estradas, o trânsito conturbado e a busca de maior conforto e fiabilidade nos automóveis justificam a elaboração deste trabalho. O sistema em destaque foi elaborado em três módulos: O módulo de atuação; o módulo dos sensores de ultra-som, que captam a distância do veículo da frente, e o módulo de velocidade que capta as acelerações e velocidades do veículo. Todo o sistema é conectado através de um protocolo de comunicação caracterizando um sistema estruturado em rede. Ao longo desta dissertação são apresentados os hardwares utilizados, os softwares de desenvolvimento, o protocolo de comunicação, os mecanismos de travagem automóvel, as componentes do trânsito, assim tal como, os testes e simulações aplicadas ao sistema desenvolvido. A elaboração deste trabalho baseia-se num conceito exploratório e descritivo e na utilização de planilhas de simulação teóricas e práticas. Através de todos os conceitos e da metodologia adotada foi elaborado e finalizado um protótipo, cujos resultados obtidos foram de grande valia para o campo de conhecimento dos sistemas de auxílio ao condutor e aos sistemas de travagem. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,586 | Introdução de Elementos Distintivos em Resinas de Poliester | Fluoresceína,Vermelho de Metilo,Fluorescência,Resinas de Poliéster,Polímeros,Fluorescein,Methyl Red,Fluorescence,Polyester Resins,Polymers | As resinas de poliéster são um termoplástico com diversas aplicações práticas. Este polímero combina variadas propriedades: é transparente, translúcido numa alargada gama de comprimentos de onda, acima dos 290 nm, é um dos plásticos mais leves do mercado, com uma densidade com valores entre os 1.040-1.065 g/cm3 , apresenta uma boa rigidez e é estável em meios agressivos. As suas aplicações vão desde embalagens de alimentos, lentes de contacto, marcações de estrada, entre outras. Neste trabalho estudou-se a possibilidade de introdução de elementos distintivos (fluoresceína e vermelho de metilo) em resinas de poliéster por forma a alterar as suas características ópticas quando sujeitas a estímulos externos, como a luz ou variações de pH. Numa primeira fase foram preparadas moléculas contendo os elementos distintivos para que quando se incorporassem na resina esta pudesse responder aos estímulos pretendidos. A caracterização dessas moléculas foi feita por 1H RM. Mais concretamente, introduzimos numa molécula de estireno a fluoresceína e o vermelho de metilo. Após alteradas e isoladas, as moléculas contendo fluoresceína e vermelho de metilo foram introduzidas em resinas de poliestireno sob a forma de provetes, os quais foram analisados por espectrometria de fluorescência e espectrofotometria, para além disso foi estudada a capacidade dos provetes mudarem de cor a diferentes valores de pH. O vermelho de metilo foi também introduzido na superfície dos provetes utilizando uma polimerização superficial, bem como no interior de um hidrogel, para que as suas características fossem exploradas ao máximo. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,587 | Otimização da localização de sensores para a deteção de contaminantes em redes de abastecimento de água | Metaheurísticas,Redes de Água,Localização de sensores,Metaheuristics,Water distribution networks,sensor placement | A existência de água potável em quantidade e com elevada qualidade é fundamental para a sociedade atual. A água é utilizada para cozinhar, beber, tomar banho, mas também para fazer funcionar hospitais, restaurantes e fábricas ou ainda para combater incêndios. A segurança das infraestruturas de abastecimento de água tem preocupado governos, entidades reguladoras e entidades gestoras, levando à conceção e implementação de sistemas de alerta de contaminação que visam minimizar as consequências de incidentes acidentais ou propositados. Esta dissertação tem como objetivo determinar a localização ótima de sensores numa rede de distribuição de água, para a deteção atempada de eventos de contaminação. Para este fim, devido à natureza combinatória do problema, foram utilizadas abordagens metaheurísticas com vista à determinação de soluções que satisfaçam um potencial decisor, seguindo as definições decorrentes do evento designado The Battle of the Water Sensor Networks (Ostfeld et al., 2008). Este evento serviu de referência relativamente às redes de teste e às quatro funções objetivo dos modelos de otimização usados nesta dissertação (o tempo de deteção, Z1, a população afetada, Z2, o consumo de água contaminada, Z3 e a probabilidade de deteção de eventos, Z4). Os resultados obtidos mostraram que a metaheurística simulated annealing permitiu obter maior abrangência da pesquisa do espaço de soluções não dominadas nos modelos multiobjetivo estudados. Verificou-se também que dada a correlação existente entre as funções objetivo Z2 e Z3, a otimização com três funções objetivo produz resultados idênticos à otimização com quatro funções objetivo, reduzindo o tempo computacional requerido. Nesta dissertação foram ainda discutidas formas de apoiar um decisor na escolha da solução que mais se adequa às suas preocupações, exemplificando abordagens possíveis das quais resultaram propostas de soluções para o problema colocado, comparáveis às identificadas na literatura. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,589 | A Sustentabilidade na conceção de edifícios de retalho - Desafios e propostas para a eficiência energética e ambiental em supermercados | construção sustentável,comportamento térmico,envolvente dos edifícios,supermercados,retalho,sustainable construction,thermal behaviour,building envelope,supermarkets,retail | As alterações climáticas representam atualmente um dos maiores desafios ambientais para qualquer empresa. As variações climáticas e os eventos extremos podem afetar a atividade comercial; no entanto, este setor contribui para essas alterações climáticas, uma vez que todas as operações inerentes à transação de produtos pressupõem o consumo de energia e combustíveis para transportes, para além de emissões de gases com efeito de estufa. O presente trabalho foi realizado no contexto de um estágio efetuado na Direção Conceção Loja da Sonae MC e tem como objetivo dar resposta ao desafio lançado, que se centrou na questão “Como potenciar o desenvolvimento do Supermercado Sustentável do Futuro?”. Com uma perspetiva abrangente, no âmbito das soluções arquitetónicas dos edifícios de supermercados, pretende-se explorar materiais e soluções construtivas sustentáveis, minimizando o impacto no ambiente e comunidade. Em resposta a este desafio, e depois de detetado um conjunto de pontos-chave ao longo da análise aos projetos desenvolvidos pela equipa de acolhimento, propõem-se formas de mitigação do impacto ambiental e de otimização da eficiência energética dos edifícios, abordando critérios arquitectónicos como a orientação dos edifícios, iluminação e ventilação naturais, materiais de construção e ainda a área exterior envolvente ao edifício. Dentro do conjunto de propostas, a análise das características do comportamento térmico da envolvente dos edifícios assume particular importância, por representar o maior impacto na redução dos consumos energéticos das lojas. Centrando-se na envolvente opaca em contacto com o exterior, pretendeu-se estabelecer um termo comparativo entre várias soluções de tipo e espessura de isolamento térmico, de forma a perceber qual a solução ótima para cada loja. Criou-se, pois, uma folha de cálculo denominada de U-SUPER, cujo propósito é o de se constituir como ferramenta de apoio aos projetos futuros da equipa, de forma intuitiva, no que concerne ao cálculo do coeficiente de transmissão térmica, perdas energéticas pela envolvente e custos anuais em energia para diversas soluções construtivas. A adoção das recomendações apresentadas propõe-se melhorar o desempenho ambiental dos edifícios de supermercados, contribuindo assim para a assunção da sustentabilidade ambiental como uma responsabilidade social da empresa. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,593 | Segurança de veículos em incêndios florestais | Sistema de proteção coletivo,Incêndios florestais,Veículos de combate aos incêndios,Segurança em incêndios,Burnover,Thermal-protection-systems,Forest-fires,Firefighting-vehicles | Neste trabalho foi desenvolvido e testado um equipamento que permite avaliar o desempenho de sistemas de proteção térmica, aplicáveis em geral aos veículos de transporte ameaçados pelo avanço de frentes de fogo de um incêndio florestal. Em particular a proteção de veículos utilizados na supressão de incêndios florestais, associada à capacidade de proteger a vida dos ocupantes, é o objetivo principal deste trabalho, tornando a cabine num abrigo coletivo contra incêndios. Novos materiais cerâmicos, mantas e espumas, são usados no sentido de reforçar a capacidade de proteção sem exigir o uso de grande quantidade de água, que podem não estar disponíveis no caso de encurralamento pelo fogo Este sistema é relevante principalmente para os bombeiros, para melhorar a sua segurança, é de grande interesse para os proprietários dos meios de transporte que possam estar a vigiar áreas suscetíveis ao incêndio, para evitar a sua distrição Instituições públicas e privadas que empregam pessoal envolvido nas atividades de gestão de incêndios irão beneficiar das soluções desenvolvidas. A cooperação com um dos maiores fabricantes de veículos de combate em Portugal foi criada para melhor desenvolver e incorporar as soluções propostas e apresentadas. Vários testes foram realizados com um sistema de simulação de impacto de frente de fogo da ADAI com cabines dos veículos de bombeiros. Esses veículos foram colocados em frente desta frente de fogo com sistema de proteção e sem sistema de proteção as condições dentro das cabines foram registadas e avaliadas com o objetivo de perceber as condições que permitem a proteção das tripulações e consequentemente dos veículos. Além disso, a distância mínima entre a frente de fogo e um bombeiro exposto fora da cabine foi estudada tendo em conta o calor libertado pela frente de fogo para um modelo de um bombeiro colocado em diferentes posições. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,594 | Avaliação da eficiência energética de um centro de enchimento de gás | Eficiência energética,Auditoria energética,Qualidade,Segurança,Ambiente,Energy efficiency,Energy audits,Quality,Security,Environment | O consumo de energia é um tema preocupante para a manutenção do bem-estar das sociedades. O excesso de consumo contribui para o desequilíbrio ambiental, uma vez que as fontes de energia se vão esgotando, o que pode colocar em risco a sobrevivência na Terra. O presente trabalho tem como objetivo a avaliação da eficiência energética num armazém de enchimento de gás de petróleo liquefeito (GPL), realizado nas instalações de Matosinhos da REPSOL GÁS PORTUGAL, S.A. Nesse sentido, foi feito um estudo descritivo e retrospetivo do consumo de energia em todo o processo referente à movimentação de GPL nesta instalação. O trabalho teve como suporte canais de comunicação informais e formais, a observação no local de todo o processo de funcionamento e recolha de dados relativamente ao mesmo, sendo o tratamento de dados realizado de forma quantitativa. Verificou-se que o processo consome em média 120,4tep/ano de energia (99,6tep em energia eléctrica e 20,8tep em gasóleo), o que corresponde a um custo médio de 71721 euros/ano. Do total de energia elétrica consumida 38% corresponde à bombagem de GPL das esferas para o edifício, 21% ao consumo da central de ar comprimido, 15% aos transportadores das linhas, 7% à iluminação e os restantes às caldeiras de vapor, à Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), aos centros de lavagem e às bombas hidráulicas. O consumo de gasóleo é essencialmente destinado aos empilhadores. A empresa já utiliza compressor com variador de velocidade e baterias de condensadores para compensação da energia reativa. A redistribuição de funções e ajuste nos aparelhos e a atualização do tipo de iluminação reduz 10% do consumo de energia primária relativamente ao último ano, o que corresponde a uma poupança de 5400 euros. Conclui-se, portanto, a existência de elevada preocupação com a eficiência energética da instalação. Contudo, pequenos ajustes traduzem-se numa maior poupança de energia, o que se reflete num benefício em termos ambientais e de custos. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,595 | Caracterização e qualificação de partículas de óxidos metálicos, obtidos por detonação | Detonação,Alumina,Magnesia,Titania Espinela Zirconia,Aplicações das nano partículas,Purificação,Detonation,Alumina,Magnesia,Titania Zirconia Spinel,Applications of nano particles,Purification | O objectivo deste trabalho é a formação de nanoparticulas de óxidos metálicos por detonação. Foram estudadas, como caso demonstrativo, a alumina, a magnesia, a titania e a zirconia. Foram também estudadas duas espinelas de formação com base na alumina. A previsão dos produtos da detonação foi efectuada com o programa THOR. Na formação de partículas por detonação surgem impurezas, fundamentalmente originadas pela grande concentração de carbono nos produtos da detonação. Foi estudado, como caso demonstrativo, a purificação da zirconia com o recurso à "lavagem” com uma solução aquosa de ácido nítrico. O melhor resultado foi obtido com um tempo de permanência de vinte minutos. Este processo leva uma desagregação das partículas com a consequente eliminação de grande parte dos resíduos de carbono (detectável pela cor da solução aquosa de ácido nítrico). As amostras recolhidas no teste de purificação foram analisadas ao microscópico óptico e electrónico SEM. para uma caracterização granulométrica | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,598 | Estudo experimental para a otimização e o controlo automático de uma cortina de ar | Cortina de ar,Vedação aerodinâmica,Eficiência de vedação,Jato plano de ar,Velocidade ótima da cortina de ar,Controlo automático,Air curtain,Aerodynamic sealing,Sealing efficiency,Plane air jet,Optimal velocity,Automatic control | Sempre que se abre uma porta de acesso a um espaço climatizado ou a uma câmara frigorífica/refrigeração, ocorrem trocas de ar e de energia através dessa porta. Com o intuito de reduzir as perdas energéticas para o ambiente exterior, recorre-se frequentemente ao uso de dispositivos de cortinas de ar, utilizadas como barreiras aerodinâmicas. Estes equipamentos, quando corretamente dimensionados, são capazes de reduzir as trocas de energia em mais de 50%, e quando comparados com outros dispositivos, possuem a vantagem de permitir o livre acesso aos espaços climatizados/refrigerados. Esta dissertação possui como objetivo, em primeiro lugar, o estudo experimental de um equipamento de cortina de ar de jato plano vertical e descendente, com vista à determinação da velocidade ótima do jato (que permite atingir a eficiência máxima de vedação), para diferentes configurações paramétricas; em seguida, pretende-se desenvolver e testar um sistema de controlo automático para a cortina de ar, com a capacidade de adaptação da velocidade do jato de ar às condições variáveis de cada lado da porta de acesso. Para tal, utilizou-se uma instalação laboratorial, constituída por duas salas contíguas de dimensões semelhantes, ligados por uma porta sobre a qual se encontra instalado um dispositivo de cortina de ar. Para o controlo e especificação das temperaturas ambiente nos espaços utilizou-se, na “sala fria”, uma unidade de refrigeração com o grupo evaporador/ventilador e um termoconvetor elétrico na “sala quente”, para simular o ambiente exterior de uma câmara refrigerada. De forma a avaliar a capacidade de a cortina de ar minimizar as trocas de energia entre os dois espaços, i.e., a fuga de frio da sala refrigerada, efetuaram-se ensaios experimentais com a cortina de ar acionada, tomando como referência os resultados dos ensaios com a cortina desligada, para cada configuração paramétrica. Neste estudo evidenciou-se que a velocidade ótima do jato depende significativamente da altura da porta e da diferença de temperatura entre as salas. Os resultados obtidos contribuíram para a proposta de uma correlação empírica para a velocidade ótima do jato em função destes dois parâmetros. Com base no estudo experimental, foi desenvolvido e testado um dispositivo eletrónico de controlo automático da velocidade do jato que permite que a cortina de ar se adapte autonomamente à variação das condições ambiente em simultâneo com um funcionamento próximo da eficiência máxima de vedação. Os ensaios realizados comprovaram os benefícios deste sistema, ainda que seja necessário efetuar melhorias. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,599 | Cavitação hidrodinâmica para tratamento de águas | Cavitação,Cavitação hidrodinâmica,Instalação experimental,Secção de ensaios,Cavitation,Hydrodynamic cavitation,Experimental setup,Test section | O presente trabalho está enquadrado no estudo do fenómeno de cavitação, centrando-se essencialmente na cavitação hidrodinâmica aplicada ao tratamento de águas. Atualmente, o método de tratamento mais utilizado para a desinfeção de águas contaminadas com microrganismos é a cloração. No entanto, a utilização em excesso de cloro, associado a alguns compostos orgânicos, conduz à formação de substâncias cancerígenas potencialmente nefastas para a saúde pública. Assim sendo, um sistema ideal de desinfeção de águas contaminadas deveria basear-se numa tecnologia robusta, independente, de investimento reduzido e baixos custos de operação, com uma manutenção simples e eficaz, assim como deveria depen- der de um contributo mínimo ou nulo de agentes químicos, providenciando um tratamento seguro das águas. Um cavitador hidrodinâmico cumpre os requisitos previamente referidos, recorrendo ao fenómeno de cavitação para reduzir a pre- sença de substâncias químicas e microrganismos na água, dependendo do número de eventos de cavitação gerados. Este trabalho teve como principais objetivos fazer uma revisão do estado da arte sobre o fenómeno de cavitação, de modo a fundamentar a potencialidade da sua aplicação para tratamento de águas residuais, e construir uma instalação ex- perimental que permitisse estudar diferentes condições de escoamento cavitante. Pretende-se, portanto, estabelecer critérios de design na geração de cavitação hi- drodinâmica, explorando diferentes configurações de uma secção de ensaios que funciona como modelo, de modo a prover o conhecimento fluido-dinâmico funda- mental para o desenvolvimento de ferramentas de design em cavitadores hidrodi- nâmicos. Os resultados preliminares da instalação construída permitiram observar for- mações fluido-dinâmicas sugestivas do aparecimento do fenómeno de cavitação. Por outro lado, as estruturas fluido-dinâmicas associadas a diferentes geometrias de constragimentos, e configurações, indicam a importância de prosseguir uma investigação experimental sistemática da sua influência na geração de cavitação hidrodinâmica e dos fundamentos físicos que estão na sua génese. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,600 | Modificação da Superfície de politetrafluoroetileno para resistir a infeções nosocomiais de Pseudomonas aeruginosas | PTFE,Pulverização Catódica,Resistência Antimicrobiana,Infeções Nosocomiais,P.aeruginosa,PTFE,Sputtering,Antimicrobial Resistance,Nosocomial Infections,P.aeruginosa | As infeções relacionadas com a implantação, permanente ou temporária, de dispositivos médicos são uma preocupação pública e um fardo económico para entidades e pacientes. Um dos maiores problemas inerentes à utilização de implantes é o risco de infeções nosocomiais, especialmente as provocadas por Pseudomonas aeruginosa (P.aeruginosa). Neste âmbito, e considerando que os materiais poliméricos, em especial o poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), são muito utilizados como biomateriais, é importante avaliar a capacidade de resistência microbiana deste tipo de material e, na sua ausência, encontrar soluções para conferir a referida capacidade. Neste trabalho é descrito a deposição e a caracterização de filmes finos de PTFE, e PTFE e poliamida (PTFE/PA), com e sem prata (Ag), por pulverização catódica r.f. magnetrão. A incorporação do elemento metálico justifica-se pelas suas conhecidas propriedades antibacterianas, mas os teores utilizados (~1% at.) tiveram em consideração que concentrações excessivas podem causar dano nas células eucariotas no local de implante. As deposições foram efetuadas em atmosfera inerte de árgon (Ar) e reativa por inserção de ar atmosférico, tendo também variado a atmosfera de arrefecimento após deposição. Todos os filmes finos sem prata não apresentam ordem estrutural; os filmes com incorporação daquele elemento metálico são nanocompósitos onde a prata de dimensões manométricas se encontra dispersa na matriz polimérica amorfa. Com exceção dos filmes finos depositados a partir de dois alvos poliméricos todas as superfícies são hidrófobas. Os valores de tensão de adesão da água indicam que todas as superfícies podem, teoricamente, suportar adesão proteica sem iniciar a cascata de coagulação. Os testes com P.aeruginosa evidenciaram que a energia de superfície e o potencial zeta conferem capacidades distintas no que respeita ao desempenho antimicrobiano de cada superfície. Nenhuma das superfícies sem prata foi capaz de inibir a adesão e proliferação da bactéria em estudo e, das superfícies nanocompósitas, apenas a obtida pela deposição dos dois alvos poliméricos PTFE/PA teve resultados positivos nos três conjuntos de testes in vitro efetuados. O revestimento desenvolvido provou ser eficaz na modificação de implantes de PTFE conferindo-lhes as desejadas propriedades antimicrobianas contra P.aeruginosa. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,601 | Melhoria dos processos logísticos e definição do layout de novo armazém | Armazém,Cadeia de Abastecimento,Compras,Gestão de Stocks,Inventário,Layout,Warehouse,supply chain,purchasing,stock management,inventory,Layout | Hoje em dia as empresas atuam num único mercado, o mercado global, em que competem com empresas de todo o mundo e de diferentes dimensões. Este facto apenas contribui para o aumento da competitividade das empresas, na busca de melhor corresponder às necessidades e exigências do cliente, ou seja, aumentar a sua quota de mercado. A crescente globalização originou um aumento do fluxo de informação e conhecimentos e consequentemente, de soluções (componentes/serviços). Desta forma os clientes são mais exigentes, as evoluções são constantes e a variedade de componentes aumenta. Assim, as empresas lutam atualmente por produzir com mais qualidade e rapidez, algo só conseguido com o abastecimento contínuo por parte dos fornecedores, em lotes reduzidos. Esta filosofia evita os custos de stock e satisfaz a procura nas suas quantidades extas. "Logística é a parte do Gerenciamento da Cadeia de Abastecimento que planeja, implementa e controla o fluxo e armazenamento eficiente e económico de matérias-primas, materiais semiacabados e componentes acabados, bem como as informações a eles relativas, desde o ponto de origem até o ponto de consumo, com o propósito de atender às exigências dos clientes" (Carvalho, 2002, p. 31). Os departamentos de uma empresa devem encontrar-se em sintonia de forma a atingir o sucesso. A logística é um dos departamentos mais importantes, pois interage com todos os outros. Este lida com a aquisição, armazenamento e abastecimento da matéria-prima, bem como a expedição do componente acabado. Este departamento, bem como a empresa, deve manter uma relação de proximidade e confiança com os fornecedores e clientes. Apenas evitando atrasos dos fornecedores, na receção, na produção e na expedição, é possível responder às necessidades do cliente no tempo estipulado. Ao longo deste trabalho serão analisadas as atividades logísticas na empresa SELT e propostas melhorias de forma a agilizar essas mesmas atividades. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,602 | Projeto da estrutura de um veículo automóvel citadino de propulsão eléctrica com baterias | Estrutura,Veículo,Otimização,Baterias,4130,Structure,Vehicle,Optimization,Batteries,4130 | A finalidade principal da presente investigação é desenvolver um projeto que permita desenhar a estrutura de um veículo elétrico citadino. A primeira fase do estudo define os principais componentes que integram o sistema de propulsão do veículo. Foram determinadas as condições de serviço do automóvel para seguidamente realizar a análise e seleção do motor de propulsão. O dimensionamento das baterias, considerado sistema chave nos veículos elétricos, envolveu uma detalhada investigação das diferentes opções para escolher a que melhor se adaptasse ao caso. Foi desenhada a estrutura de forma priorizar uma distribuição uniforme dos componentes, garantir o conforto assim como a segurança dos passageiros e finalmente uma excelente resposta dinâmica. Na escolha do material da estrutura foi utilizada a metodologia Ashby o que permitiu realizar uma interessante análise dos diferentes materiais disponíveis na atualidade. Na última fase foram ideados dois cenários que possibilitaram carregar a estrutura em flexão e torção obtendo resultados que após um procedimento de otimização foram muito satisfatórios. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,604 | Ferramenta adaptativa de soldadura por fricção linear em termoplásticos para plataforma robótica | FSW Polímeros,Ferramenta FSW,Robô Industrial,Conceção,Prototipagem Rápida,FSW Polymers,FSW Tool,Industrial Robot,Rapid Prototyping | Nesta dissertação pretende-se desenvolver uma nova ferramenta de soldadura por fricção linear para soldar termoplásticos. Pretende-se que esta seja adaptável a geometrias curvas e que possa ser utilizada como ferramenta num robô industrial. O processo de desenvolvimento desta ferramenta inclui as seguintes etapas: definição do conceito, projeto e produção dos protótipos. Inicialmente foi efetuado um estudo sobre as ferramentas utilizadas atualmente no processo de soldadura por fricção linear de polímeros. Assim, detetou-se que embora existam alguns modelos de ferramentas estudados em laboratório que sirvam o propósito, nenhuma está apta a soldar superfícies curvas, sendo esta a grande limitação na industrialização deste processo. Porém existe uma ferramenta que apresentou bons resultados na soldadura de placas planas - a Hot Shoe - tendo sido, a base do seu funcionamento e o conceito desta ferramenta, o ponto de partida para a criação da nova ferramenta que se adapta às superfícies curvas. Após a idealização do novo conceito, seguiram-se as etapas de conceção: o projeto da ferramenta e o desenvolvimento dos protótipos, este último auxiliado pela tecnologia de prototipagem rápida. Foi elaborado um estudo a fim de selecionar a geometria para a base da ferramenta e é apresentado o desenho detalhado das ferramentas: num primeiro design apresentando apenas uma articulação na base e noutro apresentando duas articulações na base. Neste estudo pode-se ainda visualizar as suas características específicas e componentes. É também desenvolvido o conceito para que o pino da ferramenta se ajuste às diferentes espessuras da superfície a soldar. A última etapa desta dissertação foi a conceção dos protótipos e a conseguinte análise e observação do seu funcionamento em superfícies curvas. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,605 | Produtividade e flexibilização no pré montagem e abastecimento de componentes para os modelos VW Sharon e VW Scirocco | Volkswagen,Production,Optimization,Assembly,Volkswagen,Produção,Optimização,Montagem | A presente dissertação encontra-se inserida no Mestrado de Engenharia e Gestão Industrial da Universidade de Coimbra (FCTUC) é relativa ao período de estágio na Volkswagen Autoeuropa. O documento apresentado consiste no estudo da viabilidade da troca entre duas áreas da fábrica, a área do Kitting pelo Profiraum, por forma a melhorar a produtividade e o abastecimento de componentes. Os motivos da troca prendem-se essencialmente com questões estratégicas, melhorar o fluxo e facilitar o reabastecimento logístico, reduzindo os tempos de envio das peças para a linha. Para além das vantagens mencionadas, trata-se também de uma oportunidade para melhorar não só ergonomicamente os postos de trabalho e os processos, como também diminuir a carga de trabalho dos operadores. A área do Kitting é constituída por dois postos de pré montagem: um de rear heaters (ventiladores traseiros) para as carrinhas Seat Alhambra e Volkswagen Sharan e outro para as guias das portas traseiras deslizantes, utilizadas igualmente nas mesmas carrinhas. Nesta mesma área existe ainda um posto de decantação de cortinas de airbag, para todos os modelos de fábrica. A área do Profiraum destina-se à formação de novos colaboradores, onde são explicados os princípios básicos da linha de montagem e simulados alguns dos processos, com base no treino das tarefas básicas e na standardização do trabalho. Por esse mesmo motivo, o estudo apenas será focado nos três postos de trabalho a transferir, do Kitting para o Profiraum. Sendo que a área Kitting é substancialmente maior, existe ainda a possibilidade de outros postos de pré montagem poderem ser realocados igualmente nesta área, libertando assim espaço das estações da linha e poupando tempo de processo aos operadores. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,607 | Thermal Management of Photovoltaic Cells based on Construtal Law | Constructal,Photovoltaic,Cooling,3D Printing | O aumento da temperatura em células fotovoltaicas é considerado um dos problemas mais críticos que afeta a sua eficiência, promovendo degradação e redução da vida útil da célula. Portanto, o controlo da temperatura é essencial e deve ser uma parte integrante dos sistemas fotovoltaicos. Esta tese explora a lei construtal para desenvolver uma instalação experimental para arrefecimento das células fotovoltaicas. De forma a arrefecer a área retangular da célula fotovoltaica, foi es- colhida uma estrutura em árvore para testar a abordagem da teoria con- strutal. Tendo isto em consideração, foi construída uma instalação ex- perimental com impressão 3D. A voltagem produzida e a temperatura da célula fotovoltaica foram caracterizados com e sem o sistema de gestão tér- mica. Os resultados evidenciam um melhoramento de 32 % na eficiência da célula através de uma redução no coeficiente de temperatura ((∂V/∂T) de 16.5 %. Portanto, o design construtal aplicado a tecnologia de arrefecimento demonstra grande potencial para melhorar a gestão térmica de sistemas fo- tovoltaicos. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,608 | Simulação energética: estudo de um edifício escolar | Eficiência Energética,Qualidade do Ar Interior,Sustentabilidade,AVAC,Simulação Energética de edifícios,Edifícios escolares,energetic efficiency,indoor air quality,sustainability,HVAC,energetic simulation on buildings,schools | Nesta dissertação são analisadas e definidas estratégias para optimizar os consumos de energia de um edifício escolar, mantendo ou melhorando sempre que possível as condições do ambiente interior. Como caso de estudo foi utilizado um edifício recentemente alvo de restruturação (ao abrigo do programa Parque Escolar), em cuja solução construtiva há uma área de envidraçados significativa. O nível de conforto térmico e de qualidade do ar interior (QAI) no interior das salas de aula não é sempre o desejado, apresentando consumos de energia eléctrica elevados, associados à iluminação, aos equipamentos e ao sistema de climatização. O estudo foi efectuado com base num programa de simulação dinâmica de edifícios, o EnergyPlus. Através da interface gráfica DesignBuilder foi possível definir o modelo geométrico do edifício e o respectivo zonamento, assim como os parâmetros relativos aos vários tipos de construção das envolventes, envidraçados, densidades e perfis de ocupação, iluminação e equipamentos. Foram analisadas várias medidas de eficiência energética, tais como, a implementação de novos caudais de ar novo segundo a Portaria n.º 353-A/2013 do novo Regulamento de Sistemas de Certificação Energética (SCE), a aplicação de sensores de regulação de luminosidade para controlo do sistema de iluminação dos espaços e a aplicação de dispositivos de sombreamento nos envidraçados do quadrante sul. Das várias medidas de eficiência energética aplicadas, conclui-se que a alteração dos caudais de ar de acordo com o novo regulamento e a aplicação de sensores de regulação da iluminação nas salas de aula são as medidas que têm um maior impacto na redução dos consumos. Com a alteração dos caudais obtém-se uma redução no consumo até 12%, com a aplicação de sensores de regulação consegue-se uma redução de 5% no consumo total anual de energia do edifício. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,610 | Processo de transição para a nova revisão da Norma ISO 9001:2015 | Qualidade,Sistemas de Gestão,ISO 9001,certificação,revisão,processo,transição,Quality,Management Systems,ISO 9001,certification,revision,process,transition | É objetivo desta dissertação preparar o processo de transição para a nova revisão da norma ISO 9001:2015 na empresa SRAMPORT, cuja principal atividade é o desenvolvimento e a produção de componentes de bicicleta e a qual possui a certificação do seu Sistema de Gestão da Qualidade, desde 1995. O trabalho realizado na organização consistiu no estudo e análise das alterações significativas da nova revisão da norma ISO 9001, na identificação das alterações que deverão ser integradas no atual sistema de gestão da qualidade, de modo a cumprir os novos requisitos e no desenvolvimento de um plano de implementação. Este incluiu um plano de formação e consciencialização de todas as partes interessadas que têm impacto na eficácia da organização, as fases de atualização do Sistema de Gestão da Qualidade para ir ao encontro dos requisitos e a verificação da sua eficácia. Como resultados obteve-se uma avaliação preliminar e identificaram-se as alterações que devem ser integradas no Sistema de Gestão da Qualidade da SRAMPORT e estabeleceu-se um plano de modo a que o processo de transição seja adequado e realizado atempadamente para a nova versão da norma que se encontra atualmente na fase FDIS (Final Draft International Standard) prevendo-se a sua publicação no final de 2015. As vantagens e desvantagens, assim como as melhorias a obter com a certificação e a norma ISO 9001, são também apresentadas nesta dissertação. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,611 | Aplicação do método de taguchi à injecção de plástico | Taguchi,Molde,Injecção,Planeamento,Qualidade,Taguchi,Mold,Plastic Injection,Planning,Quality | O objectivo deste trabalho é o resumo e a explicação das actividades desenvolvidas pelo aluno durante o estágio curricular. Como complemento ao estágio curricular, foi-lhe proposto um tema teórico relacionado com a actividade na empresa Ln Moldes – Maceira - Leiria. O tema a estudar foi o desenvolvimento de um modelo a seguir e a ser utilizado na área dos testes dos moldes, baseado na metodologia DOE que permita optimizar os parâmetros de injecção de Plástico. Este modelo deve prever teoricamente os defeitos, o comportamento mecânico e dimensional das peças que irão obter-se com a variação dos parâmetros de injecção. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,613 | Análise comparativa de soldaduras em estado sólido e por fusão | Friction Stir Welding,TIG,Aço Galvanizado,Aço Macio,Friction stir welding,TIG,Mild steel,Galvanized steel | Nesta tese é realizada uma análise comparativa de soldaduras em juntas topo-a-topo em chapas de 1mm de espessura, em estado sólido, produzidas pelo processo Friction Stir Welding (FSW), e por fusão, produzidas pelo processo Tungsten Inert Gas (TIG). Os materiais base são três aços de baixo teor em carbono. Um aço macio tradicionalmente utilizado na indústria automóvel, o aço DC01, e dois aços galvanizados, tradicionalmente utilizados em construção metálica, o aço DX51 D+Z e o aço DX51D. As soldaduras TIG foram realizadas no aço DC01, utilizando corrente contínua e corrente pulsada. As soldaduras por FSW foram realizadas em ambos os metais base. Para os aços galvanizados foram testadas duas ferramentas com pinos de geometria cónica de diferentes dimensões. A análise comparativa assentou na realização de inspeção visual e de testes de caracterização mecânica e microestrutural. Para a caracterização microestrutural foram preparadas amostras da secção transversal de todas as soldaduras para observação por microscopia ótica. A caracterização mecânica incluiu a realização de ensaios de dureza e de tração uniaxial. De modo a avaliar a resistência local, em tração, das diferentes zonas das soldaduras, a aquisição da deformação foi realizada recorrendo a técnicas de Correlação Digital de Imagem (DIC). A inspeção visual revelou que todas as soldaduras estavam isentas de descontinuidades macroscópicas visíveis, ou seja, isentas de fendas, cavidades ou poros. Apesar disso, as soldaduras por fusão apresentaram deformações importantes junto ao cordão de soldadura, as quais podem ser classificadas como um fator de não-conformidade com vista à aplicação industrial das mesmas. Ao contrário do registado para as soldaduras TIG, as soldaduras em estado sólido não apresentaram deformações importantes. Este resultado está sem dúvida associado à menor quantidade de calor adicionado, durante a soldadura por FSW, e ainda, à utilização de mecanismos de fixação rígidos para o constrangimento dos metais base durante a operação de soldadura. Finalmente, é ainda importante referir que enquanto as soldaduras por fusão apresentavam um aumento de espessura significativo no cordão de soldadura, em resultado da utilização de metal de adição, as soldaduras por FSW apresentavam apenas uma ligeira diminuição de espessura em relação ao metal base adjacente. Importantes diferenças entre as soldaduras por fusão e em estado sólido foram também registadas aquando da caracterização microestrutural. Com efeito, enquanto as soldaduras por fusão apresentavam uma estrutura de grão grosseiro, característico das estruturas de solidificação, e Zonas Termicamente Afetadas (ZTA) extensas, independentemente do tipo de corrente de soldadura utilizada, as soldaduras em estado sólido apresentavam uma estrutura de grão refinado, característico de estruturas recristalizadas, e ZTAs menos extensas do que as registadas nas soldaduras por fusão. Nas soldaduras em estado sólido, com os aços galvanizados, foi ainda registada a presença de alguma heterogeneidade microestrutural, na região do nugget, cuja origem não foi possível clarificar com recurso às técnicas de análise utilizadas no âmbito da tese. Finalmente, os ensaios de dureza revelaram um importante aumento de resistência, nas soldaduras, em relação aos metais base, independentemente do procedimento de soldadura adotado. Em resultado deste aumento de resistência na região da soldadura, a eficiência mecânica em tração, de todas as ligações, foi de 100%, isto é, todas as ligações sofreram rotura no metal base para valores de deformação nulos na região da soldadura. Este tipo de comportamento foi registado tanto para as soldaduras por fusão, que apresentavam um importante aumento de espessura na zona fundida (ZF), como para as soldaduras em estado sólido, que apresentavam uma ligeira diminuição de espessura na zona termo-mecanicamente afetada (ZTMA). | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,614 | Caracterização físico-tribológica de materiais de travagem | Pastilhas de Travão,,Ensaio Tribológico,,Desgaste específico,Módulo de Elasticidade,Brake Pads,Tribological Test,Specific Wear,Elastic Modulus | A finalidade dos travões é desacelerar o veículo, através da transformação da energia cinética em calor, dissipando para o meio através do atrito. Os materiais de travagem fazem parte integrante de veículos pesados ou ligeiros e, têm, por isso, requisitos específicos, tais como: a resistência à corrosão, peso reduzido, longa vida, baixo ruído, atrito estável, baixa taxa de desgaste, e uma relação aceitável entre custo e desempenho. Existem dois tipos de sistemas de travagem – travões de tambor/calços e travões de disco/pastilhas. De modo a atingir o desempenho necessário, a maior parte dos materiais de atrito não são constituídos por um único elemento ou composto, antes são materiais compósitos. Mais de 2000 materiais diferentes e suas variantes são actualmente usados em componentes comerciais para pastilhas de travão. No que diz respeito à sua função, os materiais de travagem são classificados em quatro categorias principais: matriz, conhecido como material de ligação, fibras, modificadores de atrito e materiais de enchimento/reforço [1]. A matriz é o núcleo do compósito pois tem a função de aglomerar firmemente todos os ingredientes, de modo a que cada um desempenhe a sua função de material de atrito. As fibras, por sua vez, são adicionadas para uma maior resistência, enquanto os modificadores de atrito são usados para manipular a gama de coeficiente de atrito desejado. Os materiais de enchimento/reforço pretendem manter o coeficiente de atrito numa gama elevada de temperaturas, e também, reduzir custos. Os fabricantes de material de atrito reivindicam excelente resistência ao desgaste mas não dão garantias de uma determinada vida útil dos seus produtos, e, raramente publicam dados relativamente ao desgaste dos materiais por eles produzidos. Os ensaios à escala de material de travagem é muito demorado e muito custoso. Deste modo, existem inúmeros testes a escala reduzida que permitem a comparação, mais rápida, de diferentes formulações. Este tipo de equipamento não permite simular e obter resultados idênticos aos obtidos pelos materiais em serviço. Para além da complexidade dos materiais de atrito para travagem, a sua caracterização mecânica e tribológica também é difícil. A presente dissertação tem, como objectivo principal, a caracterização mecânica e tribológica de quatro materiais de desgaste de travagem - pastilhas - para veículos pesados, sendo estes o ACERCHINA, o ATV 55, o FRASLE FLE1749 e o JURID FF29. Para o efeito foi usado um equipamento a uma escala reduzida que permitiu variar os parâmetros que mais influenciam a travagem, e, controlar a temperatura e a força de atrito das pastilhas em estudo. Nos ensaios tribológicos foram usadas três velocidades de travagem e três forças normais. Como outputs foram obtidas as temperaturas das pastilhas e a força de atrito ao longo do ensaio. O desgaste de cada conjunto de pastilhas ensaiado foi determinado através de pesagem. A comparação do desempenho das formulações foi realizada através da representação gráfica de força e coeficiente de atrito ao longo da distância de escorregamento, bem como os volumes de desgaste de todas as condições e materiais. Por forma a complementar a caracterização tribológica, e para auxiliar a compreensão dos resultados, foram determinados os valores de dureza, densidade e o módulo de elasticidade para várias temperaturas. As amostras ensaiadas foram também observadas através de microscopia óptica e microscopia electrónica de varrimento. Genericamente, observou-se, para todos os materiais, que o volume de desgaste, para a mesma pressão, sofria um aumento quando a velocidade de escorregamento aumentava. O volume desgastado aumentava ainda mais quando se mantinha a velocidade e se aumentava a pressão. Em alguns materiais, mas apenas em algumas condições de ensaios, ocorreu uma diminuição abrupta da força de atrito e consequentemente diminuição da temperatura da pastilha. Outros materiais registaram um ruído agudo na maior parte dos ensaios. No que concerne às propriedades mecânicas, o módulo de elasticidade de todas as pastilhas diminuiu com o aumento da temperatura. Com o aumento da dureza das pastilhas verifica-se um aumento do desgaste específico [mg/MJ]. As formulações com melhor desempenho foram: o JURID no coeficiente de atrito, por registar valores mais elevados; o ATV na temperatura, por dissipar melhor a energia térmica; e o FRASLE no volume de desgaste, por ter valores mais reduzidos de desgaste volúmico e o único dentro dos valores de referência do desgaste específico. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,616 | Otimização e análise de dados do manufacturing execution system presente na TRIDEC | Manufacturing Execution System,Registo de dados,Enterprise Resource Planning,Desempenho,Produção,Fiabilidade,Manufacturing Execution System,Data Recording,Enterprise Resource Planning,Performance,Production,Reliability | Numa Era cada vez mais informatizada, com o crescimento das empresas e o aumento da complexidade dos seus sistemas produtivos surgiram os sistemas de informação, com o objetivo de agregar todos os elementos relevantes da empresa numa única base de dados, de modo a efetuar uma gestão mais eficiente dos negócios. Baseado num destes sistemas de informação, surge o tema principal desta dissertação, que tem como principal objetivo a otimização e análise dos dados obtidos através do Manufacturing Execution System presente na Tridec, empresa que desenvolve e fabrica sistemas direcionais e suspensões para a indústria de transporte de mercadorias. Com o intuito de aumentar a fiabilidade dos dados obtidos foram identificadas as debilidades no processo de registo de dados e implementadas medidas de modo a que este seja feito de forma correta, permitindo efetuar uma análise de custos e de desempenho mais fiável e precisa. Um outro objetivo passou por fazer o ajuste do tempo padrão de produção das peças mais relevantes financeiramente para a empresa. Para tal foi necessário identificar as peças com maior peso na faturação da empresa, dividindo-as em classes, de modo a serem estabelecidas prioridades. Ao realizar esta análise teve-se em conta a Lei de Parkinson, pelo que esta foi feita de modo a ser estabelecido um tempo padrão considerando as tarefas realizadas com um bom desempenho. Com o ajuste de tempos padrão e uma maior fiabilidade dos dados registados torna-se possível fazer um planeamento minucioso. Nesse sentido, foi também efetuado um estudo de viabilidade para adquirir uma aplicação informática que permita fazer o balanceamento da produção de forma detalhada e eficaz, resultando em ganhos efetivos de rentabilidade. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,617 | Gestão Autónoma Aplicada a uma Linha de Produção Sociedade de Água do Luso | Sociedade da Água de Luso,Equipas,Gestão Autónoma,TPM,Heineken,Limpeza,Inspecção,Lubrificação,Resultados,Eficiência | O tema da presente tese, “Gestão Autónoma aplicada numa linha de produção”, decorreu do estágio de final de curso e corresponde ao desafio e à necessidade da Sociedade da Água de Luso (SAL) desenvolver equipas de Gestão Autónoma nas linhas de produção. Os objectivos propostos foram os de apoiar e implementar os passos 1, 2 e 3 da Gestão Autónoma na linha 6 de engarrafamento de água mineral natural de capacidades 33cl e 50cl. O pilar de gestão autónoma está inserido num programa geral de Total Productive Maintenance (TPM), sendo que a execução e o desenvolvimento do projecto têm como base o sistema e as metodologias adoptadas pela empresa mãe, a Heineken. O permanente e bem sucedido contacto, aliado ao trabalho desenvolvido com os membros e os líderes das equipas, permitiu uma orientação e um ajuste de trabalhos às reais necessidades da empresa sediada no Luso. Ao longo desta dissertação serão descritas as principais melhorias implementadas durante os três passos da GA, destacando-se o novo formato dos planos de limpeza, as análises de fontes de sujidade e locais de difícil acesso e ainda a criação de um plano CILT (Limpeza Inspecção e Lubrificação) como um enorme contributo para o sucesso das equipas. Devido às muitas melhorias implementadas no âmbito da Gestão Autónoma, obtiveram-se resultados muito satisfatórios, tanto ao nível das condições de trabalho e da motivação dos operadores, como ao nível de indicadores de eficiência. Pode concluir-se que o trabalho desenvolvido no âmbito desta tese contribuirá, a longo prazo, para um aumento significativo de lucros da SAL. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,618 | Otimização do Desgaste de Fontes de Evaporação para Equipamentos PVD – Arco Catódico | Fonte de Evaporação,Target,Arco Catódico,Cathodic Arc,Campo Eletromagnético,Electromagnetic Field,Nitreto de Crómio,PVD,Chromium Nitride | O processo de deposição física em fase de vapor (PVD) é utilizado pela empresa MAHLE Componentes de Motores S.A. para revestimento de segmentos de pistão com nitreto de crómio. Neste trabalho, é abordada a otimização deste processo, com o intuito de melhorar a erosão/o consumo das fontes de evaporação. Para tal, cada fonte tem a si associada duas bobines (intermédia e externa), cuja função é controlar o arco elétrico através da geração de campos eletromagnéticos. Assim, foram alteradas as intensidades de corrente das bobines, para valores progressivamente mais baixos, de forma a promover a maior aleatoriedade possível do arco elétrico, com o fim de se gerarem superfícies e perfis de erosão mais homogêneos que os originais. Através da componente de controlo dimensional realizada no Centro para o Desenvolvimento Rápido e Sustentado do Produto (CDRsp), verificou-se que a atualização dos parâmetros das bobines originam melhorias significativas, quer na quantidade de material utilizado, quer na duração das fontes de evaporação. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,620 | Mercado dos sistemas de refrigeração dos estabelecimentos de cuidados de saúde em Portugal e na União Europeia | Pesquisa de mercado,Equipamentos de frio,Unidades de saúde,Estabelecimentos de cuidados de saúde,Market research,Cold equipment,Health units,Health care establishments | A presente dissertação surge no âmbito de um protocolo acordado entre a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra e a empresa Mercatus, especializada na produção de equipamentos de refrigeração para o setor HoReCa (Hotéis, Restaurantes e Cafés). A Mercatus tem conseguido afirmar-se como uma marca de referência Europeia no mercado em que atua. Para continuar nesta posição necessita de se expandir, conquistando novos mercados e/ou fabricando e comercializando novos produtos. De entre as várias possibilidades de expansão destaca-se a produção de sistemas de frio para os edifícios hospitalares, unidades de saúde e clínicas. Surge assim a necessidade de estudar este mercado, identificando as possibilidades que oferece e as suas regras de funcionamento. O objetivo central deste trabalho é realizar um estudo de mercado dos sistemas de produção de frio que equipam os estabelecimentos de cuidados de saúde Portugueses e da UE (União Europeia). Pretende-se assim contribuir para o conhecimento do funcionamento deste mercado, percebendo de que forma se implementa espacialmente, quais as tipologias de equipamentos de produção de frio que utiliza e os respetivos requisitos de qualidade, qual a sua capacidade instalada atual e futura e qual o seu mercado anual por tipologia de equipamento. Após identificação dos vários tipos de sistemas de refrigeração mais utilizados na área dos cuidados médicos, foi efetuado um levantamento dos instalados em algumas unidades públicas de saúde localizadas em Portugal. De modo a abranger o mais possível a realidade nacional foram selecionados estabelecimentos de cuidados de saúde de diversos tipos e dimensões, desde centros de saúde e unidades de saúde familiar a hospitais centrais. Depois, utilizando uma metodologia considerada adequada para o efeito, mas obviamente não isenta de incertezas, foi estimada a capacidade instalada em Portugal no ano de 2015. Recorrendo ao número de habitantes e ao número de camas por cada 100 000 habitantes foi estimada a capacidade instalada em 2015, por tipologia de equipamentos de frio, em cada país da UE e na UE no seu conjunto. Através de uma análise assente em cenários possíveis (pessimista, normal e otimista), foi estimado o mercado potencial destes equipamentos em Portugal, em cada país da UE e na UE como um todo. A partir dos valores referentes ao ano de 2015 e assumindo taxas de crescimento prováveis foram determinados os mercados potenciais nos anos seguintes. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,621 | Avaliação do desempenho energético de câmaras de refrigeração industrial | Ganhos térmicos,Refrigeração industrial,Desempenho energético | Um dos principais custos da indústria portuguesa e que reduz a sua competitividade prende-se com a fatura energética. Na indústria agroalimentar, nomeadamente a conservação e tratamento de peixe, essa fatura reflete-se com maior incidência no consumo dos sistemas de refrigeração. Na refrigeração industrial existem vários tipos de ganhos térmicos que podem ser amenizados com pequenas alterações ao sistema com o objetivo de melhorar a eficiência energética e, ao mesmo tempo, controlar de forma eficiente a temperatura no interior das câmaras de refrigeração. Portas abertas, envolvente, dimensionamento dos equipamentos de frio, iluminação e equipamentos que produzem calor são os principais contribuintes para os ganhos térmicos. Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho energético de câmaras de refrigeração industrial, estimar os principais ganhos térmicos, e avaliar medidas de melhoria para redução de consumos a custos coerentes. Para isso foi utilizado o software de simulação dinâmica EnergyPlus. Construiu-se o modelo de edifício com o apoio da ferramenta de desenho Sketchup e utilizou-se o EnergyPlus para realizar a avaliação do desempenho térmico e energético. Para conjugar o modelo criado na ferramenta de desenho com o software de simulação, foi utilizado o plugin OpenStudio, que nos permite exportar os dados do modelo tridimensional para o EnergyPlus. Finalmente foram testadas as propostas de melhoria que se consideraram convenientes através de simulações dinâmicas. Alterações ao nível do sistema de refrigeração utilizado, alteração de proteções de portas e também de envolvente das câmaras de refrigeração são propostas apresentadas no presente trabalho. Analisando os resultados obtidos verifica-se que a proposta mais eficaz passa pela utilização de um sistema a operar com compressores de duplo estágio de compressão para o ciclo de baixas temperaturas. No entanto, dado o elevado investimento que esta medida teria, a sua aplicação será mais adequada numa instalação nova. Verifica-se também que a proteção de porta cortinas de PVC é a medida a instalar que mais reduz o consumo energético. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,882 | Modelização de um digestor contínuo de cozimento kraft | Modelização,Digestores,Cozimento kraft,Eucalyptus globulus,Homogeneidade | O papel faz parte do quotidiano da sociedade actual, com funções tão diversas como o acondicionamento de produtos ou a higiene pessoal. Mas, sobretudo, é um meio privilegiado de armazenamento e transmissão de saber. Os permanentes avanços das tecnologias da informação, longe de destituirem o papel desta posição de destaque, têm fomentado o seu consumo. Tudo leva a crer que a indústria de pasta e papel se fortaleça cada vez mais e continue a ter um impacto relevante na economia mundial e, a um nível mais local, nas economias europeia e nacional. Tal importância económica explica, porventura, o elevado investimento cientí co na área ao longo das últimas décadas. É imprescindível entender melhor os complexos processos envolvidos na produção de papel para tornar esta indústria ainda mais competitiva. Inserido nesse considerável esforço global, o presente trabalho pretende contribuir para aumentar o conhecimento acerca do mais importante processo químico de produção de pasta. Com efeito, esta dissertação versa sobre o cozimento kraft da madeira com vista à produção de pasta crua. Consiste na modelização e simulação computacional do equipamento-chave da fábrica de pasta: o digestor. Não obstante o título desta tese sugerir a análise exclusiva de digestores contínuos, o trabalho foi estendido por forma a abarcar também a operação em descontínuo. Efectivamente, além do modelo desenvolvido para o digestor contínuo criou-se, adicionalmente, um segundo modelo, desta feita do digestor descontínuo. Numa primeira fase, desenvolveu-se um modelo em estado transiente de um digestor industrial contínuo e da sua envolvente fabril. O digestor que serviu como objecto de estudo é um digestor hidráulico de vaso simples existente na fábrica de Setúbal do grupo Portucel-Soporcel. Trata-se de um tipo de digestor de grande representatividade, correspondendo a cerca de 67% dos digestores contínuos a nível mundial. O digestor está equipado de modo que permite a operação em condições de cozimento isotérmico, ITC . O modelo acima referido é heterogéneo e contempla três fases distintas: a matriz sólida da madeira, o líquido retido nos poros das aparas e o líquido que circunda as aparas. Considera-se cada uma destas fases como sendo homogénea para cada posição axial do digestor, isto é, é um modelo unidimensional. Recorre-se a quinze variáveis de estado para descrever a composição e a temperatura de cada fase ao longo do reactor. O modelo considera que a matriz sólida é formada por três espé- cies orgânicas (lenhina, celulose e hemicelulose) e que esses materiais orgânicos estão dissolvidos em ambos os licores. O conjunto das variáveis de estado completa-se com a composição dos líquidos em reagentes inorgânicos (alcali efectivo e ião hidrogenossulfureto), além da temperatura do líquido livre e da que se veri ca no interior das aparas. Adicionalmente, o modelo prevê um numeroso rol de variáveis que, não sendo de estado, são importantes do ponto de vista industrial (índice kappa, rendimento, teor de sólidos) por fornecerem informação auxiliar interessante, sendo algumas indispens áveis ao cálculo das próprias variáveis de estado (velocidade intersticial do líquido, velocidade do leito de aparas, caudais de líquidos e de sólido, porosidades do leito e das aparas, massas volúmicas dos líquidos livre e retido, tempo de residência, carga morta e concentração de extractáveis, taxas individuais e colectivas de reacção e de transferência de massa). A versão estacionária do modelo transiente desenvolvido foi implementada computacionalmente. O estudo do desempenho do simulador foi realizado para Eucalyptus globulus, uma folhosa, por ser esta a espécie quase exclusivamente processada pela fábrica. O modelo cinético proposto previamente por Nóbrega e Castro (1997) foi usado após ter sido sujeito a um reajuste de parâmetros cinéticos levado a cabo com base em informação proveniente do processamento industrial. O estudo feito revela que o simulador captura bastante bem o comportamento do digestor real não só em cenários estáticos de operação mas também no que concerne à sensibilidade às várias condições operatórias. O modelo exibe grande acuidade na captação do comportamento térmico do digestor assim como na descrição evolutiva do processo de deslenhi cação desde o topo até à base. O modelo responde de forma exemplar em termos de sensibilidade às principais condições operatórias, havendo apenas a registar um ligeiro excesso relativamente à carga alcalina em regime de distribuição relativa de alcali constante. Perante o desempenho do simulador criado, é possível antecipar promissoras vantagens que podem resultar da sua aplicação: numa perspectiva de optimização das condições operatórias ou numa futura aplicação de controlo preditivo ao digestor. Em paralelo, o presente trabalho debruça-se sobre a problemática da heterogeneidade da pasta factor deveras condicionador da sua qualidade. Para tal, desenvolveu-se um modelo heterogéneo intraparticular unidimensional que contabiliza os fenómenos de transporte ocorridos no interior das aparas bem como entre estas e o licor livre, durante o cozimento. O sistema modelizado é um digestor descont ínuo que opera, portanto, em regime transiente e onde o líquido envolvente das aparas está sujeito a recirculação permanente. A título exempli cativo, recorre-se às leis cinéticas propostas por Mirams e Nguyen (1996). Contudo, o modelo do digestor foi desenvolvido de forma geral de modo que esteja apto para lidar com qualquer lei cinética. Enfatize-se que, em consonância, o código computacional foi escrito por forma a poder albergar qualquer modelo cinético, independentemente do número de espécies que este usa. Este modelo do digestor traduz uma nova perspectiva dos fenómenos intraparticulares ocorridos ao longo do processo de cozimento da madeira. Além da difusão intraparticular comummente considerada tem também em conta o fenómeno de convec ção intraparticular. A continuada degradação da matriz sólida de aparas submersas provoca um uxo de líquido do exterior para o interior das aparas, de modo que se preencham os espaços vazios criados por reacção química. No presente trabalho propõe-se um termo convectivo dependente da taxa de reacção química e desenvolve se uma forma mecanística capaz de quanti car tal dependência. Apesar da difusão ser o fenómeno de transporte predominante no cozimento da madeira, o uxo convectivo não é desprezável face ao uxo total. Uma comparação entre o desempenho do modelo puramente difusional (proposto previamente por vários autores) e do modelo convectivo (sugerido no presente trabalho) revela que o primeiro sobrestima a heterogeneidade da pasta relativamente ao segundo. A contabilização da convecção, induzida pelo aumento da porosidade da apara, permite descrever o processo de forma mais realista e potencialmente mais exacta. Além de incluir a convecção originada indirectamente por reacção química, o modelo proposto consegue lidar com uma distribuição de tamanhos de aparas. Pode considerar, assim, a coexistência de aparas de diferentes dimensões, presentes em (eventualmente) diferentes quantidades, em cozimento simultâneo no mesmo digestor o que constitui a realidade do cozimento industrial. Concluiu-se que a maior fonte de heterogeneidade da pasta não são as limitações associadas aos fenómenos de transporte intraparticular, mas reside antes na distribuição de tamanhos das aparas que alimentam o digestor. O pressuposto de considerar que todas as aparas sob cozimento têm a mesma espessura (igual ao valor da espessura média ponderada) camu a completamente o grau de heterogeneidade da pasta previsto por um modelo intraparticular, sugerindo valores muito aquém dos obtidos se tal pressuposto não for considerado. Atendendo à heterogeneidade das aparas industriais, é essencial incorporar a distribuição de tamanhos de aparas com vista a uma previsão aceitável do grau de uniformidade da pasta. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,898 | Processos de inertização e valorização de cinzas volantes : incineração de resíduos sólidos urbanos | Resíduo sólido urbano,Poluição atmosférica | No presente estudo foi considerado um subproduto do processo industrial de incineração de resíduos sólidos urbanos (RSU), designado por resíduo de controlo de poluição (RCP) atmosférica, ou de um modo mais generalista por "cinzas volantes". O trabalho decorreu em colaboração com a unidade de incineração da área de Lisboa, a qual forneceu as amostras de resíduo. Os principais objectivos centraram-se na análise dos processos de tratamento dos RCP por estabilização química e através de tratamentos de solidificação/estabilização (S/S), tendo em vista o melhoramento do processo industrial. Uma outra vertente constituiu na avaliação da possibilidade de valorização deste tipo de resíduos na produção de materiais cerâmicos, designadamente em agregados leves. Foi realizada uma extensa caracterização física e química dos RCP, uma vez que este é um resíduo relativamente recente em Portugal, e não havia sido caracterizado anteriormente. Analisaram-se os teores elementares totais, as quantidades potencialmente lixiviáveis, tendo sido realizado um estudo aprofundado do comportamento de lixiviação das espécies químicas mais relevantes (Pb, Cd, Zn, Cr, Ni, Cu, K, Na, Ca, Cl- e SO42-). Os métodos S/S imobilizam eficazmente os metais pesados, sendo no entanto, os sais solúveis susceptíveis de serem libertados em quantidades significativas. Podem ser usadas formulações alternativas ao tratamento actualmente utilizado na indústria, as quais podem consistir na redução da quantidade de cimento, na utilização de cinzas volantes de carvão e outros tipos de cimento, bem como o uso de aditivos (fosfatos ou silicatos), sendo facilmente garantida a eficácia em relação aos metais, mas não em relação aos sais solúveis. Foram utilizados modelos matemáticos capazes de identificar os processos de libertação das substâncias poluentes dos sólidos resultantes do tratamento S/S, tendo sido determinados coeficientes de difusão efectivos, factores de retenção física e retenção química. Relativamente à valorização dos resíduos, foi concluído que é tecnicamente possível incorporar os RCP em agregados leves. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,920 | Preparação e caracterização de sistemas de libertação controlada de fármacos com base em polímeros de origem natural | Polímeros -- Libertação controlada de farmacos,Libertação controlada de fármacos,Polímeros | Este trabalho tem como principal objectivo a preparação de sistemas de libertação controlada com base em polímeros de origem natural e com o potencial de serem utilizados em diversas aplicações como a entrega específica de fármacos no cólon ou a libertação prolongada e localizada de fármacos. Para isto desenvolveram-se e caracterizaram-se três potenciais sistemas de libertação controlada de moléculas bioactivas, preparados com diferentes polímeros de origem natural. O primeiro sistema estudado envolveu a utilização do poliéster de origem natural poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), PHBV, o qual foi investigado enquanto matriz para a imobilização do antiflamatório não esteróide flurbiprofeno em micropartículas preparadas pelo método da extracção/evaporação do solvente numa emulsão óleo/água, utilizando o clorofórmio como fase orgânica e o álcool polivinílico (PVA) como surfactante. Um desenho composto central de experiências foi implementado de forma a investigar o efeito de duas variáveis envolvidas no processo de preparação das micropartículas – a concentração do polímero na fase orgânica e a concentração do surfactante na fase aquosa - sobre algumas das propriedades finais dessas mesmas micropartículas, nomeadamente a eficiência de encapsulação do fármaco, o tamanho médio e a distribuição de tamanhos das micropartículas, e o tempo correspondente à libertação in vitro de 50% do fármaco encapsulado. Concluiu-se que as duas variáveis investigadas afectavam, significativamente e de forma oposta, a eficiência de encapsulação do fármaco. Igualmente, verificou-se que o tamanho médio das partículas era afectado positivamente pelo aumento da concentração do polímero na fase orgânica. A concentração do surfactante revelou ser um factor crítico no grau de agregação das micropartículas obtidas, tendo-se concluído que existe um limite mínimo requerido de concentração de surfactante para estabilizar a emulsão óleo/água e, consequentemente, obter micropartículas não agregadas. Os perfis de libertação in vitro do fármaco, a partir de micropartículas produzidas em diferentes condições experimentais, revelaram que mais de 90% do fármaco era libertado nas primeiras oito horas de ensaio. A análise estatística dos valores de t50% (tempo correspondente à libertação in vitro de 50% do fármaco encapsulado) revelou que nenhuma das duas variáveis experimentais investigadas influenciava significativamente este parâmetro. A comparação dos perfis de libertação in vitro do fármaco a partir de micropartículas e o perfil de dissolução do fármaco puro conduziu à conclusão de que o fármaco se encontra essencialmente disperso à superfície das micropartículas e não, como seria desejável num sistema de libertação controlada, efectivamente aprisionado na matriz polimérica. Embora, com as formulações investigadas, não se tenha obtido um sistema de libertação do furbiprofeno com a capacidade de libertar este de forma controlada ao longo de um período de tempo significativo (de semanas ou meses), a investigação e optimização de outras variáveis experimentais, nomeadamente a razão mássica fármaco/polímero utilizada na produção das micropartículas, poderá conduzir a um sistema de libertação capaz de libertar o flurbiprofeno da forma referida anteriormente, e que poderá ser utilizado na libertação controlada e localizada deste. No segundo sistema investigado o polissacarídeo pectina foi quimicamente modificado através da introdução na sua estrutura de grupos terminais vinílicos ou metacrílicos. Os derivados de pectina assim obtidos, por si só ou em conjunto com o macrómero poli(etileno glicol) diacrilato (PEGDA), foram utilizados na formação de hidrogéis químicos preparados por fotoreticulação. A actuação destes hidrogéis enquanto sistemas de libertação controlada foi investigada através de estudos de libertação in vitro de dois fármacos hidrofílicos de baixo peso molecular (sulfato de gentamicina e flurbiprofeno sódico) e de duas proteínas modelo (albumina de soro bovino (BSA) e lisozima). Todos os compostos bioactivo acima referidos foram imobilizados no hidrogel durante a sua formação. Relativamente à modificação química da pectina, a qual se processou em meio heterogéneo, conclui-se que a extensão da modificação química era limitada/controlada pela acessibilidade dos grupos hidroxilo do polissacarídeo, encontrando-se essa acessibilidade directamente relacionada com a capacidade de inchaço das partículas do polissacarídeo no solvente reaccional. No caso dos fármacos hidrofílicos de baixo peso molecular imobilizados nos hidrogéis preparados, verificou-se que estes se libertavam rapidamente, sendo a libertação total atingida, no máximo, passado quatro horas de ensaio. A libertação das proteínas modelo, a partir dos hidrogéis, revelou-se incompleta devido, provavelmente, à ligação covalente e/ou adsorção física de uma fracção da proteína à matriz polimérica. Constatou-se ainda que a presença de enzimas pectinolíticas no meio de libertação conduzia a uma maior quantidade de BSA libertada, supostamente devido à degradação por via enzimática da estrutura tridimensional do hidrogel. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que os hidrogéis produzidos poderão ser utilizados enquanto sistemas de libertação específica no cólon, em particular na libertação de protéinas. Por fim, o terceiro sistema estudado envolveu a preparação e caracterização de esponjas de pectina e quitosano, as quais foram obtidas a partir da liofilização dos complexos polielectrolíticos (PECs) formados, em meio aquoso, entre os dois polissacarídeos. Foram produzidas três esponjas de PECs de pectina/quitosano utilizando diferentes proporções iniciais dos dois polissacarídeos. Independentemente das proporções utilizadas, os resultados da análise elemental revelaram que a composição das três esponjas era muito semelhante, sendo estas constituídas maioritariamente por pectina (entre 74 e 78%, percentagem mássica). Estudos da variação do peso das esponjas, realizados ao longo de seis semanas, revelaram que as esponjas perdiam massa de forma contínua, quando mergulhadas em soluções aquosas a pH 2 ou pH 7.4. Esta perda de massa foi atribuída à libertação gradual das cadeias dos dois polissacarídeos, causada pela quebra progressiva das ligações iónicas estabelecidas durante a formação dos PECs entre os grupos COO- da pectina e os grupos NH3+ do quitosano. A análise da composição das esponjas ao longo do tempo de dissolução, e o registo dos espectros de FTIR, revelou que, nas esponjas mergulhadas a pH 2, a perda de massa resultava tanto da perda de pectina como de quitosano, enquanto, a pH 7.4, a perda de massa podia ser maioritariamente atribuída à dissolução das cadeias de pectina. Este comportamento distinto pode ser atribuído aos diferentes estados de ionização/protonação dos dois polissacarídeos nos dois meios aquosos. Uma avaliação preliminar destas esponjas, enquanto sistemas de libertação controlada de proteínas, foi feita, através de um estudo de libertação in vitro de libertação da proteína BSA. Os resultados sugerem que a libertação de proteínas a partir deste tipo de material será controlada pelas fortes interacções físicas estabelecidas entre as proteínas e a matriz polimérica. Este resultado sugere que as matrizes de PECs desenvolvidas apresentam o potencial para serem utilizadas na preparação de sistemas de libertação específica de protéinas no cólon. Em cada um dos três trabalhos desenvolvidos e apresentados nesta Tese foi possível obter conclusões significativas, que poderão ser utilizadas como bases sólidas para a continuação do trabalho de desenvolvimento dos diferentes sistemas de libertação propostos. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,924 | Métodos numéricos adaptativos para a resolução de modelos multidimensionais em engenharia química | todos numéricos,Processos químicos -- modelos matemáticos | O objectivo do trabalho de investigação consiste no desenvolvimento e teste de métodos numéricos adaptativos, aplicáveis na resolução eficiente de modelos matemáticos diferenciais evolutivos de dimensão arbitrária, que exibam soluções com gradientes elevados localizados no tempo e no espaço, e sejam relevantes no âmbito específico da modelação de processos químicos. Para tal, idealizam-se códigos computacionais para a aplicação e teste dos algoritmos numéricos desenvolvidos. A opção de programar os algoritmos em linguagem FORTRAN deve-se principalmente ao facto desta linguagem ser extremamente adequada ao desenvolvimento de ciclos complexos de operações lógicas e/ou algébricas, característicos deste tipo de algoritmos matemáticos. Por outro lado, o recurso à versão específica FORTRAN 77 deve-se ao facto desta se revelar suficiente para uma demonstração genérica da capacidade de execução dos programas em condições triviais, definidas num ambiente de processamento referente a um laptop comercial convencional, sem grandes preocupações de optimização intensiva do esforço computacional. De modo a testar a robustez e eficiência dos métodos, estes foram sujeitos de forma sistemática a modelos de complexidade crescente, desde exercícios de geração de malha, até à integração de problemas de equações diferenciais parciais (PDE’s) escalares e sistemas de equações diferenciais (apenas em casos unidimensionais). Os resultados disponibilizados permitem uma confirmação genérica da utilidade dos métodos para uma grande variedade de problemas que abrangem diversas áreas importantes da modelação de processos químicos como: combustão, adsorção, reacção química, mecânica de fluidos, etc; normalmente caracterizados por exibirem soluções com particularidades extremas. Os métodos de geração de malha apresentados são baseados em estratégias de colocação nodal controladas pela detecção de oscilações ou variações bruscas em aproximações numéricas avaliadas por fórmulas de diferenças finitas, que possibilitam a especificação de dois tipos de critérios denominados por C1 e C2, respectivamente. Estes denotam uma aptidão geral muito satisfatória para a identificação, localização e acompanhamento de frentes abruptas ou descontinuidades nos perfis de solução. Simultaneamente, os algoritmos permitem o reconhecimento das regiões de menor actividade da solução onde a malha mantém a sua esparsidade apenas limitada pela definição da malha base estabelecida por defeito idealizada como garante de um suporte mínimo para a solução numérica. A escolha de aproximações de diferenças finitas para a definição de critérios de refinamento de malha deve-se exactamente a uma tentativa de exploração das suas reconhecidas limitações, ou seja da sua tendência para a introdução de anomalias sem significado físico nas soluções numéricas. Deste modo, a pesquisa desse tipo de anomalias possibilita uma estratégia simples de detecção de regiões de maior actividade da solução e, consequentemente, seleccionáveis para refinamento de malhas inicialmente estabelecidas com um nível de resolução mínimo. A estratégia de integração numérica baseada num procedimento MOL (Method Of Lines) recorre a esquemas de estimação das derivadas espaciais de diferenças finitas (FD) ou de alta resolução (HRS) que geram sistemas de equações diferenciais ordinárias (ODE’s) resolvidos por integradores ODE na direcção temporal. Opta-se por testar a performance das aproximações FD nos procedimentos de integração MOL de modo a demonstrar a potencialidade de uma estratégia conceptualmente mais simples e directa na abordagem a exemplos problemáticos. Esta análise é complementada com o estudo de uma estratégia de discretização HRS claramente direccionada para lidar com as derivadas espaciais de primeira ordem que genericamente definem a natureza hiperbólica dos problemas diferenciais. Os resultados obtidos são geralmente satisfatórios, verificando-se melhores desempenhos dos métodos para diferenças FD descentradas que acompanhem o movimento das ondas em problemas de carácter parabólicos e procedimentos HRS no caso de exemplos essencialmente hiperbólicos. Os algoritmos revelam desempenhos aceitáveis, quer em relação a exactidão dos resultados, como do esforço computacional requerido. Assim, mostram-se bastante eficazes para uma larga gama de equações hiperbólicas e parabólicas e para problemas com condições fronteira de diversos tipos, quer estacionárias como evolutivas. A performance dos critérios de colocação do tipo C1 e C2 é relativamente equivalente para a generalidade dos exemplos testados. No entanto, verifica-se uma tendência para uma maior sensibilidade do critério C1 que necessita tipicamente de condições mais exigentes referentes a uma escala de tolerância mais reduzida em alguns modelos, para além de uma notória propensão para ao desenvolvimento de perturbações nos perfis de solução do que o critério C2 que se revela comparativamente mais estável. Por outro lado, o critério do tipo C1 ajusta-se satisfatoriamente à integração de problemas bidimensionais. O passo crítico dos algoritmos de integração numérica adaptativa consiste na operação de interpolação que executa a passagem da solução suportada numa malha gerada no passo temporal anterior para a solução definida sobre a malha seguinte correspondente ao passo actual. Os passos interpolativos são inevitáveis neste tipo de estratégias já que se relacionam intrinsecamente com a natureza estática do processo adaptativo seleccionado. Portanto, a qualidade do procedimento de interpolação revela-se essencial ao sucesso do método adaptativo de integração, principalmente no caso de problemas bidimensionais, onde o número de nodos potencialmente activáveis em cada passo é consideravelmente superior aos problemas unidimensionais. Esta questão demonstra-se especialmente premente em exemplos de carácter parabólico, ou seja predominantemente difusivos em que se constata que a sensibilidade do problema numérico a erros de interpolação relativamente reduzidos é muito superior, promovendo a introdução de fenómenos de instabilidade numérica nos perfis de solução. Assim, conclui-se que os modelos teoricamente menos problemáticos colocam maiores desafios de desenvolvimento de instabilidade e perturbações numéricas do que os problemas correspondentes de natureza predominantemente hiperbólica, onde a aplicação dos algoritmos adaptativos denota uma visível maior eficácia e robustez. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,938 | Leukemia cells modulation by light-activatable nanoparticles | nanoparticulas | Leucemia mielóide aguda (AML) é um grupo de doenças heterogéneas definidas morfologicamente por um crescimento anormal do número de mieloblastos na medula óssea (BM). As presentes terapias incluem o uso de ácido retinóico (RA) para induzir a diferenciação de células de leucemia. Infelizmente, a eficiência do processo é limitada, mesmo quando em conjunto com quimioterapia convencional, uma vez que os pacientes sofrem do retorno da doença após remissão (na realidade 25% dos pacientes morrem) [1]. Esta recaída esta provavelmente relacionada com a indução de proteínas de ligação de RA e pelo aumento do metabolismo de RA por reacções mediadas pelo citocromo P-450. Além disso, um terço dos pacientes desenvolvem o designado “síndrome de RA” caracterizado por dispneia, febre, aumento de peso e hipotensão. Nos últimos anos, sistemas de libertação de RA foram propostos para ultrapassar estes efeitos indesejáveis, encontrando-se alguns em ensaios clínicos em humanos. Um sistema de libertação de RA baseado em liposomas demonstrou uma melhoria no perfil farmacológico de RA, em comparação com uma formulação não-liposómica e mostrou ser capaz de manter concentrações de elevadas e sustentadas de droga. Além disso, a formulação liposómica demonstrou a capacidade de diminuir a probabilidade de ocorrência de recaídas, sem no entanto as eliminar. O principal objectivo deste projecto foi o desenvolvimento de uma nanoformulação polimérica fotodissociável para aumentar a entrega intracelular de RA em células de leucemia. A possibilidade de activar de forma remota a libertação controlada de drogas abre novas oportunidades terapêuticas pela possibilidade de activação da diferenciação celular no nicho da medula óssea e potencialmente interferir com o nicho de células estaminais de leucemia. A nanoformulação polimérica fotodissociável tem aproximadamente 140 nm de diâmetro, carga superficial positiva e capacidade de dissociação quando exposta a luz UV (365 nm) ou luz azul (405 nm) libertando RA. Estas NPs são rapidamente internalizadas (períodos inferiores a 4 h) por células de leucemia mielóide aguda (K562, NB4, U937 e células estaminais de AML). Os nossos resultados demonstram que a fotoactivação das nanopartículas contribui para a diferenciação destas células em níveis não observados utilizando nanoformulações que libertam RA de forma passiva ou através de quimioterapia convencional. A activação através de luz das RA+ NPs induz 1.92 (± 0.17) vezes maior Resumo Carlos Samuel Marques Boto xviii – Doctoral Thesis diferenciação eritróide em células K562, 1.19 (± 0.01) vezes diferenciação mielóide em células NB4 e 1.45 (± 0.03) vezes diferenciação mielóide em células U937, quando comparadas com as condições de NPs não activadas com recurso a luz. De igual modo RA+ NPs activadas com luz induzem 1.83 (± 0.17) vezes maior diferenciação eritróide em células K562, 1.12 (± 0.01) vezes diferenciação mielóide em células NB4 e 1.44 (± 0.04) vezes diferenciação mielóide em células U937, quando comparadas com a utilização de 1 μM de RA na solução de cultura. Deve ser salientado que RA+ NPs contêm ~10 vezes menor quantidade de RA do que o utilizado em solução na cultura celular. Estes resultados experimentais são especialmente relevantes no tratamento da linha cellular resistente à acção de RA U937-PLZF/RARA na qual a elevada concentração intracelular de RA consegue induzir diferenciação celular com sucesso. Finalmente, células estaminais de AML tratadas com RA+ NPs activadas com luz apresentam 69.6 ± 9.2 % e 61.8 ± 10.1 % menor número de colónias, na contagem de unidades formadoras de colónias (CFC e LTC-IC), respectivamente. A informação colectada nos ensaios animais demonstrou estar de acordo com a obtida nos ensaios in vitro. A expressão de CD11b foi superior de forma consistente (com relevância estatística) para células NB4 tratadas com RA+ NPs activadas com luz tanto para as condições nas quais a activação pela luz foi realizada ex vivo, como na condição em que esta activação se realizou in vivo. Isto, comparativamente às condições nas quais as células tratadas com RA+ NPs não foram alvo de activação. Estes resultados indiciam que o controlo conferido pela nanoformulação sensível à acção da luz na cinética de libertação intracelular pode ser uma estratégia efectiva para o tratamento de leucemia. Em resumo, foi estabelecida uma abordagem baseada em opto-nanomedicina para o tratamento e estudo de células estaminais de leucemia tanto in vitro como in vivo. Esta estratégia permite o controlo remoto sobre a libertação de biomoléculas com resolução espaço-temporal. Esta formulação fotossensível apresenta grande potencial para aplicação em terapias médicas e medicina regenerativa. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,939 | Preparação e Caracterização de Hidrogéis de Quitosano para Administração por Via Injetável | Quitosano,Genipin,Hidrogel,Reticulação,Libertação de fármacos | Para além da capacidade de reter grandes quantidades de água, os hidrogéis apresentam propriedades muito atrativas para aplicações na área biomédica e farmacêutica, designadamente a capacidade para mimetizar os tecidos naturais, bem como propriedades mecânicas e velocidade de degradação ajustáveis e facilidade de aplicação através de meios minimamente invasivos, por exemplo, a injeção. Adicionalmente, um hidrogel injetável passível de ser formado in situ deve apresentar um mecanismo de transição sol-gel adequado para aplicações clínicas, ou seja, deve ser inicialmente líquido, de modo a facilitar a injeção e a distribuição homogénea de células, ou do princípio ativo, e ser capaz de gelificar rapidamente, sob condições fisiológicas, após injeção. Os hidrogéis de base quitosano destacam-se pela sua variedade, versatilidade e propriedades intrínsecas (biocompatibilidade, biodegradabilidade e não toxicidade). Vários métodos têm sido usados para preparar hidrogéis de quitosano, como seja a reticulação física, baseada em interações iónicas e/ou secundárias, ou a reticulação química que usa a ligação covalente para unir as cadeias poliméricas. Embora os sistemas reticulados fisicamente tenham como principal vantagem a formação do hidrogel à temperatura do corpo humano, apresentam algumas desvantagens, designadamente a fraca estabilidade estrutural e reduzidas propriedades mecânicas. Em contrapartida, os sistemas reticulados por via química exibem melhores propriedades mecânicas e elevada estabilidade, estando a sua principal limitação normalmente relacionada com a toxicidade dos agentes reticulantes. No presente trabalho pretendeu-se preparar um sistema injetável de base quitosano para transporte e libertação de fármacos, capaz de ser produzido in situ, em condições fisiológicas de temperatura e de pH, recorrendo a um mecanismo de reticulação combinado (co-reticulação), usando como reticulante físico, o sal fosfato dissódico de glicerol, e como reticulante químico, o genipin. Deste modo, pretendeu conjugar-se as vantagens de cada um dos dois tipos de reticulação, nomeadamente a termossensibilidade conferida pela reticulação física e a estabilidade estrutural resultante de redes reticuladas quimicamente. Numa primeira fase, caracterizou-se exaustivamente o sistema co-reticulado. As propriedades morfológicas, estruturais e mecânicas, o controlo do tempo de gelificação, a taxa de degradação, a capacidade de intumescimento e a citotoxicidade dos hidrogéis foram alguns aspetos considerados relevantes para a caracterização do hidrogel enquanto sistema injetável para transporte e libertação de fármacos. O estudo do efeito da concentração do reticulante químico foi outro tópico igualmente analisado. Além disso, o comportamento/propriedades do sistema co-reticulado foi sempre confrontado com o resultante do processo de reticulação puramente física. Numa segunda fase, testaram-se as potencialidades dos hidrogéis desenvolvidos para a libertação de fármacos, designadamente de um antitumoral - a cisplatina. Foram usadas diferentes estratégias para incorporar a cisplatina nos hidrogéis. Primeiramente incorporou-se o fármaco, na forma livre, por dissolução diretamente na matriz polimérica. De seguida, e com o intuito de prolongar no tempo a libertação do agente terapêutico, procedeu-se à incorporação no hidrogel de sistemas de libertação independentes contendo o fármaco pré-encapsulado, designadamente lipossomas e microesferas. Por último, realizou-se um estudo experimental in vivo, em modelo animal, para avaliar a formação e a permanência dos hidrogéis no local de injeção. Foi também avaliada a resposta inflamatória dos tecidos aos implantes no local de implantação, através de análise macroscópica e análise histológica, após 7 e 30 dias de evolução. O sistema de libertação aqui proposto, baseado na matriz co-reticulada, é inovador, tendo, tanto quanto é do nosso conhecimento, sido desenvolvido e caraterizado pela primeira vez no presente trabalho. Os resultados mostraram que a metodologia desenvolvida conduziu à formação efetiva de um hidrogel de quitosano co-reticulado, à temperatura de 37 ºC e a pH neutro, ou seja, em condições fisiológicas. A característica mais atrativa dos hidrogéis co-reticulados reside na sua capacidade de poderem ser administrados por via injetável, uma vez que são líquidos à temperatura ambiente, e de produzirem estruturas sólidas, altamente porosas, in situ. A adição de genipin (em diferentes concentrações) revelou-se capaz de modificar o processo de gelificação das soluções de quitosano neutralizadas, designadamente o tempo de gelificação e as propriedades viscoelásticas, tendo-se refletido, também, em alterações nas propriedades morfológicas, estruturais e mecânicas dos géis resultantes. Além disso, a presença do reticulante químico melhorou as propriedades viscoelásticas dos géis relativamente ao sistema reticulado fisicamente, e o aumento da sua concentração induziu um reforço das propriedades mecânicas do sistema co-reticulado. Ficou, ainda, demonstrado na presente investigação que propriedades do quitosano, como sejam a biodegradabilidade, a ausência de toxicidade e a elevada capacidade de absorção de água, não se perdem com a co-reticulação dos hidrogéis. Dos estudos de libertação ficou igualmente demonstrado que, na presença da enzima que atua diretamente na degradação do quitosano (a lisozima), a libertação de cisplatina ocorre de forma contínua e prolongada ao longo do período de teste (quatro semanas). Mais, a conjugação do tipo de reticulação (física e físico-química) e do modo de incorporação do fármaco (disperso na matriz ou encapsulado em lipossomas ou microesferas) permitiu obter perfis de libertação distintos que poderão ser combinados por forma a obter o perfil de libertação desejado para uma dada terapêutica. O estudo in vivo mostrou que as formulações poliméricas líquidas, injetadas subcutaneamente em ratos da linhagem Wistar, produziram os respetivos hidrogéis nos locais de injeção. A análise histológica revelou, após uma semana de evolução, uma acentuada resposta inflamatória, provavelmente, relacionada com o processo de degradação das matrizes, enquanto que aos 30 dias foi notória uma aparente diminuição do volume ocupado pelo material, bem como um decréscimo de células inflamatórias e um predomínio de macrófagos, linfócitos e plasmócitos. Face aos resultados apresentados, os hidrogéis desenvolvidos na presente investigação demonstram elevado potencial para aplicações que requeiram libertação prolongada e localizada de cisplatina. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,940 | Síntese de macrociclos tetrapirrólicos fluorados. Desenvolvimento de potenciais marcadores para tomografia por emissão de positrões | Macrociclos Tetrapirrólicos,Tomografia por Emissão de Positrões | No trabalho apresentado nesta tese foram desenvolvidos estudos de síntese, optimização e design molecular da estrutura de macrociclos tetrapirrólicos com átomos de flúor na sua estrutura, no sentido de obter potenciais novos fotossensibilizadores e /ou marcadores para diagnóstico por imagiologia médica, usando a técnica de Tomografia por Emissão de Positrões (PET). Tendo estudos recentes revelado que compostos do tipo macrociclo tetrapirrólico, nomeadamente porfirinas e hidroporfirinas, apresentam uma elevada selectividade para células tumorais e a sua marcação com radionuclídeos é importante pois pode fornecer informações profícuas não só sobre a localização de tumores de pequena dimensão, mas também sobre a biodistribuição de novos fotossensibilizadores. Do ponto de vista estrutural, os estudos foram iniciados seleccionando uma série de compostos cujo template molecular eram meso-tetraquisarilporfirinas com átomos de flúor na sua estrutura. De entre os vários métodos de síntese existentes na literatura, seleccionou-se o método do nitrobenzeno, por partir apenas do pirrol e dos aldeídos fluorados desejados, permite obter a meso-tetraquis(2-fluoro-5-clorossulfonil)fenilporfirina, a meso-tetraquis(2,6-difluoro-3-clorossulfonil)fenilporfirina e a meso-tetraquis(2-trifluoro metil)fenilporfirina, directamente a partir do meio de reacção. Considerando a elevada importância de aumentar a especificidade e selectividade das porfirinas para órgãos-alvo, as suas propriedades anfifílicas foram modeladas recorrendo à reacção de clorossulfonação e posterior derivatização com álcoois e aminas para obtenção de uma nova família de dez novas porfirinas contendo grupos éster sulfónico e sulfonamida, com rendimentos superiores a 70%. O carácter lipofílico destes compostos foi estudado através da medição dos respectivos coeficientes de partição octanol/água, usando como técnica a espectroscopia de emissão de fluorescência, obtendo-se valores de logP entre 0.5 e 2.33. Para que esta nova família de compostos pudesse contribuir para o desenvolvimento de novos potenciais fotossensibilizadores, foi necessário conferir-lhes características estruturais que permitissem absorver luz preferencialmente na região do Infra-Vermelho. Assim, foram sintetizadas meso-tetraquisarilbacterioclorinas e meso-tetraquisarilclorinas fluoradas anfifílicas, usando um método de síntese ambientalmente sustentável por redução com diimida das porfirinas precursoras, sem recurso à utilização de solventes ou de bases adicionais. Na síntese das meso-tetraquisarilclorinas foi também usada uma nova aproximação sintética que, após redução das porfirinas via diimida, envolveu a oxidação selectiva da bacterioclorina, formada como subproduto, à respectiva clorina, com recurso a Fe/H2O2 Ainda com o intuito de melhorar a especificidade dos potenciais sensibilizadores desenvolvidos ao longo deste trabalho, para células tumorais, foram preparados derivados conjugados de porfirinas e hidroporfirinas, funcionalizadas com grupos paracetamol e aminoácido. Todos os novos compostos foram completamente caracterizados por espectroscopia de UV-visível, de ressonância magnética nuclear e espectrometria de massa. Com vista à preparação de potenciais marcadores com flúor-18, para aplicação em diagnóstico usando Tomografia por Emissão de Positrões, foram primeiramente efectuados estudos de optimização de síntese laboratorial, a “frio”, de porfirinas não-simétricas contendo um bom grupo abandonante (tosilato), precursoras da reacção de fluoração com um agente fluorante não radioactivo (fluoreto de tetra-butilamónio). Foi então sintetizada uma meso-arilporfirina não simétrica, incorporando um grupo hidroxilo na sua estrutura, usando o método do nitrobenzeno. Esta porfirina foi derivatizada com um grupo tosilo para servir como precursor da reacção de fluoração, que serviu de referência para os estudos da marcação radioactiva com flúor-18. Foram ainda optimizadas condições de purificação/separação, por HPLC analítico e semi-preparativo, da porfirina tosilada e correspondente porfirina fluorada. Após todas as condições de síntese e purificação optimizadas, a metodologia foi transposta para processos de marcação com flúor radioactivo, desenvolvidos no laboratório do Instituto de Ciências Nucleares Aplicadas à Saúde (ICNAS), obtendo-se porfirinas marcadas com flúor-18 com rendimentos aceitáveis e grau de pureza química superior a 95%. Foram também iniciados, laboratorialmente, estudos preliminares relativos à síntese de complexos metálicos de cobre II de porfirinas anfifílicas com o objectivo de serem posteriormente testadas na marcação com cobre-64 para potencial utilização em Tomografia por Emissão de Positrões. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,942 | Otimização das propriedades do betão recorrendo ao uso de materiais poliméricos | Cimentos,Materiais Poliméricos,Pozolanas,Superplastificantes | Este trabalho teve como objetivo principal o estudo de novos materiais poliméricos que possibilitem o desenvolvimento de novos cimentos com desempenhos mecânicos e físicos idênticos aos obtidos com os cimentos Portland comercializados. Desta forma é possível reduzir a quantidade de clínquer incorporada e com isso mitigar o impacto económico e ambiental que a produção de cimento envolve para indústria cimenteira. Pretendeu-se desenvolver materiais de alto desempenho e multifuncionais baseados em matrizes que resultem da combinação de clínquer e outros compostos, como pozolanas e/ou aditivos poliméricos. O projeto centrou-se também no estudo da sinergia entre materiais cimentícios e materiais poliméricos. Com este trabalho perspetivou-se a otimização de ligantes compostos por clínquer e pozolanas artificiais. Para tal, numa primeira fase foi realizado o estudo do comportamento reológico e mecânico destes novos ligantes, avaliando as suas limitações e vantagens, e a compatibilidade destes com os adjuvantes poliméricos normalmente utilizados para os cimentos correntes. Em simultâneo com este estudo realizou-se também a caracterização dos materiais utilizados. Os resultados mostraram que estes ligantes apresentam algumas deficiências quando comparados com os cimentos correntes, como seja a maior absorção de água que se traduz numa fraca consistência e trabalhabilidade das argamassas, e também as baixas resistências iniciais. Importa referir que foram avaliados teores de substituição de clínquer na ordem dos 50%, quando atualmente, e no máximo, só é possível uma substituição de cerca de 35%. Ainda neste estudo foram abordadas várias tentativas de colmatação dos problemas detetados, utilizando os seguintes métodos: a ativação alcalina dos ligantes; a incorporação de superplastificantes e aceleradores de presa/endurecimento, e o pré-tratamento das pozolanas. Na segunda fase, com base no estudo realizado anteriormente, foram sintetizados novos polímeros e/ou modificados alguns dos polímeros comerciais utilizados, por forma a tentar otimizar-se um só produto que conciliasse, em simultâneo, a redução da absorção de água e o incremento das resistências iniciais. Foram realizadas diferentes sínteses com adição de compostos multifuncionais por forma a obter produtos com características específicas, como sendo grupos aluminato nas pontas de modo a induzir uma presa mais rápida; ou polímeros com grupos silicato com o objetivo de ativar as reações de hidratação dos silicatos cálcicos dos ligantes e assim favorecer as resistências inicias. Com estes novos ensaios, associado à otimização do ligante obtida na primeira fase, da qual resultou um ligante com um teor de apenas 40% de clínquer (correspondente a 45% de CEM I 42,5R), obteve-se um índice de atividade ótimo de 34% a dois dias e 83% a 28 dias (NP EN 196-1). A nível de reologia das argamassas conseguiu-se obter uma trabalhabilidade adequada, que para estes materiais se encontra nos 160mm, obtido no ensaio de mesa de espalhamento (segundo EN 1015-3). Com esta percentagem de substituição de clínquer perspetiva-se não apenas uma redução do consumo de recursos naturais necessários à produção de clínquer, mas também uma redução na emissão de CO2 de cerca de 50%, uma vez que a principal fonte de emissão de CO2 se centra no processo de clinquerização. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,943 | Estudos de captura de CO2 gasoso em compostos naturais e sintéticos | Estruturas macromoleculares,MOF,Porfirinas,Metaloporfirinas,Dóxido de carbono,Moringa,Biochar | O aumento da quantidade dos gases de efeito de estufa na atmosfera e consequente influência nas alterações climáticas a nível planetário, tem vindo a sensibilizar a nossa sociedade no sentido de reduzir a sua emissão, tentando assim proteger o clima do planeta. A concentração destes gases atingiu níveis preocupantes, e o panorama não tende a melhorar. Até à data, foram feitas leis limitadoras das emissões máximas para a atmosfera e tratados de cooperação entre vários países, como o “Protocolo de Quioto”, mais tarde continuado pela "Emenda de Doha", cujos objectivos se centram na redução e estabilização da concentração de CO2 na atmosfera. Muito ainda tem que ser feito para chegar a níveis controlados e, nesta área, a investigação tem crescido e tem-se intensificado. Para além de se procurarem formas de diminuir a emissão de CO2, existe também um grande interesse na busca de métodos para capturar e/ou armazenar o CO2 atmosférico existente. Os compostos macromoleculares demostram ter grandes capacidades de sequestrar o CO2 gasoso devido à sua estrutura molecular adequada que apresenta cavidades propícias à interacção molecular. Por outro lado, existem compostos naturais com estruturas moleculares igualmente propícias ao sequestramento de CO2 que, para além de serem um recurso mais económico, permitem desta forma dar uso a muitos desperdícios que ficam da Natureza. Considerando o problema e as soluções que existem, ficou claro para nós que é premente encontrar novas estratégias que permitam sequestrar o CO2 de forma eficiente. Nesta dissertação apresenta-se a síntese de compostos macromoleculares e os estudos realizados para determinar a capacidade dos compostos sintetizados, bem como de alguns compostos naturais, na adsorpção/desadsorpção de CO2 gasoso. Na primeira parte do trabalho procedeu-se à síntese e caracterização de diferentes estruturas macromoleculares e preparação das amostras de compostos naturais. Para a síntese das estruturas macromoleculares, foram escolhidos dois grandes grupos: as porfirinas meso-substituídas e as estruturas organometálicas conhecidas como MOFs. Sintetizaram-se quatro porfirinas cujos substituintes das posições meso, continham átomos de azoto na sua estrutura (amino, piridil e quinolina) e uma porfirina contendo substituintes, também na posição meso, funcionalizados com grupos carboxílicos. Foram também sintetizados os complexos metálicos de algumas dessas porfirinas, usando como metais o cobre e o zinco. Para a síntese dos MOFs, realizada em forno de microondas, foram escolhidos os mesmos metais que os usados nas sínteses de complexos porfirínicos e três ácidos diferentes: o ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, ácido 2-aminotereftálico e o ácido 1,2,4-benzenotricarboxílico. No caso dos compostos naturais, preparou-se uma farinha de casca de Moringa, por moagem, e quatro amostras de Biochar (dois de pinheiro e dois de choupo), usando dois tipos de pirólise, rápida e lenta. Na segunda parte do trabalho, para os vários compostos preparados foi estudada a capacidade de adsorpção /desadsorpção de CO2 gasoso. Todos os compostos foram analisados até à pressão de 5 bar e foram também feitos estudos com pressões até 40 bar para as porfirinas meso-substituídas livres. Com esta abordagem foram cobertas duas vertentes de possíveis sequestradores de CO2 gasoso: compostos naturais e sintéticos, e foi demonstrada a possibilidade de usar recursos naturais de forma eficiente e sustentável. Os resultados obtidos foram ser bastante promissores, para a diminuição da concentração de CO2 na nossa atmosfera pegada de carbono do nosso planeta. Estes estudos permitiram descobrir relações entre estrutura e actividade úteis no planeamento de novos compostos para a captura de CO2, quer no que diz respeito às interacções com catiões metálicos, quer na sua interacção com grupos funcionais orgânicos. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,954 | Industrial processes monitoring methodologies | industrial process performance monitoring and improvement,fault detection and diagnosis,PID controller tuning,soft sensor technology,applications,control valve stiction | Na indústria de processos, faz-se permanentemente um esforço considerável para conseguir alcançar objectivos económicos e, simultaneamente, garantir o cumprimento das especificações de qualidade, das restrições operacionais e da regulamentação de segurança e ambiental. O sistema de controlo industrial, composto por centenas a milhares de anéis de controlo, tem à sua responsabilidade a satisfação destes objetivos independentemente do modo de operação da fábrica. Não obstante, fatores como alterações na composição das matérias-primas e envelhecimento, desgaste e incrustações nos equipamentos podem conduzir à degradação do desempenho dos anéis de controlo mesmo que o seu projeto e comissionamento tenham sido feitos apropriadamente. Portanto, os anéis de controlo industriais devem ser permanentemente monitorizados e mantidos com recurso a técnicas e ferramentas automáticas capazes de identificar a degradação do seu desempenho e as causas-raiz para correção e/ou manutenção apropriadas. A presente dissertação segue duas direções fundamentais: a monitorização e a melhoria de desempenho dos anéis de controlo industriais. Uma vez que as técnicas em questão baseiam-se na identificação de sistemas, esta área mereceu especial atenção, com ênfase em duas aplicações em sistemas típicos no âmbito da Engenharia Química onde são explorados aspectos de implementação. Estas aplicações consideraram um modelo SISO de um permutador de calor industrial e um modelo MIMO de um CSTR simulado. Os casos de estudo apresentados cobrem a seleção da estrutura dos modelos, a estimativa de parâmetros e a abordagem para ultrapassar dificuldades de implementação, num compromisso entre a capacidade de previsão e a complexidade dos modelos. A monitorização do desempenho dos anéis de controlo foi estudada com ênfase no fenómeno de stiction, a falha mais comum em válvulas de controlo. Foi desenvolvida uma taxonomia das abordagens existentes, cobrindo mais de 150 publicações científicas, de modelação, detecção /quantificação e compensação de stiction. Como a maioria dos métodos de diagnóstico de stiction funcionam bem apenas quando as oscilações induzidas pela falha são corretamente detetadas, propõe-se um método de deteção e caracterização de oscilações que revela um desempenho significativamente melhor do que as técnicas descritas na literatura. A técnica, automática e computacionalmente mais leve, diagnosticou corretamente conjuntos de dados exigentes contendo ruído e sobreposição de oscilações. São também propostas nesta tese duas novas abordagens para o diagnóstico de stiction. A primeira é baseada em otimização numérica e em modelos do processo e de stiction. Dado que a modelação de stiction é caracterizada por descontinuidades, é sugerida uma estratégia de suavização para permitir a utilização de técnicas de otimização contínua. A segunda abordagem estende o trabalho de Yamashita (2006) permitindo lidar com processos integradores, como anéis de controlo de nível. O método proposto transforma os dados de modo a obter uma relação direta entre a variável controlada e a posição da válvula. O método foi aplicado com sucesso a dados simulados e industriais. Apesar de ficar ofuscado pela presença de ruído, a correta deteção de stiction é possível através do uso de um filtro. No que respeita à melhoria do desempenho dos anéis de controlo, investiga\-ram-se duas soluções nesta tese: a sintonização de controladores PID e a utilização de sensores inferenciais. Tipicamente, stiction não é considerado explicitamente na sintonização dos controladores e os métodos disponíveis geralmente baseiam-se na adição de sinais específicos à variável manipulada ou de blocos especiais ao algoritmo PID base. Contudo, estas tarefas não são triviais. O método alternativo proposto requer apenas a ressintonização do controlador. Os parâ\-me\-tros de sintonização são determinados a partir de um problema de otimização que penaliza quer o desvio entre as variáveis controlada e de referência quer o movimento da válvula. Novos critérios e restrições de desempenho podem ser adicionados para definir a resposta desejada em anel fechado. O método foi aplicado com sucesso em casos contendo uma válvula saudável e com stiction. O comportamento em anel fechado foi significativamente melhorado em ambos os casos reduzindo o movimento de controlo e as oscilações na variável controlada. Finalmente, a utilização de sensores inferenciais foi abordada como uma forma de gerar informação que não está prontamente disponível a partir da instrumentação instalada ou de medições laboratoriais. Esta tese apresenta uma aplicação considerando o processo de concentração de glicerina. Desenvolve-se um sensor inferencial para prever a qualidade do produto por forma a minimizar atrasos das medições e permitir ações de controlo mais atempadas. Procede-se, ainda, a um estudo comparativo da capacidade de previsão dos vários modelos utilizados usando dados de treino e de validação. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,962 | Mecanismos eletroquímicos de derivados da isatina e de proteínas membranares calmodulina e caveolinas | mecanismos eletroquimicos,isatina,calmodulina,caveolinas | Os mecanismos eletroquímicos da isatina e de trinta compostos indólicos derivados da isatina, que possuem um amplo perfil farmacológico, e das proteínas membranares calmodulina e caveolinas 1, 2, 3, foram investigados utilizando técnicas voltamétricas, no elétrodo de carbono vítreo. Estas moléculas estão interligadas ao nível biológico, uma vez que a calmodulina, que tem um papel fundamental na sinalização e regulação dos canais de cálcio, é também uma proteína de ligação de várias moléculas, entre as quais a isatina. Além disso, a calmodulina, quando ligada com o cálcio, intervém na mediação de reações biológicas, e em alguns mecanismos de acção das caveolinas, tais como na libertação e ativação da enzima eNOS que interage com a caveolina 1 nas células endoteliais. A isatina e os seus derivados participam num elevado número de reações de síntese orgânica, que levam ao desenvolvimento de moléculas com perfil farmacológico muito vasto e diversas aplicações clínicas, devido às suas propriedades antimicrobianas, anticancerígenas e anti-inflamatórias. A influência dos grupos substituintes nitrogenados, halogenados, morfolino, hidroximetil e metil dos derivados da isatina, no comportamento eletroquímico da isatina, foi avaliada e foram observados mecanismos redox diferentes, caraterísticos de cada grupo funcional. De todos os grupos funcionais, os átomos de halogéneo, Cl, F, Br, I, foram os que influenciaram mais fortemente os processos redox da isatina. Foram propostos mecanismos de oxidação e redução para todos os derivados da isatina estudados. A oxidação da calmodulina, no estado nativo e desnaturado, foi investigada por voltametria de impulso diferencial e por espectroscopia de impedância eletroquímica, com base no comportamento eletroquímico dos resíduos dos aminoácidos eletroativos tirosina, histidina e metionina. As alterações conformacionais provocadas pela agregação dos iões de cálcio na calmodulina foram estudadas por voltametria de impulso diferencial e espetroscopia de impedância eletroquímica. A microbalança de cristais de quartzo permitiu determinar a agregação de iões de cálcio na superfície da grafite modificada com calmodulina. A oxidação das proteínas caveolinas no estado nativo foi investigada por voltametria cíclica, de impulso diferencial e de onda quadrada e foi observado apenas um processo de transferência de electrão, correspondente à oxidação dos resíduos de aminoácidos tirosina, triptofano e cisteína. A caveolina 2 foi desnaturada tendo sido observadas alterações significativas na resposta eletroquímica. A interação das caveolinas 1, 2 e 3 com o colesterol foi investigada, e foi confirmada, como era de esperar, a interacção com a caveolina 1, enquanto as caveolinas 2 e 3 mostraram um comportamento eletroquímico inalterado na presença do colesterol. A investigação do comportamento voltamétrico da calmodulina e das caveolinas fornece informação relevante, não apenas sobre os processos de oxidação na superfície do elétrodo de carbono vítreo, mas também sobre as alterações estruturais e morfológicas. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,969 | Monitorização e controlo da amêjoa asiática, Corbicula Fluminea | Amêijoa asiática,Monitorização | A amêijoa asiática, Corbicula fluminea (Müller, 1774) é um molusco bivalve de água doce e é uma das espécies invasoras de ecossistemas aquáticos mais difundida no mundo. Para além dos efeitos nefastos nos ecossistemas, esta peste é conhecida pela sua acção bioincrustante nas indústrias hidrodependentes. A introdução desta espécie em Portugal data de 1980, no entanto, existe um largo desconhecimento acerca da peste por parte das indústrias nacionais e a monitorização das fontes de água primárias será crucial para a minimização da sua dispersão e impactes. Esta tese teve dois objectivos. Primeiro, sistematizar informação acerca da monitorização da amêijoa asiática para fins de controlo em ambiente industrial. Depois, contribuir para a criação de soluções de controlo inovadoras através da avaliação e interpretação da toxicidade de misturas de potenciais agentes de controlo químico. No âmbito da primeira componente do trabalho, foi elaborado um texto que pretende funcionar como um auxiliar paras as indústrias nacionais, dando a conhecer as características de C. fluminea e ajudando no projecto de um sistema de monitorização de C. fluminea. No âmbito da segunda componente deste trabalho, foi testado o potencial de três combinações binárias de poli(cloreto de dimetildialilamónio) (polyDADMAC) com cloreto de potássio, niclosamida e dimetoato para o controlo da amêijoa asiática, realizando testes de toxicidade à escala laboratorial. O polyDADMAC foi mantido como elemento comum nas misturas de forma a explorar diferentes tipos de interacções e avaliar até que ponto o desempenho do tratamento combinado pode ser melhorado manipulando o modo de acção dos químicos individuais. Destes estudos concluiu-se que a niclosamida e o dimetoato são tóxicos para a amêijoa asiática na gama de concentrações testadas, podendo eventualmente equacionar-se a sua aplicação individual em programas de controlo. No geral, o efeito conjunto dos compostos nas misturas testadas é antagonista e, por isto, não são promissoras para o controlo da amêijoa asiática em ambiente industrial. Com o objectivo de auxiliar a compreensão do carácter antagonista dos químicos foi efectuado um estudo preliminar do modo de actuação do polyDADMAC e do dimetoato em C. fluminea bem como da sua potencial interacção. Este estudo indica que o polyDADMAC não afecta nem a capacidade de osmorregulação das células nem interage com a actividade de enzima acetilcolinesterase da amêijoa asiática. Este estudo confirma ainda que o dimetoato inibe a actividade da enzima acetilcolinesterase. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,970 | Determinação da densidade de líquidos à base de fosfónio quaternário Trihexil(tetradecil)fosfónio tris(petafluoroetil) trifluorofosfato. | Densidade dos líquidos | A correcta aplicação industrial de qualquer composto requer um conhecimento apropriado das suas propriedades. A variação da densidade, em função da pressão e temperatura, é um factor importante na sua aplicação. O objectivo deste trabalho consistiu assim na determinação da densidade do trihexil(tetradecil)fosfónio tris(pentafluoroetil)trifluorofosfato ([P6,6,6,14][FAP]), numa gama de temperatura entre 293.15 e 343.15 K, e uma gama de pressão entre 0.1 e 25.0 MPa. A densidade deste líquido iónico foi obtida através de um densímetro de tubo vibrante. A incerteza obtida na determinação da densidade, através deste equipamento, é de ± 0.5 kg/m3. Os resultados obtidos no densímetro foram tratados com três métodos distintos, Lagourette [3], Piñeiro [4] e Niesen [5]. A utilização destes métodos permitiu obter uma densidade de 1185.6 kg/m3 (P = 0.1 MPa, T = 298.15 K) para o [P6,6,6,14][FAP]. O valor obtido para a densidade não varia significativamente do único valor encontrado na literatura para o mesmo, 1182 kg/m3 (P = 0.1 MPa e T = 293.15) [6]. Os resultados obtidos com o método de Niesen foram ajustados a duas equações de estado, Goharshadi-Morsali-Abbaspour e Sanchez-Lacombe. As equações de estado utilizadas permitiram avaliar a variação de alguns coeficientes termomecânicos, bem como o volume livre do fluido em estudo. Os parâmetros obtidos com as equações de estado utilizadas vão de encontro ao que é observado para outros líquidos iónicos semelhantes. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,972 | Tratamento de efluentes líquidos com aerogéis à base de sílica | Tratamento de efluentes. | A crescente preocupação ambiental relacionada com a deterioração dos recursos hídricos deve-se sobretudo à descarga de materiais poluentes para os cursos naturais. Neste contexto tem sido implementado um controlo mais rigoroso sobre as indústrias relativamente ao modo como fazem a gestão dos seus resíduos. Deste modo, a adsorção é frequentemente utilizada no sentido de remover ou diminuir a concentração de compostos orgânicos existentes na água e um dos adsorventes mais utilizados industrialmente é o carvão activado. Actualmente, os aerogéis de sílica têm sido estudados como potenciais adsorventes de poluentes líquidos. Neste âmbito, o presente trabalho pretende explorar o pré-tratamento de águas residuais contaminadas por compostos orgânicos, utilizando estes materiais como material adsorvente. Os materiais adsorventes utilizados ao longo da parte experimental foram aerogéis e xerogéis à base de sílica, obtidos a partir de metiltrimetoxisilano, e sintetizados no Departamento de Engenharia Química da FCTUC em colaboração com a AST, e os carvões activados comerciais Norit ROW 0.8 e Pragmacarb MG 4×8. Durante a fase experimental, procedeu-se à avaliação da capacidade de adsorção destes adsorventes relativamente ao benzeno, tolueno e fenol, tendo-se concluído que os adsorventes comerciais apresentam uma melhor capacidade adsortiva quando comparados com os aerogéis/xerogéis. Na avaliação das isotérmicas de adsorção, o modelo de Langmuir apresentou melhores previsões comparativamente com o de Freundlich, o que se poderá explicar com base nos materiais serem constituídos por mesoporos da gama inferior. Adicionalmente foi possível verificar que os aerogéis apresentam melhor capacidade de adsorção que os xerogéis devido às diferenças de porosidade resultantes do tipo de secagem utilizado em cada caso. A área de superfície mais reduzida dos aerogéis/xerogéis relativamente aos carvões activados é provavelmente a principal causa justificativa destes resultados. O processo foi mais eficaz quando se utilizou tolueno ao contrário de benzeno e esta diferença está relacionada com o aumento de polaridade dos compostos. Por outro lado, o fenol foi o composto menos adsorvido por todos os adsorventes. Com o intuito de avaliar a viabilidade industrial dos aerogéis/xerogéis, procedeu-se à sua regeneração através da ozonólise após a saturação da superfície. Deste modo, para verificar se os compostos adsorvidos foram efectivamente eliminados da superfície dos adsorventes, realizaram-se análises qualitativas aos materiais, nomeadamente FTIR e DSC/TGA. Apesar de os resultados apresentados serem indicativos da eficiência do processo de regeneração, futuramente, poder-se-ia mudar a estratégia de análise dos materiais e, ao invés de fazer análises qualitativas deste processo, poder-se-ia optar por uma quantificação do mesmo. Desta forma ter-se-ia uma maior reprodutibilidade nos resultados obtidos. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,975 | Diagnóstico e optimização das operações de destilação da Egeo Solventes | Optimização,Destilação de solventes | Este trabalho de dissertação constituiu o ponto de partida do processo de optimização das operações de destilação da EGEO Solventes, S.A. A fase inicial envolveu o diagnóstico da coluna de fraccionamento instalada na empresa e, em última instância, a sua optimização. Para o efeito, foram acompanhadas algumas operações de destilação e realizado um diagnóstico preliminar, considerando práticas comummente implementadas e a resposta do equipamento face às estratégias operacionais adoptadas. Este diagnóstico permitiu identificar algumas limitações ao nível da instrumentação associada ao funcionamento da coluna, nomeadamente na admissão de vapor, e em práticas que poderão ser alteradas e optimizadas futuramente, tal como o modo de inicialização da operação. Partindo de algumas questões identificadas num primeiro diagnóstico, foram propostos ensaios que permitissem a simulação do desempenho da coluna de fraccionamento da empresa no software escolhido para o efeito, o Aspen Batch Distillation®. Esta plataforma de simulação requer a introdução de inputs, tais como o número de andares de equilíbrio, razão de refluxo, caudal de utilidade quente, entre outros parâmetros. Para este efeito, foi realizado um primeiro ensaio que consistiu no fraccionamento de um “Ecosolve MCL” e na monitorização das respectivas temperaturas, caudais e composições. Porém, este Ensaio 1 revelou algumas limitações no que se refere ao funcionamento dos caudalímetros de destilado e refluxo. Este problema, adicionado ao facto de o caudal de utilidade quente ter sido excessivamente manipulado e o modo de inicialização da operação não ter sido o mais adequado, tornou este ensaio pouco útil para fins de simulação, mas importante no diagnóstico da coluna de fraccionamento. Neste sentido, foi realizado um segundo ensaio com o mesmo tipo de solvente, mas implementando um modo de inicialização e uma estratégia de operação diferentes. Numa primeira fase foi implementado refluxo total, seguido da destilação do produto. O refluxo total permitiu estimar a maioria dos parâmetros necessários na simulação computacional, uma vez que estavam reunidas condições estacionárias. Tendo em conta a informação disponível relativamente à coluna de fraccionamento, variáveis como o caudal de utilidade quente, razão de refluxo ou queda de pressão foram estimadas recorrendo a simulações computacionais. Contudo, o mesmo não aconteceu com o parâmetro mais importante para fins de diagnóstico, o número de andares de equilíbrio. Este parâmetro permite analisar a eficiência da coluna e, como tal, permite inferir se existem ou não problemas no seu funcionamento. As simulações computacionais não foram conclusivas neste aspecto; verificou-se que numa gama vasta de números de andares, as diferenças entre os perfis de concentrações obtidos por simulação e os experimentais foram mínimas. Impunha-se, assim, a realização de ensaios adicionais que permitissem a obtenção de conclusões mais seguras. Neste âmbito, foram propostas metodologias a seguir em trabalhos futuros, entre as quais o tipo de ensaio e de solvente a usar. Apesar de todas estas limitações, este trabalho permitiu dar um passo importante no diagnóstico da coluna de fraccionamento, identificando os pontos fracos que devem ser alvo de estudo e ponderação por parte da EGEO Solventes, S.A. para aumentar a sua iv competitividade e rentabilizar ao máximo os lotes de solventes que chegam diariamente às suas instalações. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,977 | Passagem da análise de contagem de células de levedura para autocontrolo, pelo Método Sysmex | Controlo da levedura | Saccharomyces cerevisae é nome mais comummente utilizado na literatura para designar a levedura cervejeira, sendo esta uma das espécies de levedura mais importantes e utilizadas industrialmente. É este o microrganismo responsável pelo processo biológico que dá origem a um produto conhecido de todos nós - a cerveja, sendo esse processo biológico denominado de fermentação alcoólica. Estando estabelecida a importância deste microrganismo no processo de produção de cerveja, o estudo do seu controlo de forma rápida e eficaz é a finalidade principal deste trabalho. O controlo da levedura é efectuado determinando o número de células e a viabilidade desta. Até agora, a determinação do número de células de levedura na Unicer é efectuada pelos responsáveis pelo controlo de qualidade. No entanto, e devido ao horário limitado deste serviço nem sempre a disponibilidade de resultados satisfaz a procura dos mesmos. Surge assim o autocontrolo, que permite que os técnicos responsáveis pela condução e supervisão do processo passem a ser os responsáveis pela determinação do número de células de levedura. Os objectivos mais específicos deste trabalho são então: i) a aprendizagem do processo de produção de cerveja, no qual se insere e é parte fundamental o método analítico de contagem de células de levedura, possibilitando desta forma uma fermentação eficiente e sem problemas; ii) a aprendizagem e compreensão do método analítico de medida de células de levedura para que seja possível, primeiramente, efectuar uma correcção aos erros de natureza experimental e, posteriormente, criar as condições necessárias à formação dos técnicos que serão doravante responsáveis pela determinação do número de células de levedura; iii) a pesquisa de métodos mais expeditos para a contagem de células de levedura é também objectivo deste trabalho. Foi então devidamente clarificada a importância da contagem de células de levedura no processo cervejeiro. Por outro lado, a aquisição de conhecimentos sobre o método analítico usado para essa contagem permitiu que fosse efectuado o tratamento dos erros experimentais, pela eliminação dos erros sistemáticos através da introdução de acções correctivas ou procedimentos padrão e pelo tratamento estatístico dos erros aleatórios. Para implementação do autocontrolo na contagem de células de levedura, criaram-se instruções de trabalho que garantem procedimentos operacionais adequados e criaram-se ainda condições adequadas à formação dos técnicos, como é o caso da formação teórica que é o ponto de partida para a formação prática. Por último, a análise aos diversos métodos de v contagem de células de levedura permitiu concluir que embora o método utilizado na Unicer seja adequado e preciso, existem já tecnologias mais avançadas capazes de fornecer resultados em tempo real e mais completos, as quais devem merecer alguma atenção por parte da empresa. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,979 | Modelação e optimização de uma unidade de produção de microalgas | Produção de microalgas | A tecnologia de produção de microalgas tem sido alvo de um grande interesse a nível científico e tecnológico devido às grandes potencialidades que apresenta. Esta tecnologia permite não só reduzir as emissões de dióxido de carbono de uma unidade industrial emissora, como também pode ser utilizada para diversos fins, nomeadamente para a produção de complementos para alimentação tanto humana como animal, para a produção de produtos de valor acrescentado nas indústrias farmacêutica e dos cosméticos, para o tratamento de efluentes e para a produção de biocombustíveis. Existem diversos processos de produção de microalgas, que operam sob condições diferentes usando diferentes espécies destes organismos. Este trabalho centrou-se na produção de microalgas autóctones em fotobiorreactores (PBRs) tubulares horizontais, sujeitos a condições atmosféricas. Os objectivos principais focalizaram-se nos diversos aspectos relacionados com as necessidades energéticas de um fotobiorreactor, nomeadamente o controlo da temperatura do meio de cultura (por simulação dos respectivos perfis), o cálculo das necessidades de transferência de calor após um processo de scale-up e a selecção do modo de transferência de calor mais adequado. Como complemento, foi ainda seleccionado o processo de secagem mais adequado para a obtenção de uma mistura concentrada de biomassa de microalgas. Um dos factores principais, senão crítico, na produção de microalgas é o controlo da temperatura do meio de cultura, como forma de optimizar o seu crescimento e alcançar uma melhor produtividade. Neste trabalho é utilizada uma abordagem de modelação de um fotobiorreactor de produção de microalgas como forma de simular a temperatura do meio de cultura e assim perceber quais são os factores mais importantes no controlo da mesma. Foram desenvolvidos dois modelos para estado transiente e um para estado estacionário com base em balanços energéticos, recorrendo a correlações empíricas existentes na literatura para a determinação dos coeficientes de transferência e a dados meteorológicos (temperatura, humidade, velocidade do vento e radiação solar). O primeiro modelo simula o perfil de temperatura do meio de cultura de um PBR na ausência de um sistema de controlo de temperatura, tendo-se concluído que a radiação solar e os fenómenos de convecção são os principais factores que contribuem para a variação de temperatura do meio de cultura. O segundo modelo inclui o efeito do controlo de temperatura, isto é, o recurso a um sistema de transferência de calor por aspersão (pulverização de água sobre os tubos) de forma a manter a temperatura dentro de uma gama pré-determinada (20 a 30ºC). O balanço em estado estacionário teve como objectivo determinar as necessidades de fornecimento ou remoção de calor de um PBR de modo a manter a temperatura dentro desses limites. Foram feitas diversas aproximações sucessivas de forma a simplificar o modelo de base que na sua forma inicial era pouco exequível e com necessidade de dados não disponíveis. A validade dos modelos desenvolvidos foi avaliada e confirmada por comparação com dados reais disponíveis do processo industrial de produção de microalgas aqui estudado: no caso de não haver aspersão, obtiveram-se erros relativos médios de 2,3% iv nas temperaturas máximas (Verão) e 2,9% nas temperaturas mínimas (Inverno); com o uso de aspersão, o erro relativo obtido no Verão foi de 2,7% nas temperaturas máximas. Estes valores reflectem uma boa concordância entre os perfis de temperatura reais e os obtidos pelos modelos desenvolvidos neste trabalho. Os modelos foram ainda utilizados de forma a prever a temperatura do meio de cultura num determinado dia, conhecidas a temperatura ambiente máxima e mínima e a nebulosidade desse dia. Desta forma, é possível prever se é necessário recorrer ao controlo de temperatura por aspersão num determinado dia com aquelas características, permitindo assim obter reduções na quantidade de água utilizada. O modelo em estado estacionário desenvolvido neste trabalho foi aplicado ao projecto de novos fotobiorreactores de maiores dimensões (scale-up). Calculou-se a energia térmica que é necessário fornecer ou remover sob determinadas condições ambientais e de operação de modo a conseguir manter a temperatura do meio de cultura dentro de um intervalo considerado óptimo para atingir o máximo de produtividade. Esse valor foi utilizado para estimar o caudal de água de arrefecimento, o caudal de ar quente e a área de transferência de calor necessários, caso fosse utilizado um permutador de calor como forma de controlar a temperatura no conjunto dos PBRs estudados. Considerando o sistema de controlo de temperatura por aspersão em funcionamento durante (i) o período produtivo (diurno) ou (ii) 24 horas por dia, concluiu-se que, anualmente, seria necessário remover 481,8 MWh e fornecer 9479,0 MWh no caso (i), obtendo-se reduções de 73% na energia fornecida por comparação com o caso (ii). Para garantir o controlo de temperatura do meio de cultura analisou-se o desempenho e efectuou-se o dimensionamento de diversas unidades de transferência de calor, como um permutador de carcaça e tubos 1:2, uma serpentina interna, uma dupla serpentina e a aspersão. Concluiu-se que a aspersão é a solução de controlo de temperatura mais adequada devido à sua driving-force mais elevada e maior área disponível para transferência de calor. Para ser utilizada em diversas aplicações, é necessário reduzir a elevada percentagem de humidade da biomassa produzida pelo crescimento das microalgas. Para esse efeito foram determinadas experimentalmente curvas de secagem de biomassa de microalgas. A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que é possível secar a biomassa com elevado grau de eficiência até um grau de humidade de aproximadamente 20% recorrendo a uma fonte de calor. Com base na análise bibliográfica realizada, é recomendável a utilização de um spray dryer devido à sua elevada eficiência, sendo esta tecnologia, por esta razão, utilizada noutros tipos de indústria com fins semelhantes, como a alimentar e a farmacêutica. Com a modelação e o trabalho desenvolvidos nesta tese pretendeu-se contribuir para a subsequente optimização do sistema produtivo de microalgas, e as soluções apontadas constituem potenciais melhoramentos a considerar no futuro. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,980 | Monitorização de uma instalação laboratorial de compostagem | Compostagem | Este trabalho teve como principal objectivo a monitorização de uma instalação laboratorial de compostagem, em particular determinar a influência da taxa de arejamento na actividade microbiana ao longo do processo. O estudo consistiu na programação de três experiências relativamente as quais foram acompanhados diversos parâmetros do processo, tais como temperatura, caudal de arejamento, teor de humidade, teor de matéria orgânica, pH, condutividade eléctrica, razão C/N, densidade bulk e free air space. A avaliação da estabilidade do composto foi sendo medida através da determinação do Specific Oxigen Uptake Rate – SOUR. A instalação laboratorial consistiu num sistema de três reactores em paralelo com geometria cilíndrica, com 80 cm de altura e 44 cm de diâmetro, isolados termicamente do exterior. No sistema, utilizou-se arejamento forçado, através da introdução de ar comprimido na base do reactor. A mistura de compostagem testada nos três reactores foi preparada com base nos seguintes materiais: palha de trigo (com elevado teor de carbono), casca de batata e aparas de relva (com elevado teor de azoto), sendo as suas proporções foram determinadas com base nas suas composições (18 %, 30 % e 52 % para a palha de trigo, aparas de relva e casca de batata respectivamente). Os resultados obtidos permitiram verificar que o caudal de arejamento é um dos parâmetros que mais afectam o processo de compostagem, dado que a taxa de arejamento determina se a actividade microbiana é ou não aeróbia e se o balanço energético permite que as condições termofílicas se mantém na mistura. Neste âmbito, foi quantificado o Oxygen Uptake Rate (OUR) o qual atingiu valores máximos de 3,20; 3,93 e 3,91 gO2/h, e tendo diminuído até se atingirem valores de 0,07; 0,02 e 0,02 gO2/h no final. Os gradientes espaciais de temperatura mostraram que, no interior do reactor podem desenvolver-se gradientes significativos, tendo sido registado como valor máximo de 23,8 ºC e valor mínimo de 0,9 ºC. Estes gradientes justificam a grande importância da homogeneização da mistura, no sentido de garantir um bom nível de humificação da mistura. Para avaliar a estabilidade do composto realizaram-se testes de respirometria, os quais não permitiram concluir acerca do grau de estabilidade do composto, devido ao facto de os resultados não serem conclusivos. vi Este trabalho permitiu concluir que a taxa de arejamento deverá ser seleccionada como variável de controlo do processo em ensaios futuros. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,981 | Síntese de hidrogéis de base acrílica recorrendo a técnicas de polimerização radicalar viva. Potencial aplicação como fármacos poliméricos. | Síntese de hidrogéis,Polimerização | Este trabalho teve como tema principal a síntese de hidrogéis com base em técnicas de polimerização radicalar viva, para possíveis formulações de fármacos sequestradores de ácidos biliares. Assim, o objetivo deste trabalho focou-se na síntese por polimerização radicalar viva de polímeros que pudessem ser usados como sequestradores de ácidos biliares, estudar as propriedades dos polímeros resultantes e testar a sua reticulação para formulações de hidrogéis que substituam os atuais agentes sequestradores de ácidos biliares, nomeadamente o Colesevelam. A primeira etapa do trabalho centrou-se na síntese do polímero que está na base do Colesevelam, a polialilamina, por polimerização radicalar livre. A metodologia adoptada para este fim teve por base os procedimentos descritos na patente do Colesevelam. No entanto, não foi possível reproduzir os resultados da patente em termos de forma do polímero final, obtendo-se um óleo em vez de um produto em pó. Assim, foram estudadas algumas alternativas ao nível das condições operatórias, como o aumento de temperatura de reação e a adição de um iniciador com menor tempo de meia vida que o indicado na patente. No processo em que se simulou apenas a substituição do iniciador, não houve alterações na forma de obtenção do polímero final. No entanto, para a reação a elevada temperatura (80 ºC) verificou-se a obtenção de um polímero em pó, tal como descrito na patente do Colesevelam. Para todos polímeros produzidos testou-se a reticulação com epicloridrina, com éter diglicídico do 1,4-butanodiol e com éter diglicídico do 1,2-etanodiol tal como indica a patente mas, mais uma vez, não foi possível obter os mesmos resultados. Assim fizeram-se novos testes de reticulação para grandes quantidades de agente (975 %), obtendo-se um hidrogel apenas para uma das formulações. No que respeita à polimerização radicalar viva, utilizou-se o sistema catalítico Fe(0)/CuBr2/Me6TREN desenvolvido nos laboratórios do DEQ/FCTUC, na polimerização de três monómeros (o hidroxietil acrilato, o hidroxietilo metacrilato e a alilamina) como possíveis candidatos a substitutos do Colesevelam. Uma vez que se obtiveram baixas polidispersividades para o poli (hidroxietil metacrilato), e sendo este amplamente usado em aplicações biomédicas devido à sua alta biocompatibilidade, efetuou-se um estudo cinético da reação de polimerização usando diferentes condições de reação. Para os sistemas estudados obteve-se controlo sobre o crescimento das cadeias do polímero em reações ocorridas à temperatura ambiente. Os resultados obtidos sugerem que o sistema catalítico desenvolvido nos laboratórios DEQ/FCTUC é adequado à polimerização controlada de monómeros solúveis em água, conduzindo à síntese de polímeros a serem usados como sequestradores de ácidos biliares. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,986 | Revestimento de cargas minerais para papéis finos de impressão e escrita | Papéis de impressão,Cargas minerais | Este trabalho de Dissertação teve como objetivo melhorar as ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas que compõem o papel, para que, dessa forma, seja possível obter melhores propriedades no papel e, consequentemente, aumentar a quantidade de PCC atualmente inserida numa folha de papel de impressão e escrita, cerca de 20 a 25% w/w. A inserção de uma maior quantidade de cargas minerais no papel conduzirá sobretudo a uma redução dos custos económicos da matéria-prima, uma vez que se poderia substituir a fibra por um material mais barato. Para promover as ligações entre o PCC e as fibras celulósicas, as partículas de PCC foram revestidas com derivados de celulose por adsorção/precipitação destes na superfície do PCC. Os derivados de celulose utilizados foram o acetato de celulose, hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), carboximetilcelulose (CMC), etilcelulose e acetatobutirato de celulose. Para além da metodologia referida, foi também utilizada o método de revestimento por polimerização por emulsão para revestir o PCC, tanto in-situ como exsitu, usando como monómeros o acrilato de butilo e o metacrilato de metilo. Os PCC modificados foram devidamente caracterizados, avaliando-se o sucesso do revestimento em causa através da visualização das suas imagens SEM, da determinação do seu tamanho de partículas (D50) e potencial zeta e da determinação da sua composição química (FTIR e Termogravimetria). Após a caracterização das partículas, aquelas que revelaram melhores resultados foram submetidas a testes de retenção de sólidos em pasta (DDA), utilizando dois agentes de retenção diferentes, e em folha (Formador) utilizando um único agente de retenção. Foram também avaliadas as principais propriedades estruturais, óticas e mecânicas das folhas produzidas contendo o PCC modificado. Aplicando o procedimento desenvolvido para os derivados de celulose, o revestimento do PCC com CMC e HPMC mostrou ser ineficiente, não se verificando qualquer diferença significativa entre estas amostras e o PCC original. Por outro lado, as amostras com acetato de celulose, etilcelulose e acetatobutirato de celulose, apresentaram um incremento no tamanho de partículas, a carga superficial destas alterou-se no sentido da carga superficial do polímero utilizado e a sua análise química revelou a presença dos constituintes adicionados, permanecendo nas amostras cerca de 90% do polímero adicionado. As partículas obtidas por polimerização por emulsão também revelaram uma boa adesão polimérica nas partículas. No entanto, algumas delas foram descartadas por conterem demasiado polímero ou por apresentarem uma cor demasiado amarela. As retenções em pasta dos PCC modificados com derivados de celulose foram também satisfatórias, verificando-se uma pequena diminuição na retenção de PCC (comparativamente com a retenção do PCC original) na maior parte dos ensaios. Com o PCC modificado com etilcelulose, utilizando o agente de retenção A, e com o PCC modificado com acetatobutirato de celulose, utilizando o agente de retenção B, obteve-se, por outro lado, valores de retenção semelhantes aos apresentados com o PCC original (~93%). A retenção da amostra revestida com o copolímero sintetizado não foi muito baixa mas comparativamente com as amostras com os derivados de celulose, esta amostra não demonstrou resultados promissores, não se tendo feito folhas laboratoriais com esta. Foram também realizados ensaios de retenção de PCC modificado utilizando amostras preparadas com o mesmo derivado de celulose mas com diferentes pesos moleculares. Os resultados desses ensaios foram contraditórios, uma vez que utilizando o PCC modificado com etilcelulose a retenção diminuiu com a diminuição do peso molecular do polímero utilizado, enquanto que a retenção do PCC modificado com acetatobutirato de celulose aumentou com a diminuição do peso molecular do polímero utilizado. A retenção das partículas diminuiu nas folhas laboratoriais como era expectável. Contudo, essa diminuição foi maior do que o esperado, principalmente com o PCC modificado com acetato de celulose (87% - DDA para 39% - Formador). Utilizando o agente de retenção A, as amostras contendo etilcelulose continuaram a ser aquelas que apresentaram melhores valores de retenção de PCC (~60%). Para avaliar as propriedades estruturais, óticas e mecânicas das folhas com os PCC modificados, foram também produzidas folhas contento apenas fibra, contento fibra mais aditivos e contento fibra mais aditivos mais PCC, tal como aconteceu no DDA. A maioria das propriedades das folhas avaliadas varia com a retenção de acordo com o esperado, ou seja, as propriedades finais das folhas variam significativamente com a quantidade de PCC retido. Dessa forma, o PCC modificado com etilcelulose (maiores retenções) é aquele que apresenta piores propriedades, nomeadamente mecânicas, enquanto que o PCC modificado com acetato de celulose (menores retenções) é aquele que apresenta melhores resultados. Apesar disso, é possível concluir que os resultados obtidos não dependem apenas da quantidade de PCC retido. As folhas com o PCC revestido com etilcelulose, por exemplo, apresentam diversas resistências mecânicas mais fracas do que as folhas com o PCC original, sendo dessa forma óbvio que a etilcelulose não melhora a ligação entre as cargas minerais e as fibras. Por outro lado, algumas propriedades mecânicas das folhas com o PCC modificado com acetato de celulose são melhores do que as obtidas com as folhas de fibra e aditivos, sendo por isso possível concluir que o acetato de celulose melhora as ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas na presença dos aditivos utilizados. O acetatobutirato de celulose apresenta resultados intermédios entre o acetato de celulose e o etilcelulose. Contudo, comparativamente ao PCC com acetato de celulose, a retenção do acetatobutirato de celulose é superior e as propriedades mecânicas das suas folhas não são muito inferiores, pelo que consideramos os resultados do acetatobutirato de celulose também promissores. Concluindo, podemos afirmar que, muito provavelmente, o revestimento de PCC com acetato de celulose promoveu alguma melhoria das ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas. No entanto, é necessário melhorar a retenção destas partículas para que seja possível aumentar a quantidade de PCC modificado a inserir nas folhas de papel de impressão e escrita. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,987 | Modificação de carbonato de cálcio natural com sílica para aplicações em papel | Metodologia sol-gel,Fabrico de papel,Modificação de particulas de carbonato de cálcio | Esta dissertação de mestrado teve como objectivo modicar partículas de carbonato de cálcio natural (GCC) com sílica, in situ, seguindo a metodologia sol-gel, de modo a melhorar a resistência mecânica da folha de papel. Foram utilizadas três gamas de GCC, testando diferentes tamanhos e brancuras, para efectuar o revestimento de sílica, seguindo a metodologia que Gamelas et al. (2011) aplicou ao carbonato de cálcio precipitado. A reacção sol-gel decorreu em meio alcalino durante 24 horas a uma temperatura de 21°C, utilizando TEOS como percursor. Com o intuito de caracterizar as partículas de carbonato de cálcio, original e modificado, foram utilizadas diversas técnicas analíticas para analisar: a morfologia (microscopia electrónica de varrimento), o tamanho (espectroscopia de difracção laser), a composição química (espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier), a quantidade de sílica presente no GCC (termogravimetria), a brancura (espectrofotometria) e a carga da partícula (medição de potencial zeta). Concluiu-se que houve deposição de sílica nas partículas de GCC, tal como era expectável. Tal como com o PCC modificado, documentado em Lourenço et al. (2013), conseguiu-se obter melhorias nas propriedades mecânicas da folha quando o filler de GCC modificado foi aplicado para um alvo de 20 %(w/w) na folha, independentemente da gama utilizada, concretizando-se um dos objectivos propostos. Esta melhoria deve-se à presença de grupos hidroxilo da sílica, que permitem estabelecer pontes de hidrogénio com as fibras de celulose. O aumento na resistência da folha ocorreu em maior grau no GCC com menor tamanho de partícula, indicativo que a deposição de sílica depende do tamanho das partículas de GCC. Relativamente às propriedades ópticas das folhas, estas foram ligeiramente prejudicadas com a aplicação dos GCC's modificados, sugerindo que a folha está "fechada"devido a uma ligação filler-fibra mais forte, sendo que perdeu-se menos opacidade no GCC com menor tamanho de partícula. Assim, constatou-se que é preferível modificar este carbonato de cálcio. Nos GCC's que se diferenciavam pelo nível de brancura, não houve diferenças a registar entre as folhas formadas por estas duas cargas minerais. Compararam-se os resultados obtidos com GCC modificado com os de PCC, conseguidos por Lourenço et al. (2013), constatando-se que é mais positivo modificar PCC do que GCC. Além da tendência natural que o PCC possui para repercutir boas propriedades ópticas na folha de papel, o revestimento com sílica induziu uma melhoria nas propriedades mecânicas da folha numa magnitude superior às obtidas com GCC, ultrapassando a capacidade intrínseca que este filler contém neste âmbito. Este resultado foi semelhante ao obtido pela aplicação de GCC modificado correspondente a 30 %(w/w) da folha. Também se produziram folhas de papel com uma mistura de cargas minerais, 20%(w/w) GCC modificado e 10 %(w/w) de carbonato de cálcio precipitado, com o objectivo de reduzir a quantidade de carga modificada e para melhorar as propriedades ópticas. Os resultados indicam que é preferível usar esta carga mineral a apenas GCC modificado, se tivermos em conta os custos associados à modificação. Ao utilizar cargas modicadas, comprovou-se que é possível aumentar o conteúdo em cerca de 10 % da carga mineral sem prejudicar as propriedades mecânicas das folhas de papel. Este facto foi confirmado tanto na aplicação de GCC modificado, como na de mistura de cargas, sendo esta mais vantajosa devido à componente económica. Como os objectivos deste estudo estão intimamente ligados a um factor económico, deverão estimar-se os custos económicos da modificação de carbonato de cálcio afim de avaliar devidamente os resultados obtidos. Apesar dos resultados não serem totalmente positivos na aplicação a papéis de impressão e escrita, isto é, em relação ao carbonato de cálcio precipitado, poderão ser úteis em papéis com outro tipo de utilização, onde as propriedades ópticas não são fundamentais. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,988 | Produção, caracterização e aplicação de nanofibras de celulose | Produção de papel,Nanocelulose,Celulose nanofibrilar | A procura pela excelência na indústria da pasta e do papel é cada vez maior, visto que o mercado internacional se tem tornado cada vez mais competitivo. Este facto requer uma atenção minuciosa às melhores técnicas disponíveis bem como à investigação de novos materiais e processos capazes de proporcionar vantagem sobre a concorrência. Sabendo que o PCC é um aditivo importante na estrutura do papel, uma vez que é substancialmente mais económico que as fibras, seria importante conseguir aumentar a percentagem deste material na folha sem com isso perder propriedades mecânicas. Neste sentido, viu-se na nanotecnologia uma possibilidade de obter vantagem económica quanto à produção de papel através da incorporação de um novo material, as nanofibras de celulose (NFC) ou celulose nanofibrilar. A celulose nanofibrilar é um material que tem vindo a despertar muito interesse ao longo da última década devido às suas propriedades únicas, associadas à dimensão nanométrica. Tais propriedades, como elevadas cristalinidade, rigidez (módulo de Young), resistência à tração, superfície específica e transparência, bem como a sua abundância e o facto de ser um material biodegradável e renovável têm conduzido a imensos estudos de aplicação como material de reforço nas mais diversas áreas, como por exemplo eletrónica, alimentar, têxtil, medicina e espacial. Todavia, a aplicação deste novo material na indústria do papel é ainda muito reduzida, quando comparada com as restantes áreas mencionadas. O presente trabalho consistiu na produção e caraterização de NFC produzidas a partir de pastas kraft de Eucalyptus globulus branqueado para posterior aplicação em folhas de papel produzidas em laboratório com o objetivo de avaliar a influência das NFC na drenabilidade, na retenção de cargas minerais e na resistência à tração das folhas. As NFC foram produzidas por oxidação prévia das fibras, seguida de homogeneização mecânica a alta pressão. Diferentes condições de operação deram origem a diferentes amostras de NFC e, por isso, foi feita a sua caracterização para selecionar a mais promissora para aplicar na produção de papel. A NFC selecionada foi obtida por oxidação com 6 mmol de hipoclorito de sódio (NaClO) e homogeneizada com 10 passagens no homogeneizador por ser a que correspondeu a um elevado rendimento de produção (80%), elevada concentração de grupos carboxílicos (1,109 mmol/g de celulose), baixo grau de polimerização (158) e reduzido tamanho (obtido PCS - Photon Correlation Spectroscopy) com uma moda de distribuição de 51,8 nm. As folhas foram produzidas com uma pasta kraft de eucalipto branqueada, carbonato de cálcio precipitado (PCC), NFC e amido e poliacrilamida catiónicos. Através de testes de resistência à tração, de drenabilidade e de retenção de cargas minerais foram avaliadas as influências do grau de refinação da fibra, do teor de PCC e do teor de NFC. Concluiu-se, confirmando outros estudos já publicados, que a presença das NFC faz diminuir a drenabilidade e aumentar a resistência mecânica dos papéis produzidos. Constatou-se ainda que com as fibras, as NFC e os aditivos usados, se consegue na presença de cargas reduzir o grau de refinação necessário para atingir um determinado valor de drenabilidade (ºSR) aumentando sensivelmente na mesma proporção o teor de NFC. O mesmo não acontece com o índice de tração e o comprimento de rutura, tendo-se concluído que é sempre necessário refinar as fibras, embora com a incorporação de NFC a energia de refinação necessária seja menor para atingir um determinado nível de resistência. Para graus de refinação de fibras mais baixos, as NFC assumem uma maior influência nas propriedades de resistência mecânica. Por outro lado, para o mesmo grau de refinação, o índice de tração é maior para percentagens de NFC mais elevadas na gama de incorporação estudada. O aumento do índice de tração com o aumento do grau de refinação é mais acentuado para percentagens de NFC maiores. A adição de NFC ajuda na retenção de PCC e permite obter retenções deste componente muito elevadas, algumas perto dos 100%. Porém, mesmo na presença de NFC, o aumento do teor de PCC faz diminuir as propriedades mecânicas das folhas. A realização da maioria dos ensaios decorreu na Universidade de Girona, no LEPAMAP (Laboratori d’Enginyeria Paperera i Materials Polímers), ao abrigo do programa Estágio ERASMUS, e a parte de caracterização biométrica das NFC decorreu na Universidade de Coimbra. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,989 | Funcionalização de cargas minerais para a produção de papéis de impressão e escrita | Produção de papel,Cargas minerais | Esta tese de mestrado teve como principal objectivo modificar partículas de carbonato de cálcio precipitado (PCC) com dióxido de titânio (TiO2) formado in-situ, de modo a que as partículas compósitas manifestassem propriedades características dos dois compostos. Ao se combinar o tamanho de partícula e os preços acessíveis de aquisição do carbonato de cálcio com as excelentes propriedades ópticas do dióxido de titânio, poderá ser obtido um filler com óptimas propriedades, principalmente a nível das propriedades ópticas. Este filler ao ser inserido na formulação de uma folha de papel de impressão e escrita pode contribuir para que esta apresente excelentes características e custos moderados. Foram abordados dois métodos de síntese: sol-gel e hidrólise, tendo-se iniciado este trabalho com o método de sol-gel. Neste método, foi utilizado o precursor tetraetóxido de titânio (TEOT), etanol, solução aquosa de cloreto de potássio e PCC. As amostras resultantes passaram por várias técnicas de caracterização, a fim de serem avaliadas a nível de tamanho (espectroscopia de difracção laser - LDS), de morfologia (microscopia electrónica de varrimento - SEM), de composição (espectroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier - FTIR, e espectroscopia de energia dispersiva - EDS) e de cristalinidade (difracção de raios-X - XRD). Após análise às amostras resultantes, foi determinado que não ocorreu formação de partículas de dióxido de titânio por este método, não se tendo atingido o objectivo proposto. Uma hidrólise de tetracloreto de titânio (TiCl4) na presença de ureia, água e PCC também foi abordada. Para além de se avaliar a formação de TiO2 na superfície do PCC, também foram estudadas outras variáveis: o efeito da ureia, uma hidrólise em meio básico, o melhor tempo de adição do PCC na reacção e a quantidade de PCC a adicionar. A amostra que continha uma quantidade teórica de 20% (w/w) de dióxido de titânio, e cuja adição de PCC foi efectuada no final da reacção, foi a que apresentou melhores resultados. Através do SEM foi possível a visualização de um revestimento a cobrir a superfície do PCC e com recurso à técnica de FTIR foi identificada uma banda na frequência de 530 cm-1, característica das ligações Ti-O da fase cristalina de rútilo. Por LDS efectuou-se a distribuição do tamanho de partículas e o perfil obtido pelas partículas modificadas foi semelhante ao do PCC original, no entanto, o tamanho médio de partícula foi superior nas partículas modificadas. Na técnica de XRD foi apenas detectada a estrutura cristalina da calcite, o que indica que o dióxido de titânio obtido é amorfo. Para validar o resultado do FTIR respeitante à composição química da amostra, recorreu-se à EDS e foi novamente detectado o elemento titânio, assim como os elementos de carbono, oxigénio e cálcio. Em relação às variáveis estudadas neste trabalho ficou patente, por análise de SEM, que a ureia influencia a morfologia das partículas e a hidrólise em meio básico não deu origem a um produto satisfatório. No que diz respeito à quantidade de PCC a inserir na reacção e qual o tempo de adição ideal, os resultados não são conclusivos. Tal afirmação é baseada no facto de se terem obtido partículas compósitas de dióxido de titânio e carbonato de cálcio, tanto nos ensaios em que o PCC foi adicionado no início, como nos ensaios em que a adição foi feita no final. No que diz respeito às quantidades mássicas de PCC a adicionar, pelos resultados obtidos, este não se pode considerar um factor muito relevante. No entanto, quando foram adicionados apenas 5% (w/w) de TiO2 para 95% (w/w) de PCC, apenas partículas de carbonato de cálcio foram detectadas. As partículas de carbonato de cálcio modificadas por dióxido de titânio obtidas neste trabalho poderão dar um contributo para a melhoria das propriedades ópticas dos papéis de impressão e escrita. Para se avaliar a possível influência nas propriedades ópticas seria necessário produzir folhas de papel com este filler modificado. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
26,998 | Dessalinização da água através de um processo híbrido permuta iónica-nanofiltração | Processos híbridos,Nanofiltração,Permuta iónica | O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo de um sistema de tratamento baseado nos processos de permuta iónica e nanofiltração para produzir água potável, como uma opção atrativa para colmatar as desvantagens associadas ao elevado consumo energético dos diversos processos de dessalinização existentes atualmente no mercado (processos térmicos e osmose inversa). A nível experimental, o presente trabalho envolveu, numa primeira fase a realização de ensaios de equilíbrio de permuta iónica com o objetivo de avaliar o sistema Cl-/SO4 2-, utilizando a resina aniónica, Purolite A850 na forma Cl-. Numa segunda fase, estudou-se a separação seletiva de iões Cl-, SO4 2-, Ca2+ e Na+ por nanofiltração. Adicionalmente, o trabalho teve também como objetivo desenvolver uma ferramenta computacional em Matlab para simular a dinâmica do regime cíclico de adsorção/dessorção, em coluna de leito fixo, utilizando resultados experimentais obtidos por Gaspar (2014). Os resultados experimentais dos ensaios de equilíbrio de permuta iónica, em que se testaram várias concentrações de Na2SO4, permitiram concluir que a afinidade da resina pelo ião SO4 2- é favorecida para elevadas concentrações de Na2SO4 (0,5 mol/L), obtendo-se um fator de separação médio, , de 1,38. A baixas concentrações de Na2SO4, as isotérmicas de permuta iónica tornam-se desfavoráveis o que significa menor afinidade da resina pelo ião sulfato. Para concentrações iniciais de sulfato de sódio de 0,02, 0,05 e 0,02 mol/ obtiveram-se valores de de 0,13, 0,20 e 0,54, respetivamente. O comportamento do sistema (Cl-/SO4 2-) em estudo foi considerado não ideal porque o fator de separação depende da concentração total da solução. Ao nível do estudo do processo de nanofiltração, foram realizados testes experimentais tendo por base planeamentos fatoriais 24 (2 níveis com 4 fatores) e 22 (2 níveis com 2 fatores) para as membranas SelRo MPF-34 e TS80, respetivamente. Para a membrana MPF-34, os fatores mais influentes nas percentagens de remoção de SO4 2- e Ca2+ são a concentração de cloreto e o pH. Os melhores resultados (16% para SO4 2- e 85% para Ca2+) foram obtidos para o valor mais baixo da concentração de Cl- ( 1,4 g/L) e mais elevado para do pH da solução (9). As condições correspondentes ao nível elevado da concentração Cl- ( 2,2 g/L) e nível alto de pH (9), permitiram alcançar a melhor % de remoção de SO4 2- (97 %), no caso dos ensaios realizados com a membrana TS80. Esta membrana é a mais adequada para dessalinizar a solução previamente tratada pela resina Purolite A850 na forma sulfato. Em relação à simulação da dinâmica do processo de permuta Cl-/SO4 2- em coluna de leito fixo, verificou-se que os perfis de concentração dos iões Cl- e SO4 2- foram satisfatoriamente previstos pelo modelo matemático baseado na aproximação LDF (Linear Driving Force) para a descrição da transferência de massa intraparticular. Globalmente, a integração do processo de permuta iónica com a nanofiltração dá bons indícios de perspectivas futuras ao desenvolvimento desta tecnologia como método de dessalinização da água. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,004 | Fluorescência por upconversion de nanocomplexos multifuncionais de Fe₃O₄ dopado com lantanídeos | Nanopartículas,Luminescência | O presente trabalho tem como objetivo obter nanocomplexos multifuncionais, constituídos por um core superparamagnético e uma shell luminescente por upconversion, sintetizando nanopartículas de óxido de ferro funcionalizadas com iões lantanídeos. Estes materiais possuem propriedades luminescentes únicas e podem ser controlados através de um campo magnético externo, podendo ser utilizados em inúmeras aplicações nomeadamente, nas áreas biomédica e ambiental. Sintetizaram-se 3 nanocomplexos distintos: Fe3O4@LaF3:Yb3+/Er3+, Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Er3+ e Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Ho3+. O primeiro é obtido recorrendo ao método de microemulsão e co-precipitação e os restantes ao método de decomposição térmica. O nanocomplexo Fe3O4@LaF3:Yb3+/Er3+ foi submetido a um tratamento térmico de modo a verificar qual a influência deste nas propriedades finais. Os materiais obtidos foram alvo de caracterização físico-química, magnética e de luminescência. Os difractogramas obtidos provaram que os materiais eram constituídos por duas fases cristalinas. O nanocomplexos Fe3O4@LaF3:Yb3+/Er3+ são constituídos por óxido de ferro e LaF3 hexagonal e os nanocomplexos Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Er3+ e Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Ho3+ por óxido de ferro e NaYF4 hexagonal. A presença dos iões de lantanídeo nos nanocomplexos foi comprovada através dos espectros de EDS. A análise de VSM revelou que todos os materiais produzidos possuem superparamagnetismo, visto que, a cima da temperatura de bloqueio, as curvas de magnetização não possuem histerese e consequentemente os materiais não possuem coercitividade e magnetização remanescente. Obteve-se uma magnetização de saturação de 10.2 emu.g-1, 5.4 emu.g-1, 8.3 emu.g-1, 14.0 emu.g-1 para os nanocomplexos Fe3O4@LaF3:Yb3+/Er3+ sem tratamento térmico, Fe3O4@LaF3:Yb3+/Er3+ com tratamento térmico, Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Er3+ e Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Ho3+, respetivamente. A presença do processo de upconversion nos nanocomplexos sintetizados foi comprovada pela análise efetuada no microscópio multifotão. Excitaram-se as nanopartículas com um laser com comprimento de onda de 980 nm e obtiveram-se picos de emissão na zona do visível. Os nanocomplexos Fe3O4@LaF3:Yb3+/Er3+ sem tratamento térmico e com tratamento térmico emitem picos a 501 nm e 675 nm, e a 540 nm e 657 nm, respetivamente. Conclui-se que o tratamento térmico melhora as propriedades de luminescência, visto que os nanocomplexos que foram sujeitos ao tratamento térmico têm maior intensidade de luminescência. Para o nanocomplexo Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Er3+ obtiveram-se três picos de emissão, 520 nm, 540 nm e 657 nm, enquanto que para o nanocomplexo Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Ho3+ se obtiveram apenas dois a 540 nm e 647 nm. Estes picos coincidem com os picos de emissão reportados na literatura para os respetivos iões. Os resultados obtidos para os nanocomplexos sintetizados neste trabalho comprovam que estes têm potencial para futuras aplicações. É de realçar que os resultados do nanocomplexo Fe3O4@NaYF4:Yb3+/Ho3+ são bastante promissores, uma vez que não existem reportados na literatura nanocomplexos semelhantes. Foi possível provar que se podem obter materiais com boas propriedades magnéticas e luminescentes quando se recorre ao ião Ho3+ como ião ativador. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,005 | Preparação de scaffolds por combinação das técnicas de fotopolimerização e electrospinning para engenharia de tecidos | Stents vasculares,Eletrospinning,Biocompatibilidade | Stents vasculares são dispositivos biomédicos de valor incontestável no tratamento e regeneração de artérias ou veias que ficaram obstruídas ou enfraquecidas. Ao longo dos últimos anos, muito se tem vindo a desenvolver procurando um equilíbrio entre a estabilidade mecânica, biocompatibilidade e o recurso à ação farmacológica de modo a que se combatam as tromboses/embolias vasculares e a ocorrência de complicações como a reestenose após implantes. Atualmente existe no mercado uma elevada variedade de stents vasculares de diversos materiais, desde metálicos a polímeros biodegradáveis com incorporação, ou não, de um fármaco. Os stents metálicos foram os primeiros a serem comercializados, contudo têm problemas inerentes de inflamação ou mesmo incompatibilidade com o organismo dada a durabilidade de aplicação. Por outro lado, os stents vasculares biodegradáveis estão cada vez mais em ascensão, apesar das propriedades mecânicas e sua durabilidade serem ainda um desafio. Polímeros biodegradáveis, sintéticos ou naturais, com grupos terminais fotoreticuláveis têm-se demostrado promissores e úteis em aplicações in situ. Dois dos polímeros mais usados na área biomédica, concretamente na preparação de hidrogéis e scaffolds, são a gelatina e a policaprolactona, respetivamente. A sua mistura pode ser explorada na construção de stents versáteis, com melhores propriedades biológicas para tecidos vasculares ao mesmo tempo que exibem boas propriedades mecânicas. Com esta dissertação pretendeu-se produzir scaffolds por combinação de estratégias de fotoreticulação e electrospinning usando duas abordagens de síntese diferentes, com vista à utilização dos materiais finais como stents vasculares. Em ambas as abordagens de síntese usou-se a gelatina (polímero natural) e a PCL (polímero sintético). A gelatina foi inicialmente funcionalizada com anidrido metacrílico para a formação do hidrogel Gel- MA. Na primeira abordagem, as fibras de PCL foram produzidas por electrospinning sendo de seguida revestidas por hidrogéis de diferentes composições (tendo por base a Gel-MA). Na segunda abordagem, fibras foram preparadas a partir de soluções distintas de PCL e Gel-MA, que foram misturadas e induzidas no electrospinning. Desta forma obteve-se um compósito fibroso. Em ambos os processos, sujeitaram-se os materiais a irradiação UV para garantir a adequada reticulação da gelatina, usando o Irgacure® 2959 como fotoiniciador. Para os scaffolds produzidos foram avaliadas propriedades químicas, físicas, térmicas e biológicas. A análise de ATR-FTIR permitiu observar as ligações características de cada polímero em ambos os scaffolds. Na técnica SEM verificou-se que a disposição das fibras nos scaffolds era aleatória e no caso dos scaffolds revestidos com hidrogel era notório o efeito desse revestimento. A análise TGA mostrou que os scaffolds eram termicamente estáveis. Quando incubados em uma solução tampão fosfato (PBS) durante 28 dias, os scaffolds revestidos com Gel-MA 10% foram os que apresentaram maior diferença de perda de hidrogel. Nos ensaios de hemólise, por contacto direto, só os scaffolds compósitos mostraram valores bastante satisfatórios, revelando-se não hemolíticos. Relativamente aos scaffolds revestidos estes só exibiram esse carácter após uma lavagem prévia do material com PBS. Todavia, os scaffolds apresentaram um carácter trombogénico, o que não é favorável para a aplicação pretendida. Os valores de viabilidade celular, após contacto dos materiais com células endoteliais circulantes foram bastante satisfatórios para os scaffolds compósitos, porém, os scaffolds revestidos de hidrogel com macrómeros apresentaram baixa viabilidade celular. Recomenda-se, neste caso, novos estudos de biocompatibilidade mas também um esforço de síntese para perceber o que pode ser modificado nas formulações. No estudo preliminar de libertação de fármaco para os scaffolds revestidos, obtiveram-se perfis de libertação interessantes tendo em conta a aplicação. Face aos resultados alcançados, pode-se concluir que os scaffolds das duas abordagens apresentam características promissoras para utilização como stents vasculares, podendo ser importantes ferramentas em Engenharia de Tecidos. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,016 | Preparação de sprays poliméricos para o tratamento de lesões tópicas | Lesões tópicas,Sprays poliméricos | Atualmente existem no mercado diversos tipos de materiais para o tratamento de feridas, queimaduras e outros tipos de lesões tópicas. Os curativos mais utilizados são as gazes e as compressas devido à sua capacidade de absorção de fluidos, bem como o facto de serem fáceis de colocar de forma rápidos e quase indolor. Estes materiais são de uso temporário, ou seja, servem para proteger os ferimentos durante um curto período de tempo e não têm a capacidade de auxiliar na cicatrização e regeneração da pele. Por outro lado, estes materiais aderem à superfície das lesões o que pode originar nova hemorragia e danificar os tecidos aquando da sua remoção. São materiais muito utilizados, principalmente em Ambulâncias de Emergência Médica (AEM) até chegar ao Hospital, onde já é possível o tratamento adequado da lesão em causa. Ao longo das últimas décadas foram desenvolvidos novos produtos comummente designados por pensos, sendo os mais conhecidos os pensos de hidrogel e de espumas de poliuretano. Ambos são bastante versáteis e podem permanecer no local da lesão durante vários dias. Não obstante os produtos referidos, existe ainda no mercado uma escassez de produtos para situações de emergência, ou seja, para proteger as lesões de imediato numa situação de acidente. Assim sendo, são necessários produtos que consigam proteger as feridas de forma rápida, evitando a exposição das lesões para utilização em intervenções pré-hospitalares. Neste tipo de situações, em que ocorrerá uma posterior intervenção médica, existe necessidade de recorrer a materiais de utilização temporária, que possam ser removidos com facilidade para tratamento definitivo. Esta remoção não deverá induzir danos adicionais aos tecidos e deverá ser conseguida com o menor desconforto possível. No presente trabalho procurou-se desenvolver materiais que ofereçam uma nova visão na proteção de lesões respeitando estes requisitos. Desta forma, desenvolveram-se sprays com base em soluções poliméricas a partir de polímeros de base sintética: polietileno glicol (PEG) e polivinil pirrolidona (PVP) e natural: com base na celulose, hidroxipropilcelulose (HPC) e hidroxipropilmetilcelulose (HPMC). Estas soluções poliméricas ao serem pulverizadas à superfície da pele originarão uma membrana de proteção. Adicionalmente foi também incorporado um fármaco nas formulações, tendo sido utilizado como fármaco modelo a dexametasona, um anti-inflamatório. Para compreender se as formulações detinham as propriedades requeridas foi necessário recorrer a métodos de caracterização avaliando a biocompatibilidade, hemocompatibilidade, solubilidade e adesão aos substratos. A caracterização dos filmes desenvolvidos permitiu aferir que todos apresentavam carácter hidrofílico, solubilizando-se de forma rápida em soluções aquosas. No teste de adesão em tecidos biológicos os materiais apresentaram elevada aderência à superfície dos tecidos biológicos não sendo possível a sua remoção após a formação das membranas. A avaliação do comportamento reológico das soluções poliméricas demonstrou que todos os materiais contêm um comportamento newtoniano. Relativamente às viscosidades das soluções, o HPC-PVP(4:4) apresentou a menor viscosidade, cerca de 0,05 Pa.s enquanto que 0,18 Pa.s foi a viscosidade mais elevada, correspondente à solução HPC-HPMC(4:4). Os valores de energia de superfície de todos os filmes foram inferiores aos apresentados pelo sangue e pele, confirmando a capacidade de adesão dos materiais aos tecidos. Pela técnica de DMTA avaliaram-se as temperaturas de transição vítrea (Tg) de cada filme, tendo todos os filmes apresentado valores distintos. Os materiais HPC-HPMC(3:3) e HPC-HPMC(4:4) exibiram valores entre 100˚C e 111˚C, enquanto que HPC-PVP(4:4) e HPC-PVP(5:3) apresentaram valores entre 14˚C e 32˚C, respetivamente. As membranas exibiram carácter não-hemolítico, contudo não foi possível quantificar o índice hemolítico por interferência da turbidez na leitura das densidades óticas. Todos os materiais apresentaram carácter trombogénico auxiliando no estancamento das hemorragias, na ordem dos 70% de formação de trombos. Os materiais revelaram-se biocompatíveis no primeiro dia de ensaio. Após os sete dias de ensaio constatou-se que ocorreu uma diminuição na quantidade de células viáveis. O estudo da atividade antibacteriana revelou que nenhumas das membranas exibiu potencial antibacteriano independentemente da presença da dexametasona. Os sprays desenvolvidos revelaram algumas propriedades adequadas para a utilização em lesões tópicas demonstrando serem uma estratégia viável para esta aplicação. Estes materiais revelaram ter a capacidade de originar filmes para proteção dos ferimentos, aderir à superfície de tecidos biológicos, solubilização em solução salina e auxílio no processo de coagulação. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,026 | Imobilização covalente de tripsina em membranas de nanofibras poliméricas obtidas por electrofiação | tripsina,imobilização,membranas de nanofibras,electrofiação,trypsin,immobilization,nanofiber mats,electrospinning | Anualmente, são produzidas em Portugal entre 500 000 a 560 000 toneladas de soro de leite como subproduto da indústria dos lacticínios. Este resíduo é muito rico em proteínas e a sua valorização torna-se vantajosa a nível económico e ambiental. Da hidrólise destas proteínas originam-se peptídeos bioactivos com características muito proveitosas quando aplicados em cosméticos ou fármacos. Neste trabalho, pretendeu-se contribuir para a criação de um sistema integrado de biocatálise e separação para hidrolisar as proteínas de soro de leite e, ao mesmo tempo, manter a enzima separada dos produtos de reacção. Para o efeito, imobilizou-se a enzima tripsina em membranas de nanofibras constituídas por poli(tereftalato de etileno) e poli(ácido láctico) (PET/PLA), tendo sido testadas três metodologias de imobilização covalente: i) imobilização por ligação covalente (activação do suporte com uma carbodiimida), ii) imobilização por adsorção e reticulação (via glutaraldeído) e iii) imobilização por ligação covalente de agregados de tripsina reticulada com glutaraldeído a membranas modificadas com um braço extensor de hexametilenodiamina. Os melhores resultados de actividade enzimática imobilizada foram alcançados com o último método, tendo sido este o escolhido para os estudos subsequentes. A actividade da tripsina imobilizada foi estudada a diferentes valores de temperatura, pH e velocidade de fluxo. Foi ainda avaliada a estabilidade ao armazenamento em água destilada para três temperaturas (temperatura ambiente, 4 °C e –20 °C), assim como a estabilidade operacional. Ao fim de um mês de armazenamento a 4 °C e em água destilada, o sistema biocatalítico não apresentou perda de actividade enzimática nem perda de enzima. Verificou-se também que, ao fim de 11 utilizações sucessivas, restava 80% da actividade enzimática inicial, não ocorrendo libertação da enzima. Os resultados obtidos indicam que o método de imobilização seleccionado permite a preparação de um sistema estável e reutilizável. O suporte de imobilização utilizado, membranas de nanofibras de PET/PLA obtidas por electrofiação, foi caracterizado a nível de molhabilidade da superfície, absorção de água, composição química, morfologia da superfície e estabilidade térmica, por comparação com uma membrana de PET obtida pela mesma técnica. A caracterização mostrou que a utilização de PLA nas membranas aumentou a capacidade de absorção de água. O estudo por espectroscopia de infravermelho e calorimetria indicou não existir interacção significativa entre as moléculas de PET e PLA. As membranas preparadas continham nanofibras com algumas centenas de nanómetros de diâmetro, predominantemente alinhadas segundo uma direcção. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,030 | Desenvolvimento de metodologias de avaliação da estabilidade de matéria orgânica | Estabilidade biológica,resíduo de figo,bagaço de azeitona,oxidação química,Fenton,Biological stability,Fig residue,Olive mill waste,Chemical oxidation,Fenton | Este trabalho teve como objetivo principal a avaliação de metodologias de análise da estabilidade de matéria orgânica em resíduos sólidos. Os materiais em estudo foram resíduo de figo (RF), antes e após digestão anaeróbia, e resíduo de bagaço de azeitona (BA), antes e após processo de oxidação química de Fenton, sendo testadas e avaliadas diferentes condições de tratamento. Estes materiais foram caraterizados em relação a diversas propriedades e avaliação da estabilidade foi efetuada antes e depois dos resíduos serem submetidos aos processos de estabilização. Os métodos avaliados para medir a estabilidade foram a respirométria com base no consumo de oxigénio, respirometria com base na libertação de dióxido de carbono e espetroscopia FTIR. Através dos métodos respirométricos com base no consumo de oxigénio verificou-se que o BA e as lamas de digestão anaeróbia (LDA) eram mais estáveis do que o RF. A respirometria com base na libertação de dióxido de carbono conduziu a resultados concordantes em termos de tendências de estabilização relativas. A respirometria de CO2 dos resíduos provenientes do processo de estabilização de Fenton mostrou menor estabilidade face ao resíduo inicial, devido ao provável aumento de biodisponibilidade de material inicialmente não acessível. A espetroscopia de FTIR confirmou alguns resultados obtidos com os testes respirométricos de consumo de oxigénio e de libertação de dióxido de carbono, sobretudo na maior estabilidade das LDA. Para a maioria das amostras provenientes do processo Fenton não houve aumento dos compostos aromáticos, que se correlacionariam com a maior estabilidade dos materiais. Estes resultados são concordantes com os testes respirométricos de produção de dióxido de carbono. Para medir o grau de maturação, os materiais foram avaliados em termos de fitotoxicidade, tendo-se verificado que o RF é muito fitotóxico e as LDA são moderadamente fitotóxicas tal como o BA. A maioria dos resíduos provenientes do processo Fenton conduziram a índices de germinação mais baixos do que o material inicial (BA). Globalmente, o tratamento de Fenton aplicado não revelou melhores resultados em termos de estabilização e fitotoxicidade, levando a admitir que será conveniente aplicar um processo de estabilização adicional. No entanto, as metodologias usadas para avaliar o grau de estabilidade e maturidade são adequadas, e devem ser usadas de forma complementar para se obter respostas mais fiáveis. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,037 | Preparação de adesivos cirúrgicos com acção farmacológica | Bioadesivos,fotorreticulação,biodegradação,hemocompatibilidade,biocompatibilidade;;Bioadhesives,photocrosslinking,biodegradation,hemocompatibility,biocompatibility. | Os adesivos cirúrgicos são dispositivos médicos de valor indiscutível no encerramento de incisões e no processo de cicatrização de tecidos biológicos. Ao longo de várias décadas, estudos intensivos foram desenvolvidos para melhorar a eficácia dos adesivos cirúrgicos, em diferentes tecidos e condições de aplicação. As recentes evoluções tornaram-no um dispositivo revolucionário a utilizar em práticas cirúrgicas dada a rapidez de aplicação, a melhoria dos efeitos estéticos, o maior conforto oferecido ao paciente, a capacidade de atuar como sistema de libertação controlada de fármaco e a possibilidade de serem biodegradáveis, podendo ser absorvidos pelo organismo. No presente existem vários adesivos comercializados de origem natural e sintética, mas que ainda apresentam algumas limitações na sua aplicação, nomeadamente a libertação de subprodutos tóxicos, propriedades mecânicas inadequadas, risco de transmissão de doenças sanguíneas, risco de infeções, aplicação demorada, necessidade de remoção e degradação relativamente lenta. Uma solução para estas limitações centra-se no uso de polímeros biodegradáveis, biocompatíveis e fotoreticuláveis. Adesivos fotopolimerizáveis por meio da técnica de irradiação UV apresentam várias vantagens como: elevada velocidade de reação de cura, maior controlo das propriedades finais e controlo da temperatura de polimerização. No presente trabalho procurou-se desenvolver adesivos cirúrgicos que ofereçam uma maior adesão às superfícies de aplicação, maior rapidez no processo de aplicação e de cicatrização, uma melhoria nos resultados estéticos, maior conforto para o paciente, ausência de reações adversas, que apresentem propriedades antibacterianas, sejam biocompatíveis e biodegradáveis, possibilitando a sua absorção pelo organismo e capacidade de operar como sistema de libertação controlada de compostos ativos. Desta forma desenvolveram-se adesivos a partir de polímeros de base natural, óleo de rícino (OR) e sintética, policaprolactona diol (PCL) modificados com os monómeros metacrilato de 2-isocianoetilo (IEMA) e Laromer® LR 9000 (LAR), tendo vindo a ser explorado o uso de copolímeros à base de prepolímeros de PCL e OR para a preparação de novos adesivos cirúrgicos. Após a produção destes materiais visou-se incorporar um fármaco na estrutura dos mesmos, tendo sido utilizado como fármaco modelo a ofloxacina. Os adesivos produzidos foram caraterizados, para aferir várias propriedades que delimitam a sua aplicação na área biomédica, como a biocompatibilidade, capacidade de absorção de água, degradabilidade, adesão aos substratos, potencial hemolítico e trombogénico, bem como o seu comportamento enquanto sistema de libertação controlada de fármaco. A caraterização dos adesivos produzidos permitiu aferir que todos apresentaram caráter ligeiramente hidrofílico, dependente do monómero funcional e da quantidade relativa utilizada. No teste de adesão in vitro todos os materiais à exceção do material PCLIEMA( 1:2) apresentaram uma capacidade de adesão ao substrato eficaz dada a aplicação. Os valores de energias de superfície de todos os materiais foram inferiores aos apresentados pelas superfícies aderentes (pele e sangue), revelando a capacidade de adesão dos materiais ao tecido. A análise termogravimétrica (TGA) permitiu verificar a estabilidade térmica dos materiais quando sujeitos a temperaturas elevadas e determinar a temperatura de degradação ( ), que exibiu valores entre os 237,3 e os 298,0ºC. Pela técnica de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) avaliaram-se as temperaturas de transição vítrea ( ) de cada material, que apresentaram valores negativos de -75,8 a -71,1ºC. Toda esta análise térmica confirmou a estabilidade térmica dos materiais à temperatura fisiológica. Os materiais exibiram perdas de massa relativamente baixas no teste de degradação, tendo assumido uma perda máxima na ordem dos 11,7±0,1%, dependente do monómero funcional e da quantidade relativa utilizada, bem como da quantidade de OR aplicada na produção dos materiais. A técnica de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) permitiu observar superfícies relativamente uniformes após a produção dos materiais e a formação de alguns poros após o processo de degradação. Todos os materiais exibiram caráter não-hemolítico e trombogénico, apresentando capacidade de promover a hemóstase e a coagulação do sangue. Os adesivos revelaram-se biocompatíveis pelo estudo de viabilidade celular, onde o copolímero OR-PCL-LAR(25/75) exibiu valores de viabilidade celular na ordem dos 102,0±0 e 109,0±2%. O estudo da atividade antibacteriana revelou que nenhum dos materiais exibiu potencial antibacteriano. No que respeita aos perfis de libertação de fármaco, o adesivo com 5% de fármaco incorporado revelou ser eficaz na libertação de fármaco por um período de 7 dias, tendo-se verificado a libertação de 52,0% do fármaco incorporado ao fim deste período. Os adesivos cirúrgicos desenvolvidos revelaram propriedades adequadas face a aplicação, bem como capacidade de incorporação e uma libertação controlada de fármaco. A produção de copolímeros de base PCL e OR revelou-se uma estratégia viável para o melhoramento do processo de degradação, favorável para uma aplicação interna. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,040 | Análise da eficiência de um processo de digestão anaeróbia de lamas de ETAR municipal do Choupal | Digestão anaeróbia,Análise de eficiência,lamas de ETAR,biogás,performance do processo,Anaerobic digestion,wastewater sludge,biogas,process performance | O presente estudo tem como principal objetivo analisar a eficiência do processo de digestão anaeróbia (AD) da ETAR municipal do Choupal, em Coimbra. Inicialmente, procedeu-se à caracterização físico-química e biológica das lamas, em relação às quais foram determinados diversos parâmetros, nomeadamente os sólidos totais, sólidos voláteis, pH, carência química de oxigénio, carbono orgânico total e fitotoxicidade. Neste âmbito, foram ainda avaliados compostos que podem causar instabilidade na metanogénese, designadamente o NH4 +, NH3, NO3 -, VFA e TA, bem como parâmetros de controlo como a temperatura, OLR e tempo de residência. De um modo geral, a caracterização físico-química às lamas conduziu a valores próximos dos reportados na literatura. Contudo, os testes de GI mostraram que as lamas antes e durante a AD apresentam elevada fitotoxicidade, contrariamente às lamas estabilizadas. A razão VFA/TA indicia valores próximos da instabilidade, pelo facto da alcalinidade ser mais baixa do que o recomendável. Globalmente, o digestor primário contribui em 70±8,3% na conversão de sólidos voláteis e o secundário com apenas 8±4%. O biogás produzido no período de Outubro de 2014 a Maio de 2015 contém em média cerca de 64,9±0,7% de CH4 e 971±100 ppm de H2S, que são valores típicos em ETAR municipal. Contudo, como é excedido o limite em H2S para aproveitamento energético, é utilizado um método limpeza, o qual evidenciou uma eficiência reduzida (6%). O rendimento de biogás foi 0,28 Nm3/kg VS. O aproveitamento do biogás na ETAR permitiu produzir até 37% de energia elétrica total consumida, mas em períodos de maior instabilidade a produção foi de apenas 20%. A análise da evolução do processo de AD sugere uma redução na composição em CH4 e um aumento em H2S nos últimos 3 anos, sendo que em relação à operação com os dois digestores em série não se observaram diferenças. Em suma, o estudo desenvolvido permite concluir que é importante estabelecer um maior controlo sobre os principais parâmetros do processo (temperatura, OLR e SRT) de modo a ter uma produção estável de biogás. No regime atual de operação, era importante aumentar a temperatura no digestor primário, e deixar de aquecer o digestor secundário que está a operar como um sedimentador. O atual de operação não tem permitido um aumento da produção de biogás, sendo importante proceder a alterações de regime operatório (e.g. recirculação da biomassa, regime TPAD ou regime de duas fases) para melhorar o desempenho da AD. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,042 | Desenvolvimento de géis injectáveis para libertação controlada e localizada de fármacos em feridas | biopolímeros,líquidos iónicos,nanopartículas,géis injectáveis,libertação controlada de narigina,biopolymers,ionic liquids,nanoparticles,syringeable gel,controlled release of naringin | Este trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de géis injetáveis para libertação controlada e localizada de fármacos em feridas. Desta forma, prepararam-se nanopartículas para encapsular o fármaco em estudo que foram posteriormente incorporadas num gel, que pode ser injetado no local pretendido. Estes sistemas de libertação controlada de fármacos (SLCs) foram produzidos a partir de polímeros de base natural, biodegradáveis e biocompatíveis, como o quitosano e o k-carragenano e usando um fármaco também de origem natural, o naringin. O encapsulamento do naringin, um flavonóide com diversas propriedades terapêuticas, entre elas anti-inflamatórias e anti ulcerosa, foi efetuado em nanopartículas de quitosano preparadas através do método de gelificação iónica. As nanopartículas foram formadas por reticulação com tripolifosfato de sódio (TPP), usando um método já reportado na literatura, e pela primeira vez com o citrato de dihidrogenado de colina (CD), um líquido iónico que revelou ser um bom reticulante alternativo ao TPP. A distribuição de tamanhos das nanopartículas, assim como a estabilidade ao longo do tempo, foi estudada com recurso à técnica de Dispersão Dinâmica da Luz (Dynamic Light Scattering – DLS) que revelou tamanhos médios próximos de 180 nm para o caso das nanopartículas reticuladas com TPP e 330 nm para as nanopartículas reticuladas com CD, apresentando ambas uma boa estabilidade durante as 72 horas do estudo. A morfologia das nanopartículas foi ainda avaliada por Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM). No decorrer do trabalho, foram estudados diferentes sistemas de libertação de naringin nomeadamente nanopartículas de quitosano reticuladas com TPP ou com CD, géis de kcarragenano com e sem reticulante iónico (KCl) e sistemas combinados de nanopartículas de quitosano incorporadas nos géis de k-carragenano, por forma a concluir sobre a eficiência de cada sistema na libertação controlada do fármaco. Os perfis de libertação foram estudados em solução fosfato salina a pH 7 e a 37 ºC para todos os SLCs preparados. Os resultados obtidos mostram que os sistemas compostos apenas pelas nanopartículas apresentaram perfis de libertação do naringin mais rápidos, com 60 % do naringin libertado ao fim de 1 h e a quase totalidade ao fim de 4 h de monitorização. A libertação do naringin a partir dos géis de k-carragenano revelou ser mais controlada, embora o fármaco também se tenha libertado quase na sua totalidade ao fim de cerca de 6 h de monitorização. Finalmente, verificou-se que a libertação do naringin através dos géis de k-carragenano reticulados com KCl, com e sem nanopartículas incorporadas, é uma alternativa eficaz para garantir uma libertação do fármaco mais controlada, uma vez que, com este sistema, apenas cerca de 30 % de naringin foi libertado ao fim de 1 h de monitorização. Estes dois sistemas (com e sem nanopartículas de quitosano) apresentaram perfis de libertação muito semelhantes, verificando-se a libertação de apenas cerca de metade da quantidade total de fármaco durante 10 dias de monitorização. Os perfis de libertação medidos foram correlacionados com um modelo matemático semi-empírico baseado na resolução simplificada da segunda lei de difusão de Fick (equação de Peppas). A partir do modelo foram calculados parâmetros cinéticos que facilitam a comparação entre os diferentes perfis de libertação medidos e permitem inferir sobre os mecanismos que controlam a libertação do fármaco a partir dos diferentes SLCs estudados. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,048 | Aplicação de nanoceluloses no tratamento de superfície de papéis de impressão e escrita | Revestimento de Papel,Nanocelulose,Pigmentos,Impressão,Propriedades do papel;Paper coating,Nanocellulose,Pigments,Printing,Paper properties | Ao longo dos últimos anos, as exigências em torno dos produtos provenientes da indústria do papel têm vindo a aumentar de forma exponencial. Os papéis de impressão e escrita, apesar dos avanços tecnológicos, nunca deixaram de ser largamente utilizados como suporte de dados e imagem tanto ao nível doméstico como empresarial. A necessidade de encontrar fatores de diferenciação que cativem os clientes leva a uma constante procura por alternativas. O objetivo deste trabalho é o de aplicar diferentes formulações celulósicas na superfície de papéis de impressão e escrita sem qualquer tratamento prévio, com vista a avaliar o seu potencial para a melhoria das propriedades de impressão, bem como propriedades mecânicas e óticas. Neste trabalho foram aplicadas formulações previamente estudadas e preparadas, contendo principalmente nano e microfibrilas de celulose e amido. A aplicação de nanofibrilas de celulose foram o foco deste trabalho, sendo utilizadas duas formulações que diferem apenas no grau de oxidação na sua produção. Foram efetuados ensaios de caracterização aos papéis revestidos como: ensaios de resistência mecânica, penetração de água, propriedades óticas e de qualidade de impressão. Nos ensaios de resistência mecânica não foi possível tirar conclusões devido à elevada quantidade de água presente nas formulações de nanofibrilas de celulose (cerca de 99 % (w/w)). A resistência ao ar, também avaliada, como seria de esperar aumenta com uma maior quantidade de formulação aplicada devido ao consequente maior empacotamento na superfície do papel. Nas propriedades óticas não se obtiveram resultados muito diferentes derivados dos revestimentos. Os ensaios de penetração revelaram hidrofílicidade da nanocelulose, a qual conferiu uma maior velocidade de absorção de água. Os resultados considerados mais positivos para a qualidade de impressão foram obtidos para as nanofibrilas mais oxidadas, aplicadas sob a forma de dupla camada. Considerando como referência o papel base sem qualquer revestimento, foram calculados o fator delta (Δ) da área Gamut e densidade ótica relativa, tendo-se obtido um Δ área Gamut = 1092 e a densidade ótica relativa de 1.12. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,051 | Estágio na Ansell Portugal - Aplicação de revestimentos hidrofóbicos e oleofóbicos obtidos por sol-gel em têxteis | sol-gel,hidrofóbico,oleofóbico,Dynasylan®,ângulo de contacto,luvas têxteis,sol-gel,hydrophobic,oleophobic,Dynasylan®,contact angle,textile gloves | A presente dissertação enquadra-se num projeto de melhoria contínua do departamento de Investigação e Desenvolvimento da Ansell Portugal. Sendo o grupo Ansell líder mundial em soluções de proteção, torna-se imperativa a procura pela melhoria das propriedades dos seus produtos, tornando-os mais confortáveis e com melhor performance e segurança na sua utilização. O objetivo da presente dissertação é desenvolver um revestimento hidrofóbico (repelente a água) e oleofóbico (repelente a óleos) para luvas têxteis, usando a tecnologia sol-gel, garantindo assim têxteis com propriedades self-cleaning (auto-limpeza) e easy-to-clean (lavagem mais eficaz uma vez que as nódoas são mais fáceis de remover). A estratégia de desenvolvimento usada neste projeto requer o uso de um processo simples, de fácil aplicação no processo produtivo da empresa, sem grandes custos acrescidos, de rápida implementação, daí não se ter desenvolvido um novo polímero, mas sim ter-se usado um precursor sol-gel comercial, o Dynasylan® F 8815 (fluroalquilo siloxano), que modifica as superfícies tornando-as repelentes a água e óleos, pela diminuição da sua energia de superfície. Realizaram-se ensaios experimentais com aplicação do Dynasylan® na luva têxtil (liner) onde se verificou a eficácia deste precursor nas propriedades de repelência. A hidro- e oleofobicidade foram avaliadas pela medição do ângulo de contacto com água (para verificar a hidrofobicidade) e com diiodometano e n-hexadecano (para verificar a oleofobicidade). Otimizaram-se assim as condições de aplicação, tendo-se concluído que se deveria usar uma solução aquosa com 5% (v/v) de Dynasylan®, processar o revestimento por dip-coating, com um tempo de imersão de10 min, uma posterior temperatura de cura de 140ºC, durante 30 min. Testou-se também um pré-tratamento de plasma, mas este não produziu melhoria significativa que justificasse o investimento num equipamento de produção de plasma. Uma vez que o grande volume de vendas da Ansell Portugal é com luvas têxteis com revestimentos poliméricos, testou-se também o efeito do Dynasylan® sobre esses revestimentos. Usou-se como referência uma luva revestida com dois “dips” de polímero (imersão em dois compostos poliméricos), que tinha valores iniciais de ângulo de contacto com água, diiodometano e n-hexadecano inferiores a 90º, sendo por isso hidro- e oleofílica. Após o tratamento com Dynasylan®, os protótipos dessas luvas obtiveram ângulos de contacto com água de 159º na parte têxtil (costas da mão) e de 140º na zona com revestimento polimérico (palma da mão). Para o diiodometano, os ângulos de contacto foram de 129º nas costas e 122º na palma. Estudou-se também o processo produtivo das luvas para introdução de um novo estágio na linha de produção para incluir um tanque com solução aquosa de Dynasylan®. Os melhores resultados foram alcançados quando o Dynasylan® foi introduzido após a etapa de leaching e antes da vulcanização das luvas. Assim, esta etapa de vulcanização será também aproveitada para a cura de Dynasylan®. Realizaram-se ainda testes de durabilidade do revestimento por este ser um filme à superfície, nomeadamente o estudo de resistência à lavagem e o teste de abrasão (EN388:2005). Os protótipos mantiveram o seu revestimento repelente a água e óleos após as 5 lavagens exigidas. Relativamente à abrasão nos testes realizados com água a repelência mantem-se até ao nível 2 (nível de rutura da luva original), mas nos testes com óleo a repelência perde-se ao fim de 100 ciclos (nível 1), apesar da luva permanecer íntegra até ao nível 4. O trabalho realizado nesta dissertação permitiu obter um revestimento hidro- e oleofóbico, pela tecnologia sol-gel, em luvas têxteis, tal como era esperado, mas, também, em luvas revestidas por polímero (acrilonitrilo butadieno ou poliuretano). Este revestimento pode ser facilmente reproduzido nas atuais linhas de produção da Ansell Portugal e ser usado em diversas referências de produtos. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,052 | Desenvolvimento de copolímeros de bloco para revestimentos de alto desempenho | Tintas de base aquosa,Copolimeros,Dióxido de titânio,Brilho,Revestimento,Water borne paints,Copolymers,Titanium dioxide,Brightness,Coating | Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de copolímeros de bloco como dispersantes poliméricos, com o intuito de dispersar partículas de TiO2 na formulação de tintas de base aquosa. Os copolímeros de bloco foram sintetizados por técnicas de RDRP mais precisamente ATRP, visto ser uma técnica eficiente na polimerização de copolímeros de bloco, em que se consegue que estes sejam sintetizados de forma controlada. Os copolímeros de bloco sintetizados foram o PAA-b-PDMAEMA e PAA-b-P4VP, sendo que estes segmentos foram os escolhidos, uma vez que o PAA está muito bem documentado na literatura como um bom estabilizador electroestático, e os segmentos PDMAEMA e P4VP já foram alvo de estudo como segmentos de outros copolímeros de bloco para aplicação de dispersantes de partículas de TiO2. No entanto o importante é conseguir garantir uma estabilização eficaz das partículas, o que faz com que seja necessário ter um segmento que provoque interações electroestáticas (PAA) e um bloco que seja capaz de conseguir ancorar à superfície das partículas de TiO2 revestida com alumina, que é o caso do PDMAEMA ou P4VP. Após a síntese dos copolímeros de bloco, estes foram introduzidos numa suspensão aquosa com partículas de TiO2, onde foram avaliados através de diferentes técnicas como DLS, Potencial Zeta e Reologia. A avaliação de alguns copolímeros numa formulação de tintas de base aquosa foi também realizada. Da apreciação dos resultados obtidos nas diferentes técnicas, conclui-se que o copolímero que apresentou piores resultados em DLS, Potencial zeta e reologia foi a amostra PAA67-b-P4VP21, e as amostras que apresentaram resultados mais promissores foram o PAA23-b-P4VP40 e o PAA80-b-P4VP76. Os copolímeros com os segmentos de PAA-b-PDMAEMA foram testados na formulação de tintas. Embora apresentassem bons resultados em DLS, Potencial Zeta e reologia, quando testados no filme de tinta apenas dois conseguiram passar a fase preliminar de testes. Os copolímeros que passaram à fase seguinte, PAA80-b-PDMAEMA33, PAA24-bPDMAEMA11, apresentaram bons resultados no que diz respeito a parâmetros CIELab, brilho e razão de contraste quando comparados com o dispersante disponível comercialmente (Additol VXW 6200). No entanto, quando foram efetuados testes de estabilidade pela Resiquímica, estes demonstraram problemas respeitante à viscosidade, chegando mesmo uma das amostras (PAA24-b-PDMAEMA11) a gelificar. O desempenho dos copolímeros sintetizados, PAA23-bP4VP40 e PAA80-b-P4VP76 , nos testes feitos foi considerado promissor, sendo que, numa fase posterior, é pertinente avaliar os benefícios da adição destes numa formulação de tinta. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,053 | Revestimento e reforço de aerogéis à base de sílica com elastómeros | Aerogéis de sílica,reforço mecânico,redução de pó,MTMS,polisiloxano;Silica aerogels,mechanical reinforcement,particle shedding,MTMS,polysiloxane. | Este trabalho teve como objetivo incorporar polisiloxanos na rede do xerogel/aerogel à base de sílica produzido a partir do MTMS (metiltrimetoxisilano), reforçando-o mecanicamente para reduzir a libertação de pó característica destes materiais. Para tal, foram implementadas três estratégias tendo sempre por base a tecnologia sol-gel. A primeira baseou-se na síntese do xerogel e seu posterior revestimento com o elastómero PDMS (polidimetilsiloxano) por dip coating. A segunda e terceira estratégias consistiram na adição dos co-precursores HTPDMS (polidimetilsiloxano com terminação hidroxilo) e DMDMS (dimetildimetoxisilano), respetivamente, ao sistema precursor com MTMS. O DMDMS pode ser visto como um monómero do PDMS e o objetivo com a sua utilização seria obter cadeias de polidimetilsiloxano no interior do gel. O HTPDMS, por sua vez, funciona como aditivo de reforço da rede de sílica. Na aplicação do revestimento de PDMS, de forma a diminuir a sua viscosidade, foi utilizado o solvente ciclo-hexano. Testaram-se várias concentrações de PDMS no solvente, de forma a diminuir a espessura do filme formado e, consequentemente, a massa volúmica bulk do xerogel revestido. No que diz respeito à adição de HTPDMS e DMDMS como co-precursores, foram testadas várias razões molares MTMS/HTPDMS e MTMS/DMDMS, assim como diferentes razões solvente/precursor, e ainda o recurso ao surfactante CTAB. Inicialmente, na etapa final da tecnologia sol-gel utilizou-se secagem evaporativa, mas numa fase posterior passou-se para uma extração com CO2 supercrítico, de forma a remover o surfactante adicionado. A avaliação da massa volúmica bulk, monoliticidade e observação da quantidade de sobrenadante presente nos géis foram os aspetos chave de seleção das amostras mais promissoras para uma posterior análise/caracterização mais detalhada. Os espectros de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) permitiram constatar que, relativamente aos xerogéis revestidos, as bandas vibracionais originadas por amostras do interior do xerogel revestido eram semelhantes às resultantes de um xerogel não revestido. Já os espectros referentes à superfície das amostras revestidas apresentaram elevada similaridade com um espectro típico de PDMS. Foi possível confirmar, recorrendo à microscopia eletrónica de varrimento (SEM), que de facto o PDMS ficou apenas na superfície da amostra, como era pretendido. As imagens de SEM permitiram ainda concluir que a amostra produzida com maior diluição de PDMS aparenta ter um revestimento pouco coeso e com fraca adesão às partículas mais interiores. Para os sistemas precursores MTMS/HTPDMS e MTMS/DMDMS, a análise de FTIR permitiu confirmar a presença dos co-precursores pela maior intensidade das bandas de vibração relativas às ligações C-H e Si-R. A análise SEM também permitiu verificar que a adição de HTPDMS provoca o crescimento das partículas secundárias de sílica, adquirindo o gel uma estrutura menos rendilhada, o que evita a libertação de pó. Na adição de DMDMS, a estrutura passa a apresentar partículas de forma cúbica, que se ligam numa espécie de “ponte”, a unir partículas esféricas da rede do gel. Estas unidades paralelepipédicas indicam que o DMDMS favorece a formação de sílica semelhante às estruturas poliédricas oligoméricas de silsesquioxanos. A elevada hidrofobicidade conferida pelos grupos metilo não hidrolisáveis do MTMS e pelos grupos metilo do polisiloxano foi confirmada pela medição do ângulo de contacto às amostras dos diferentes sistemas. O ângulo de contacto variou entre 130º e 150º. Em termos de condutividade térmica, a amostra referente ao sistema precursor MTMS/HTPDMS possui uma maior capacidade isolante (0,039 0,001 W m-1 K-1), quando comparada com as restantes. Nos xerogéis com revestimento, observou-se que o revestimento induzia um aumento desta propriedade em relação ao xerogel sem revestimento (0,042 0,001 W m-1 K-1), entre 0,047 e 0,053 W m-1 K-1 para a amostra com menor e maior quantidade de PDMS, respetivamente. No que se refere à caracterização mecânica das amostras revestidas com PDMS, apenas a amostra revestida com menor quantidade de PDMS sofreu rutura, tendo as outras retomando a sua forma inicial. Comparativamente com a amostra de referência não revestida, as amostras revestidas possuem menor flexibilidade, mas maior resistência à compressão. A adição de HTPDMS ao MTMS revelou-se ser uma via muito promissora, possibilitando a combinação perfeita entre boa flexibilidade e resistência à compressão. Para finalizar, no teste de inspeção visual de libertação de pó é notório que efetivamente os revestimentos conseguem eliminar por completo a libertação de pó, qualquer que seja a quantidade de PDMS utilizada. Contudo, esta via conduz a um aumento significativo da massa volúmica bulk, de cerca de 90 kg/m3, na mostra sem revestimento, para aproximadamente 150 kg/m3 nas amostras com menor concentração de PDMS no revestimento. Relativamente aos sistemas de adição de co-precursores, a adição de HTPDMS revelou-se uma opção bastante eficaz na diminuição da libertação de pó, relativamente à formulação derivada de MTMS e também em relação aos materiais obtidos com o sistema MTMS/DMDMS. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,057 | Dissolução selectiva da biomassa lenhocelulósica com misturas de baixa temperatura de transição vítrea ou eutética | Líquidos de BTE/BTTV,Pré-tratamento,biomassa lenhocelulósica,biorefinaria,recursos renováveis,sustentabilidade,DES / LTTMs,pre-treatment,lignocellulosic biomass,biorefinery,renewable resources,sustainability | O desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em recursos renováveis (em particular, a biomassa lenhocelulósica) têm o potencial de conduzir a transformações económicas, sociais e ambientais com impacto favorável na sociedade. O pré-tratamento da biomassa lenhocelulósica com líquidos de baixa temperatura eutéctica/baixa temperatura de transição vítrea (líquidos de BTE/BTTV) surgiu recentemente como um pré-tratamento para a remoção selectiva da lenhina, numa forma próxima da lenhina original, permitindo a sua valorização. Os líquidos de BTE/BTTV são mais baratos e, na generalidade, são renováveis e menos poluentes que os solventes mais utilizados na valorização da biomassa. O estudo efectuado neste trabalho começou com a dissolução de madeira de Eucalipto (Eucalyptus globulus) em diferentes líquidos de BTE/BTTV, nomeadamente, (i) os líquidos [GC 20:1], [GC 100:1] (líquidos compostos por glicerol e cloreto de colina, razão molar 20:1 e 100:1, respectivamente), (ii) os líquidos [GCP 20:1] e [GCP 100:1] (líquidos compostos por glicerol e carbonato de potássio, razão molar 20:1 e 100:1, respectivamente) e (iii) os líquidos [LCCETMA 5:1], [LCCETMA (1) 5:1] e [LCCETMA (2) 5:1] (líquidos compostos por ácido láctico (≥98, 80 e 95%, respectivamente) e cloreto de (2-cloroetil) trimetilamónío, razão molar 5:1). A madeira de eucalipto utilizada neste trabalho continha um teor total de lenhina de 25,3%. Os líquidos [GCP 20:1] e [GCP 100:1] foram os que apresentaram maiores rendimentos de dissolução (14,7 e 18,5% , respectivamente); contudo, não mostraram ser selectivos para a lenhina, tendo dissolvido apenas 0,8% e 1,4% de lenhina. Por outro lado, os líquidos [LCCETMA 5:1], [LCCETMA (1) 5:1] e [LCCETMA (2) 5:1], apesar de terem apresentado rendimentos de dissolução mais baixos (11,5, 8,9 e 9,5%, respectivamente), mostraram ser mais selectivos para a lenhina, dissolvendo 7,8, 4,3 e 5,6%, respectivamente). Por fim, os líquidos [GC 20:1] e [GC 100:1] apresentaram rendimentos de dissolução baixos (7,9 e 8,3%, respectivamente) e não foram selectivos para a lenhina. Dos líquidos estudados, conclui-se que o [LCCETMA (2) 5:1] é o mais selectivo para a lenhina e de baixo custo e o líquido [GCP 100:1] é o que permite obter maior rendimento de dissolução de madeira. Realizou-se posteriormente a dissolução de três espécies de madeira diferentes, Mimosa (Acacia dealbata), Giesta (Cytisus sp.) e Silva (Rubus sp.), nos líquidos seleccionados, [GCP 100:1] e [LCCETMA (2) 5:1]. Estas madeiras continham, respectivamente, 26,5 , 22,5 e 29,6% de lenhina. Ao contrário do que sucedeu com as outras espécies, a dissolução da madeira de Mimosa nestes líquidos mostrou ser muito selectiva para a lenhina. De facto, o líquido [GCP 100:1] permitiu dissolver 8,4% desta madeira, correspondendo 7,7% a lenhina dissolvida; por sua vez, a dissolução com o líquido [LCCETMA (2) 5:1] apresentou um rendimento de 9,9%, sendo 8,8% lenhina dissolvida. Por último foram efectuadas dissoluções da madeira de Mimosa com os mesmos líquidos [GCP] e [LCCETMA(2)] mas com diferentes razões molares com o objectivo de perceber a influência da razão molar na selectividade para a lenhina. Nos líquidos [GCP], o aumento da proporção de glicerol de (20:1) para (200:1), (líquidos [GCP 20:1] e [GCP 200:1]) permitiu aumentar em cerca de 11% o teor de lenhina dissolvida. Por sua vez, na dissolução da Mimosa com o líquido [LCCETMA (2)], ao aumentar a proporção de ácido láctico de (5:1) para (10:1) (líquido [LCCETMA (2) 5:1] e [LCCETMA (2) 10:1]), a quantidade de lenhina dissolvida aumentou 5,6%. Na tentativa de precipitar a lenhina dissolvida nos líquidos de BTE/BTTV obtiveram-se rendimentos de precipitação relativamente baixos. Por exemplo, ao utilizar a água como anti-solvente, o rendimento de precipitação máximo foi de 45%. É então necessário prosseguir estudos nesta área para melhorar este desempenho. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,061 | Funcionalização de celulose e sílica através de modificação química de superfície | Funcionalização,Celulose,Silica,Excerto,Superfície,Functionalization,Cellulose,Silica,Grafting,Surface | Este estudo tem como objetivo a modificação de superfície de celulose e sílica hidrofílicas no sentido da introdução de novas funcionalidades pelo método de grafting. O processo compreende três etapas distintas: ativação, formação de iniciadores na superfície e polimerização da superfície do material. A etapa inicial de ativação é realizada pela reação entre o material a modificar e TDI, sendo que um dos grupos NCO do TDI se liga à estrutura da celulose ou da sílica e o outro permanece livre. A análise dos espetros de FTIR para ambos os materiais mostra a banda do NCO livre aos cerca de 2260 - 2270 cm-1, o que indica que a ativação da superfície foi alcançada com sucesso. No entanto, para a celulose foi preciso recorrer a um maior número de técnicas de caracterização de superfície para comprovar o sucesso da etapa. A medição do valor de ângulo de contato mostra que a superfície se torna mais hidrofóbica após a primeira etapa e a análise por TGA também indica diferenças na celulose que reage com TDI. A segunda fase do estudo consiste em induzir processos de polimerização na superfície do material ativado fazendo-o funcionar como um macroiniciador. Esta etapa é realizada pela reação do material ativado com hidroperóxido de tetra butilo (TBHP). Para a sílica, a banda correspondente à ligação carbamato que se forma é visível no espetro de FTIR aos 1732 cm-1. O mesmo não acontece no caso da celulose, em que a banda correspondente ao NCO livre diminui mas não se visualiza a banda da ligação carbamato. A segunda etapa do processo foi ainda executada fazendo reagir a amina 1,6-diaminohexano (HMDA) com o material ativado o que origina uma ligação ureia. Esta ligação é visível no espetro de FTIR para a sílica por volta dos 1680 cm-1, no entanto para a celulose a banda também não é percetível. Após a segunda etapa utilizando a sílica como macroiniciador fez-se a polimerização usando dois monómeros diferentes: acrilato de metilo e NIPAM. A polimerização da superfície da celulose foi realizada usando apenas o monómero acrilato de metilo. Por FTIR obtêm-se evidências de que ocorreu polimerização na superfície de ambos os materiais. Os objetivos deste estudo foram conseguidos, contribuindo para o desenvolvimento de técnicas de modificação química de superfície e para se puder substituir materiais de origem fóssil por materiais menos prejudiciais ao ambiente. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,065 | Optimização da lavagem alcalina do mononitrobenzeno | Mononitrobenzeno,DNF,TNF,lavagem alcalina,extração reativa,modelo estatístico,Mononitrobenzeno,DNP,TNP,alkaline washing,reactive extraction,statistical model. | O desenvolvimento de modelos estatísticos de previsão da extracção de nitrofenóis na lavagem alcalina do processo de produção de mononitrobenzeno (MNB) na fábrica da CUF-QI em Estarreja foi o objetivo deste trabalho. Na maioria das empresas o MNB é obtido por nitração adiabática do benzeno. Reações secundárias levam à formação dos subprodutos dinitrofenol (DNF) e trinitrofenol (TNF). Estes, bem como matérias-primas não convertidas, devem ser removidos para garantir que as especificações do MNB são cumpridas. Para tal, várias separações são utilizadas com extrações líquido-líquido que tomam o nome de lavagem. Esta dá-se em dois passos: uma extração ácida, que remove ácidos minerais, seguida de uma extração reativa alcalina, onde os NF são eliminados. Esta extração alcalina foi o foco deste trabalho. Um levantamento da tecnologia disponível atualmente para a purificação do MNB, bem como o equipamento e as técnicas de tratamento de efluentes com DNF e TNF é aqui apresentado. Os modelos estatísticos construídos para a lavagem alcalina do MNB foram baseados em dados experimentais recolhidos previamente por Cardoso (2013) e Fuentes (2014). Ambos estudaram a influência das variáveis de entrada e das condições operatórias na extração do dinitrofenol e do trinitrofenol do MNB nos lavadores alcalinos na fábrica da CUF-QI. Os dados disponíveis foram utilizados para construir modelos distintos, um para cada subproduto. O processo de extração foi traduzido por meio de modelos estatísticos para os coeficientes de partição entre duas fases líquidas. Ferramentas de análise exploratória de dados para processamento de dados permitiram, numa primeira etapa, retirar informações e evidenciar tendências e regressores de entre as condições de operação da lavagem alcalina. Posteriormente, diferentes modelos foram construídos recorrendo ao método dos mínimos quadrados com seleção de variáveis por stepwise e através do método dos mínimos quadrados parciais (PLS). O modelo para o coeficiente de partição do DNF mostrou que T * , NH3 * , (T·NH3 ) * e (TNFFA·NH3 ) * são os regressores mais influentes. Para o coeficiente de partição do TNF foram selecionados dois modelos designados B e C. No modelo B os regressores que mais influenciam a operação são DNFFO * , DNFFA * , (T·DNFFA) * e (DNFFA·TNFFA) * . Quanto ao modelo C, que prevê o inverso do coeficiente de partição do TNF, os regressores mais expressivos são NH3 * e o seu quadrado e (NH4)2CO3 * e a sua raiz quadrada. A validação externa dos modelos com dados recolhidos nos lavadores da fábrica confirmou a capacidade de previsão dos modelos. Sugere-se que esta validação seja complementada com um conjunto de amostras que também inclua a operação do primeiro lavador. Uma análise de sensibilidade aos modelos validou informação dos estudos anteriores. Verificouse que para a previsão do coeficiente de partição do DNF em determinadas regiões da gama de aplicabilidade da razão água/MNB e fração de agente alcalino (NH3 ) o modelo exibe um comportamento diferente da restante gama. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,067 | Preparação de Bioadesivos a partir de ácido láctico | Bioadesivos,poli (ácido lático),Laromer® LR 9000,fotoreticulação,biodegradabilidade,biocompatibilidade,cirurgia,cicatrização,Bioadhesives,Poly(lactic acid),photocrosslinking,Laromer® LR 9000,biodegradability,biocompatibility,surgery,healing | Bioadesivos apresentam-se como ferramentas de valor indubitável no tratamento e regeneração de tecidos orgânicos lesados. Ao longo dos anos, têm vindo a revolucionar em cirurgia, procurando ser úteis em processos de cicatrização de feridas incisas. Como principais vantagens destaca-se a redução do trauma sobre os tecidos e a rapidez e o maior conforto na aplicação. Terminado o tratamento, e dependendo da sua biodegradabilidade, poderão soltar-se ou ser absorvidos pelo organismo. Existem no mercado alguns adesivos aprovados pela FDA de origem sintética ou natural para diferentes aplicações clínicas, contudo as suas limitações restringem a utilização por parte dos profissionais. A toxicidade de alguns subprodutos e o fraco desempenho mecânico comprometem a eficácia dos tratamentos, sendo imprescindível a investigação e o desenvolvimento de novos adesivos que sejam biocompatíveis e bioabsorvíveis. Polímeros biodegradáveis, sintéticos ou naturais, com grupos terminais fotoreticuláveis têm demonstrado ser promissores e úteis em aplicações in situ. Um dos polímeros mais usados na área biomédica explorado na preparação de suturas cirúrgicas, scaffolds e sistemas de libertação controlada de fármaco é o poli (ácido lático) (PLA). Recentemente foi avaliada a potencialidade do ácido lático na produção de bioadesivos para aplicações biomédicas, partindo de um polímero de baixo peso molecular funcionalizado com ligações de carbono duplas pelos monómeros anidrido metacrílico (MAA) e metacrilato de 2- isocianoetilo (IEMA). Após adição de um fotoiniciador biocompatível (Irgacure 2959), a fotoreticulação permitiu a produção de filmes flexíveis e uniformes considerados promissores em contexto clínico. Nesta dissertação pretendeu-se explorar a síntese desses adesivos com base nos protocolos experimentais, complementando a sua caracterização com particular relevância para a viabilidade de utilização em cirurgia. Além destes métodos de funcionalização, foram testados novos monómeros na modificação do oligómero, com o objetivo de ampliar a gama de bioadesivos. O Laromer LR 9000 (LAR) e o 3- isopropenil-, dimetilbenzil isocianato (TMI) (ambos da família dos isocianatos) foram as moléculas escolhidas. Na modificação do pré-polímero com o monómero LAR foram testadas duas proporções estequiométricas, sendo a de 1:1 a mais promissora. Todos os pré-polímeros sintetizados deram origem a filmes de aspeto homogéneo com tempos de reticulação iguais ou inferiores a 2 minutos, excetuando o caso do TMI que foi afastado do estudo por só ter reticulado termicamente. A análise ATR-FTIR permitiu acompanhar o sucesso das reações de funcionalização e fotoreticulação. Para os materiais sintetizados foram avaliadas propriedades químicas, físicas, térmicas, mecânicas e biológicas. Os resultados obtidos indicam que todos os adesivos produzidos apresentaram uma capacidade de absorção de água moderada, dependente do pH do meio, do monómero funcional utilizado e do grau de reticulação das matrizes. A técnica SEM permitiu verificar que os materiais apresentavam estruturas coesas, uniformes e compactas. Para o adesivo de PLA modificado com LAR na proporção de 1:1 (PLALAR1: 1), a variação do tempo de irradiação UV conduziu a um aumento na porosidade do material. A análise TGA mostrou que os materiais são termicamente mais estáveis após fotoreticulação, com estabilidade à temperatura fisiológica e exibindo temperaturas de degradação de 205 a 251ºC. A técnica DSC permitiu verificar que a temperatura de transição vítrea de todos os pré-polímeros no estado líquido é negativa, logo favorável ao processo de fotopolimerização, sendo superior nos polímeros reticulados. A técnica DMTA permitiu também identificar as transições térmicas nestes materiais. Todos os adesivos demonstraram ser hidroliticamente instáveis quando incubados em PBS, em função do estado de reticulação das matrizes, do monómero funcional utilizado e da capacidade de absorção de água. Esta instabilidade permitiu concluir que os materiais são biodegradáveis, com potencial de absorção pelo organismo. Nos estudos de adesão in vitro verificou-se que todos os polímeros aderiram eficazmente ao substrato, com exceção de um produto. A energia de superfície de todos estes bioadesivos é inferior às das superfícies alvo (pele e sangue), o que permitiu concluir que serão capazes de aderir quando implantados no organismo. Nos ensaios de hemólise registou-se um carácter hemolítico, pelo que se sugere a realização de novos testes. Todavia os materiais apresentaram um carácter trombogénico, extremamente útil no processo de coagulação e cicatrização tecidual. Os estudos de viabilidade celular permitiram finalmente concluir que o melhor produto foi o PLA-LAR1:1, com valores de viabilidade celular acima de 85% nos tempos de incubação mais longos, pelo que se considerou biocompatível. O estudo da adesão bacteriana revelou que a maioria dos materiais apresentou características bactericidas, úteis na minimização de infeções. Face os resultados pode-se concluir que os adesivos de PLA sintetizados apresentam características promissoras para utilização em cirurgia. Em alguns casos serão necessários novos testes de caracterização biológica para confirmar a biocompatibilidade. De entre todos, o PLA-LAR1:1 teve o melhor desempenho em todas as propriedades avaliadas, considerando-se extremamente útil nas aplicações pretendidas. O Laromer LR 9000, que até ao momento nunca esteve associado à área médica, poderá vir a ter um futuro muito promissor em diferentes contextos clínicos quando associado ao PLA ou a outros biopolímeros. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,068 | Distribuição de nitrofenóis em nitrobenzeno-água | Mononitrobenzeno,DNF,TNF,Água,Razão de distribuição,Concentração,Temperatura,pH,shake-flask,mononitrobenzene,DNP,TNP,Water,distribution ratio,Concentration,temperature,pH,shake-flask. | Uma das últimas etapas do processo industrial de produção mononitrobenzeno (MNB) consiste na extração dos subprodutos da reação, 2,4-dinitrofenol (DNF) e 2,4,6- trinitrofenol (TNF), para aumentar a pureza do MNB. O efluente aquoso da extração alcalina, contendo estes nitrofenóis (NFs) e seus sais, resultantes do processo de extração, é depois sujeito a um tratamento adequado. A informação disponível na literatura sobre a transferência destes nitrofenóis entre as duas fases do processo de extração é muito escassa ou mesmo inexistente. Assim, foi objetivo deste trabalho dar um primeiro contributo para a determinação das razões de distribuição destes compostos no sistema líquido-líquido MNB-água desmineralizada. Uma primeira etapa consistiu no desenvolvimento e validação de um procedimento para adaptar a metodologia shake-flask à determinação da razão de distribuição dos NFs no sistema líquido MNB-água desmineralizada tornando-a mais expedita e eficiente. Concluiu-se que 2 minutos de agitação e 60 minutos de decantação são condições adequadas para os ensaios, ao invés dos longos períodos referidos na literatura para o referido método. A realização do estudo da distribuição dos NFs no sistema MNB-água, recorreu a dois lotes de MNB com 99,96% e 99,99% de pureza. Os NFs foram dissolvidos na água em diferentes concentrações, isoladamente e em conjunto, para também avaliar a possibilidade de um dos solutos condicionar a razão de distribuição do outro. Foi estudada a influência da temperatura e o pH do meio. A transferência do DNF da fase aquosa para a orgânica, quando isolado, mostrou ser claramente dependente da pureza do MNB e mais elevada no sistema com um maior grau de pureza A razão de distribuição do DNF, DDNF, no sistema MNB - água desmineralizada foi avaliada partindo de concentrações iniciais de DNF entre 0,06 e 2,5 e apresentou duas gamas de valores: 0,003 a 4, no caso do MNB de menor pureza, e 60 a 32 para o MNB de maior pureza. A variação de DDNF com a concentração inicial não é linear e é muito significativa para concentrações iniciais superiores a 0,5. O efeito da pureza do MNB foi ainda mais acentuado quando os NFs foram introduzidos em conjunto no sistema. Na presença do TNF, a razão de distribuição DDNF, aumentou muito significativamente. A partir de concentrações iniciais de DNF e TNF de 1, o DNF atinge concentrações residuais na fase aquosa, sendo transferido para a fase orgânica, o que corresponde a DDNF muito elevada. No caso do TNF não foram observadas discrepâncias significativas na distribuição do soluto em função da pureza do MNB utilizado. O TNF apresentou menor afinidade com o MNB do que o DNF, o que se traduziu em valores da razão de distribuição muito inferiores aos obtidos para o DNF em sistemas análogos. A razão de distribuição do TNF, mostrou ser independente da pureza do MNB e da presença de DNF no sistema. A razão de distribuição aumenta gradualmente com a concentração inicial: é inferior a 1 para concentrações iniciais de TNF inferiores a 2,5,e não atinge valores superiores a 3. A gama de concentrações iniciais de TNF testadas atingiu as 13 unidades. Contudo, acima de 5, a transferência para a fase orgânica aumenta gradualmente e, de acordo com as gamas obtidas, a distribuição é mais significativa. Os ensaios realizados a diferentes temperaturas permitiram concluir que a temperatura não é um fator relevante na distribuição dos NFs, não se verificando alterações significativas no comportamento dos solutos. Apenas foi observado um ténue aumento da razão de distribuição quando a concentração do TNF é superior a 5. Para os sistemas MNB-água a diferentes valores de pH comprovou-se que a afinidade dos solutos para com a fase orgânica é de elevada ordem de magnitude a baixos valores de pH (meio ácido). A ,5 houve uma transferência praticamente total para o MNB, tanto do DNF como do TNF. Um aumento do pH favorece a afinidade dos NFs com a fase aquosa, obtendo-se valores da razão de distribuição reduzidos quando o pH é superior a 2,5. Esta influência do pH na distribuição dos solutos entre fases pode encontrar explicação no fato de estes serem compostos ionizáveis e um aumento do pH induzir a formação de sais, os nitrofenolatos, que apresentam uma maior afinidade com a fase aquosa do que com 2,5) a razão de distribuição varia entre 500 e 400; para o TNF apresenta valores significativamente inferiores, entre 60 e 115, também em meio de elevada acidez. Este trabalho permitiu identificar diferenças na distribuição dos dois nitrofenóis no sistema MNB-água, contribuindo para um melhor conhecimento das condições de equilíbrio neste sistema função da concentração dos solutos, da temperatura e do pH. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,070 | Desenvolvimento e caracterização de sistemas inteligentes para de libertação controlada: complexos 1polímero-lipossoma (CPL) | Lecitina de soja,CHO-PAA,sensivél ao pH,CPLs,Sistema de libertação controlada,soy-bean lecithin,CHO-PAA,pH-sensitive,PLCs,drug delivery system. | Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e caracterização de sistemas inteligentes para libertação controlada, baseados em complexos polímero-lipossoma (CPLs). O polímero hidrófilo selecionado foi o poli(ácido acrílico) (PAA) e a sua incorporação nos lipossomas foi obtida por modificação do mesmo com colesterol (CHO), que possui uma grande afinidade com as bicamadas lipídicas presentes. A síntese de CHO-PAA foi realizada por hidrólise do poli(acrilato de terc-butilo) (PtBA), com um peso molecular reduzido e uma baixa dispersividade, mediante a técnica de polimerização radicalar por transferência de cadeia (ATRP). O iniciador utilizado nas polimerizações foi o cholesteril-2-bromoisobutirato (CHO-Br), obtido através da esterificação do CHO com o Brometo de 2-bromoisobutirilo (2-BiB). Os polímeros selecionados foram incorporados nos lipossomas (LIP), de lecitina e estearilamina (LIP/ST), em momentos distintos e em diferentes razões polímero/fosfolípido (5, 10 e 20 %). Os CPLs formulados foram caracterizados em termos de diâmetro, polidispersividade, potencial zeta, perfil de libertação a 37 °C e pH 7, e eficiência de encapsulação. Os resultados obtidos demostraram que a incorporação de 10% de polímero contribui positivamente para a sua estabilização. Os CPLs com 10% de CHOPAA foram ainda reticulados (CPL/R) e avaliados através dos mesmos parâmetros, mostrando-se ainda mais estáveis. A encapsulação dos mesmos foi estudada de diferentes formas e depois de uma seleção criteriosa os CPLs finais foramainda estudados quanto à capacidade de libertação em diferentes meios de pH (2-12), viabilidade celular em células de leucemia humana aguda monocítica, e conservação. Os resultados revelaram que os CPLs e CPL/Rs possuem uma capacidade significativa de libertação em pH ácidos e básicos, não são tóxicos até uma concentração de 10 μM, e a melhor forma de conservação envolve a liofilização dos mesmos com a presença de uma molécula protetora durante o armazenamento. Os aspetos inovadores deste trabalho em relação ao que se pode encontrar na literatura residem no tipo de fosfolípido empregado, no iniciador, na forma de um dos catalisadores utilizados na síntese dos polímeros, e no método de reticulação do CHOPAA. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,071 | Caracterização da superfície de scaffolds para aplicação em engenharia de tecidos | Engenharia de tecidos,Scaffolds,Caracterização,Superfície,Alginato,Carboximetilcelulose,Cromatografia gasosa de fase inversa,Tissue engineering,Scaffolds,Characterization,Surface,Chitosan,Pectin,Alginate,Carboxymethylcellulose,Inverse gas chromatography | A engenharia de tecidos tem adotado diferentes estratégias que permitem a regeneração e o normal funcionamento de órgãos ou de tecidos. Uma das suas mais recentes estratégias consiste no desenvolvimento de estruturas tridimensionais, conhecidas por scaffolds, que suportam de forma temporária a adesão de células, permitindo a sua proliferação, diferenciação e produção de matriz extracelular, que conduzirá à formação do novo tecido. Este trabalho teve como principal objetivo a caracterização da superfície de scaffolds para aplicação em engenharia de tecidos, através de cromatografia gasosa de fase inversa (IGC), que permitiu obter diversos parâmetros não alcançados por outras técnicas. O interesse neste estudo advém das múltiplas interações que ocorrem entre o ambiente biológico e a superfície dos scaffolds quando implantados in vivo. Posto isto, foram preparados três scaffolds diferentes em forma de esponja, por complexação polieletrolítica entre o quitosano e outros polímeros naturais, nomeadamente, a pectina, o alginato e a carboximetilcelulose. A partir da análise de IGC foi determinado o valor da componente dispersiva de energia de superfície, [gsd], que permitiu avaliar o potencial dos complexos polieletrolíticos para estabelecerem forças de dispersão de London. Os resultados revelaram que o complexo polieletrolítico de quitosano-alginato é o mais propenso para estabelecer este tipo de forças, apresentando um valor de [gsd] de 47,8 mJ m-2 a 40ºC e o menos propenso, o complexo de quitosano-pectina ([gsd] = 34,9 mJ m-2 a 40ºC). Relativamente às características ácido-base, concluiu-se que todos os complexos polieletrolíticos evidenciam um comportamento anfotérico, mas essencialmente mais ácido do que básico de Lewis, uma vez que, o valor da componente específica do trabalho de adesão foi mais elevado com provas anfotéricas e básicas do que com a prova ácida. Adicionalmente, os scaffolds preparados foram também analisados quanto à sua porosidade através da técnica de porosimetria de intrusão de mercúrio, o que permitiu verificar a elevada porosidade destes materiais: foram obtidas porosidades de 84%, 98% e 96% para os complexos polieletrolíticos de quitosano-carboximetilcelulose, quitosano-alginato e quitosanopectina, respetivamente. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,072 | Estágio na Cimpor - Estudo do efeito de incorporação de aditivos nas propriedades reológicas e de desempenho do cimento | Cimento,clinquer,substituição,aditivo,parâmetro de processo;Cement,clinker,substitution,additive,process parameter | O cimento é o material de construção mais utilizado a nível mundial, constituindo-se como um ligante hidráulico, material fundamental para a infraestrutura da sociedade em todo o mundo. O processo de produção deste material tem uma pegada ecológica significativa resultante da grande utilização de energia, bem como da geração de GEE, o que faz com que a procura agressiva de medidas de mitigação de emissões de carbono seja considerada como imperativa para o futuro sustentável da indústria cimenteira. Como tal, a substituição parcial do clinquer por outro tipo de materiais, aditivos, apresenta-se como uma das principais formas de combater esta problemática. O presente trabalho enquadra-se num estágio curricular proposto pela CIMPOR, Indústria de Cimentos S.A., desenvolvido no seu Centro de Produção de Souselas (CPS). O seu principal objetivo centrou-se na identificação do parâmetro de processo que permite avaliar, da forma mais expedita possível, a presença de um determinado aditivo na constituição do cimento. Para tal, efetuou-se o estudo do efeito de incorporação do aditivo nas propriedades reológicas e de desempenho do cimento, i.e., propriedades químicas, físicas e mecânicas. Através da realização de moagens laboratoriais, foi possível recolher amostras das matérias-primas (calcário, clinquer e gesso) e do respetivo cimento resultante, tendo sido posteriormente realizadas diferentes substituições parciais de clinquer em massa (1, 2, 3, 4, 5 e 10%) pelo aditivo em estudo. Dos diferentes tipos de caracterização efetuados, à medida que se aumentou a incorporação do aditivo nas misturas de cimento, foi possível verificar, entre o Branco (Mistura de controlo) e a Mistura E (5% de substituição em massa), que: i) a perda ao fogo, a cal livre, os cloretos e o teor em CaO total e SO3 diminuíram 1, 5, 7, 5 e 5%, respetivamente; ii) o resíduo insolúvel e o teor em SiO2, Al2O3 e Fe2O3 aumentaram 237, 10, 15 e 11%, respetivamente; iii) a massa volúmica diminuiu 1.9%; o valor de Blaine e do resíduo de peneiração aumentaram 8.7 e 14.3%, respetivamente; iv) a distribuição granulométrica demonstrou que o aditivo possui uma maior percentagem de partículas finas na gama até 3μm; v) o valor de início e fim de presa e de expansibilidade diminuiu, cerca de 9, 8 e 75%, respetivamente; vi) o valor de espalhamento das pastas e argamassas aumentou 3 e 7%, respetivamente; vii) o principal parâmetro de controlo de qualidade do cimento, a resistência à compressão, revelou um crescimento menor nos primeiros estágios de cura (- 4%), enquanto em estágios finais se obtiveram valores similares aos da mistura de referência; viii) o ponto ótimo de substituição parcial de clinquer pelo aditivo situou-se entre as Misturas C e D (3 e 4%). Como forma de responder ao objetivo principal do trabalho, revelou-se promissor estudar o sistema ternário SiO2, Al2O3 e Fe2O3. Para tal foi efetuado um programa analítico, CIMADITIVO, que permitisse analisar quantitativamente este sistema, por pastilha prensada, num difratómetro de raios-X. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,073 | Bioconversão integrada de lamas celulósicas em etanol: alterações processuais para o aumento da produtividade | bioetanol,resíduos lenho-celulósicos,aumento de escala: sacarificação e fermentação em simultâneo,bioethanol,lignocellulosic waste,scale-up,simultaneous saccharification and fermentation | Nas últimas décadas, a temperatura média global tem vindo a crescer devido à alteração da composição atmosférica resultante da queima dos combustíveis fósseis. De forma a reduzir a poluição ambiental e o consumo de petróleo, têm sido estudado diversos combustíveis alternativos, como o bioetanol. O bioetanol consiste no biocombustível mais utilizado no sector dos transportes, sendo a sua produção a partir de resíduos lenho-celulósicos uma das mais promissoras devido à sua abundância e baixo custo. No presente trabalho foram utilizados resíduos da indústria da pasta e papel como matéria-prima para a produção de bioetanol, tirando partido da fracção de hidratos de carbono (HC). Foram realizados diversos ensaios em que se estudou a possibilidade de aumentar a concentração de etanol obtida através do aumento da consistência da mistura reaccional. Os ensaios realizados de hidrólise e fermentação em simultâneo (SSF), utilizando a S. cerevisiae ATCC 26622 e o extrato enzimático NS 22192 (15 FPU/gHC), permitiram atingir uma concentração máxima de etanol de 52 g/L (partindo de 126,5 g/L de HC com 15,6% consistência) e 70,5 g/L (partindo de 174,5 g/L de HC com 28,2% consistência) para as lamas primárias das Fábrica 1 e 2, respetivamente. Posteriormente, realizaram-se ensaios em que se estudou o aumento de escala, desde um balão de erlenmeyer de 250 mL até um bioreator agitado de 5 L, utilizando como critérios de scale-up o número de Reynolds constante ou a velocidade periférica do agitador constante. Dentro dos ensaios SSF com as lamas primárias da Fábrica 2, usando uma consistência de 22% e 136,4 g/L de HC, obteve-se uma concentração máxima de etanol de 59,1 g/L e 54,5 g/L para o balão de erlenmeyer e o bioreator de 5L (com um volume útil de 2,5 L), respetivamente. Os objetivos inicialmente propostos foram bem-sucedidos, tendo sido possível tanto o aumento da concentração de etanol como o aumento de escala. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,075 | Incorporação de nanopartículas em poliésteres de base natural | Compósitos,Nanopartículas,Poliésteres,Biopolímeros,Poliéster insaturado,Composites,Nanoparticles,Polyesters,Biopolymers,Unsaturated Polyester | O principal objetivo deste trabalho prende-se com o melhoramento das propriedades de resinas de poliésteres insaturados (UPRs) através da incorporação de nanopartículas. Foram desenvolvidas UPRs a partir de poliésteres insaturados (UPs) sintetizados com monómeros de origem renovável e, tendo-se substituído parcialmente o estireno por reticulantes de base natural (RBN), preparados ao longo do trabalho. Diferentes nanopartículas (nanoargila (MMT), nanosílica (NS) e carbonato de cálcio nanoprecipitado (NPCC)) foram depois adicionadas às UPRs e a sua influência nas propriedades termomecânicas das mesmas foi avaliada. Os UPs e os RBN foram caracterizados quimicamente (FTIR, 1H RMN) e termicamente (TGA, DSC, DMTA). Relativamente aos nanocompósitos, estes foram caracterizados em termos de teor em gel e propriedades termomecânicas, avaliadas por análise dinâmica termomecânica (DMTA). Os resultados da análise química mostraram que tanto os UPs como os RBN foram sintetizados com sucesso. Nos UPs, verificou-se que a alteração de um dos monómeros na formulação não afeta significativamente a sua estabilidade térmica e observou-se que estes são estáveis até cerca de 200ºC. Para os RBN, verificou-se a sua estabilidade térmica até valores entre os 150 e os 170ºC. No desenvolvimento dos nanocompósitos sem RBN, constatou-se que a incorporação dos aditivos nanométricos não adicionou mudanças significativas às suas propriedades termomecânicas, sendo a Tg da UPR1 e respetivos nanocompósitos de 100ºC e da UPR2 e respetivos nanocompósitos de 60ºC. Quanto aos nanocompósitos desenvolvidos com os RBN, verificou-se um aumento no valor da Tg com a adição das nanopartículas. Relativamente ao módulo de elasticidade, no geral, observou-se que a incorporação das nanopartículas aumentou a elasticidade dos nanocompósitos. Verificou-se que os nanocompósitos desenvolvidos com o poliéster UPT1 foram os que apresentaram melhores propriedades termomecânicas. Em relação às nanopartículas incorporadas, devido à semelhança de resultados não foi possível concluir qual a que induz melhores propriedades aos poliésteres em estudo. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,078 | Preparação de um sistema de libertação controlada de um fármaco para aplicação em oftalmologia | Oftalmologia,Quitosano,Ácido lático,Dexametasona,Nanopartículas,Libertação controlada de fármacos,Ophthalmology,Chitosan,Lactic acid,Dexamethasone,Nanoparticles,Controlled drug release. | A administração oftálmica de fármacos é maioritariamente realizada na forma de colírios. Estes sistemas são ineficientes pois requerem aplicações frequentes, conduzem a perdas significativas de fármaco (cerca de 95%) e podem causar efeitos secundários. Para aumentar a eficiência e reduzir os efeitos secundários, tem-se procurado desenvolver sistemas de libertação controlada de fármacos sob a forma de lentes de contacto ou inserções oculares, ambas carregadas com fármaco. Estes sistemas apresentam-se promissores, uma vez que o tempo de contacto com o olho é prolongado e a perda de fármaco é minimizada. Neste trabalho, foram preparados várias membranas de base quitosano, tendo sido selecionadas duas delas para o desenvolvimento de sistemas de libertação controlada de um fármaco: membranas de quitosano/poli(álcool vinílico) reticuladas com glioxal (CS/PVA) e membranas de quitosano modificado com ácido lático e de PVA, reticuladas com glioxal(CSLA/ PVA). Estas membranas foram caracterizadas por refratometria, goniometria de ângulos de contacto, transmitância e análise termomecânica dinâmica (DMTA). Os resultados da caracterização demonstraram que a membrana de CS/PVA reticulada com glioxal foi a que apresentou propriedades mais adequadas à sua utilização como lente de contacto. Nelas foi incorporado o fármaco anti-inflamatório 21-fosfato dissódico de dexametasona, por oclusão e por soaking. Quando o fármaco foi incorporado por oclusão, os resultados mostraram que equilíbrio foi atingido mais cedo para a membrana de CS-LA/PVA do que para a membrana de CS/PVA, libertando esta última mais fármaco. Já na incorporação por soaking, a libertação foi igualmente rápida mas as membranas de CS/PVA e de CS-LA/PVA apresentaram um perfil de libertação semelhante. Adicionalmente, prepararam-se nanopartículas de quitosano-poli(ácido acrílico) (CS/PAA) e micropartículas de silicone, adicionando-as às membranas de CS/PVA reticuladas com glioxal durante a sua preparação. Determinou-se o tamanho das partículas e a sua morfologia e estudou-se a libertação de duas formas do fármaco. Para o sistema contendo micropartículas de silicone foi estudada a libertação de dexametasona, enquanto que para o sistema com nanopartículas de CS/PAA fez-se uso de 21-fosfato dissódico de dexametasona. A libertação de fármaco a partir da membrana com micropartículas de silicone apresentou um perfil muito irregular na fase inicial. A membrana com nanopartículas de CS/PAA, com fármaco incorporado por oclusão, apresentou um perfil com duas libertações, enquanto que na membrana com fármaco incorporado por soaking e ocluso nas nanopartículas, o perfil obtido apresentou uma libertação mais lenta e uma maior quantidade de fármaco libertada em relação à membrana de CS/PVA sem partículas. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,079 | Remoção de contaminantes emergentes da água integrando processos baseados em ozono e nanofiltração | Contaminantes emergentes,Fármacos,Sulfamethoxazol,Diclofenac,Nanofiltração,Ozonólise,Emerging Contaminants,Pharmaceuticals,Sulfamethoxazole,Diclofenac,Nanofiltration,Ozonation | Nos últimos anos, tem existido uma grande preocupação acerca da presença de contaminantes emergentes no meio ambiente. Entre esses compostos, os fármacos têm recebido especial atenção devido ao seu potencial impacto na saúde humana e no ambiente mesmo em níveis vestigiais. Este tipo de compostos são tóxicos e bio-refratários e a sua imprópria deposição nos esgotos devido a atividades domésticas e industriais diminui a eficiência dos processos convencionais de tratamento biológico. Este facto tem contribuído para a sua ocorrência no meio aquático atingindo também as águas de consumo humano. Uma melhoria global da qualidade da água é imperativa por forma a diminuir a exposição de organismos vivos a estes contaminantes. Neste contexto, tecnologias como Nanofiltração e Ozonólise, aparentam ser métodos atrativos para a remoção destas moléculas, como alternativa aos processos biológicos. No entanto, não existem muitos estudos usando estes processos para tratar misturas de diversos contaminantes. Face a isto, o objetivo deste trabalho é estudar a eficiência destes dois processos de forma separada e integrada no tratamento da mistura de dois fármacos: Sulfamethoxazol (SMX) e Diclofenac (DCF). Dois tipos de efluente foram usados neste trabalho: efluente sintético preparado com água destilada e efluente real usando água secundária de uma estação de tratamento de águas residuais municipal (ETAR). Os ensaios de Nanofiltração em descontínuo foram realizados num equipamento de filtração de membrana de folha plana, à escala laboratorial, com escoamento tangencial e em recirculação total. A membrana usada foi a Trisep TS-80, produzida em poliamida e com um cut-off entre 100 e 200 Da. As reações de ozonólise decorreram num reator de 0,5 L, agitado magneticamente (300 rpm) e em operação semidescontínua. Relativamente à integração, a sequência usada foi Nanofiltração seguida de Ozonólise. Para avaliar a eficiência de cada um dos processos forma realizadas análises de HPLC e CQO. Nas experiências de Nanofiltração foram obtidas retenções superiores dos poluentes para valores de pH elevados devido ao mecanismo de repulsão electroestática. Relativamente ao diferencial de pressão, na gama estudada (5-18 bar), esta variável apresentou um efeito reduzido. Sendo assim, as condições ótimas estabelecidas para este processo foram ΔP=10 bar e pH 6,87, as quais levaram a uma remoção praticamente total de CQO e uma rejeição global dos poluentes de 96%. No processo de ozonólise verificou-se que a adição de H2O2 ao reator e o aumento da sua concentração, bem como como da concentração de O3 levaram a maiores velocidades de degradação de CQO, ou seja permitiram uma mineralização mais rápida dos poluentes. No entanto, doses muito elevadas de H2O2 (10 mM) e de O3 (30 e 45 g Nm-3) provocaram a diminuição da eficiência do processo devido ao efeito scavenger e a um menor aproveitamento do O3, respectivamente. A utilização de catalisador Mn-Ce-O não apresentou um efeito significativo na degradação da carga orgânica do efluente, isto foi explicado pelo facto de o efluente se encontrar a pH 7 o que promoveu a repulsão eletrostática entre a superfície do catalisador e os poluentes inibindo assim a adsorção que constitui um passo fundamental para as reacções de superfície. Face a isto, as condições ótimas estabelecidas para este processo foram: uma concentração inicial de H2O2 de 5 mM, uma concentração de ozono à entrada do reator (CO3,in) de 20 g Nm-3 e a não utilização de catalisador. Nessa situação conseguiu-se uma redução de CQO de 91 % e uma degradação total dos poluentes iniciais após 45 minutos de reação (dose de ozono absorvida de 107 g m-3). A utilização de efluente real, isto é a presença de matéria orgânica natural teve uma influência negativa na eficiência devido à presença de uma grande quantidade de compostos orgânicos refratários. Na perspetiva de integração estudada, a Nanofiltração permitiu obter um permeado com um elevado grau de depuração tendo-se atingido os limites paramétricos da água de consumo humano, para os vários parâmetros analisados. Por sua vez, o retido após 120 minutos de tratamento por Ozonólise estava em conformidade com a legislação para ser descarregado nos recursos hídricos. Este estudo permitiu concluir que a Nanofiltração e a Ozonólise são tecnologias promissoras na remoção de misturas de fármacos de água e provaram ser métodos efetivos na redução de CQO e toxicidade destes efluentes contaminados. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,081 | Desenvolvimento de "artificial leather" de base celulósica | Revestimentos Têxteis,Pele Artificial (“Artificial Leather”),Aplicação Automóvel,Poliuretanas,Cura térmica,Fibras de Celulose,Química Verde,Textile Coatings,Artificial Leather,Car’s Application,Polyurethanes,Thermal Cure,cellulose Fibers,Green Chemistry | Define-se como revestimento têxtil a camada geralmente polimérica que reveste um substrato têxtil e lhe confere novas propriedades. Estas propriedades podem passar por tornalos mais flexíveis, resistentes, à prova de água, entre outras. A principal razão para que possam ser aplicados em áreas distintas é o facto de se poder criar e manipular materiais de acordo com as necessidades da sociedade. No dias de hoje, os polímeros mais utilizados em revestimentos são as Borrachas (naturais e sintéticas), o Poli(cloreto de vinilo), Polímeros Acrílicos e as Poliuretanas que revestem substratos como tecidos de algodão, poliésteres, nylon, aramidas entre outros. A pele sintética ou artificial é um material que resultou de um revestimento têxtil e permitiu ser usada como substituto da pele natural ou cabedal. No contexto deste trabalho pretendeu-se desenvolver um revestimento de pele artificial para aplicação em estofos de automóveis. No mercado atual, os dois tipos de pele artificial mais comercializado para esta aplicação é a chamada “leatherette” produzida a partir de PVC e a “porometric imitation leather” cuja base polimérica são poliuretanas. As poliuretanas apresentam vantagens em relação ao PVC por apresentarem respirabilidade, elevada estabilidade térmica e boas propriedades mecânicas. Encontrando-se este trabalho inserido também na área da Química verde, pretendeu-se introduzir fibras de celulose da indústria papeleira em formulações de materiais de base poliuretana que possam servir como revestimentos do tipo pele artificial. Prepararam-se formulações tendo como base a emulsão de poliuretana IMPRANIL DLN-SD e as fibras de celulose. Nessas formulações foi também incluído um surfactante, o Triton X100, de modo a melhorar o desempenho da emulsão. Foram preparadas formulações com diferentes concentrações de surfactante e fibras de celulose da pasta de papel branqueada. Foram também testadas fibras micronizadas. As formulações foram curadas termicamente por aumento gradual de temperatura até originarem filmes. A partir da análise dos materiais obtidos por ATR-FTIR foi comprovada a formação da poliuretana. Todos os filmes com fibras celulósicas apresentaram-se homogéneos, muito flexíveis, brilhantes, parcialmente transparentes, lisos, com boa resistência mecânica e um pouco pegajosos. Já os filmes onde foram usadas as fibras micronizadas apresentaram-se também muito homogéneos, com especto esbranquiçado opaco e baço, igualmente flexíveis, com boa resistência mecânica e menos pegajosos. As propriedades químicas, físicas, térmicas e mecânicas dos filmes sintetizados foram também avaliadas. Relativamente à capacidade de absorção de água de todos os materiais pode afirmar-se que é aceitável tendo valores entre os 30 a 45 % dependendo das concentrações de Triton X100 e fibras de celulose utilizadas. A análise SEM permitiu observar uma superfície lisa, homogénea e não porosa dos materiais sujeitos a esta análise. Todos os materiais mostraram, a partir da análise de TGA, elevada estabilidade térmica com temperaturas de degradação superiores aos 320 C. A elevada flexibilidade dos materiais foi também comprovada pela análise de DSC onde se obtiveram Tg’ s negativas (compreendidas entre os -50 e -51,74 C). A partir da medição de ângulos de contacto com água e da determinação das energias de superfície e correspondentes componentes polar e dispersiva foi possível observar o carácter hidrofílico que todos os materiais apresentam. Ainda que se tenham submetido os materiais a ensaios de tração, não foi possível obter resultados devido a problemas técnicos durante a realização destes. Porém, conseguiu notar-se que os materiais onde foram incluídas fibras, apresentaram um comportamento plástico, ao invés do que se observou nos materiais sem fibras (produzidos e caracterizados como ensaios de referência). Embora não tenha sido possível distinguir um compósito/material tendo em conta os testes de caracterização, há que realçar que o filme F1-Triton2 e FM10-Triton2 são os melhores. O primeiro onde foram incluídas fibras de pasta de papel branqueada e o segundo onde se usou fibras micronizadas. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,085 | Análise e otimização do processo de lavagem de uma central de engarrafamento de bebidas | Água,descalcificação,precipitação química,permuta iónica,indústria alimentar,Water,softening,chemical precipitation,ion exchange,food industry. | No âmbito da unidade curricular Dissertação do Mestrado Integrado em Engenharia Química da Universidade de Coimbra surgiu a possibilidade de realizar esta tese na empresa Goanvi - Central de Engarrafamento de Bebidas, tendo sido adotado o tema: “Análise e Otimização do Processo de Lavagem de uma Central de Engarrafamento de Bebidas”. Mais concretamente, o trabalho envolveu o estudo da remoção da dureza da água através de processos de precipitação química e permuta iónica, bem como a análise económica referente ao consumo de produtos de higienização nesta empresa. O estudo do processo de precipitação química envolveu a análise do efeito da quantidade de Ca(OH)2 adicionado às amostras de água assim como o efeito da adição de coagulante. No processo de permuta iónica realizou-se um estudo de equilíbrio e da cinética do processo em batch, utilizando a resina catiónica Amberlite IR-120 Na+. A operação em leito fixo e a etapa de regeneração em batch foram também estudadas. Os resultados experimentais indicaram que o método de precipitação química permite obter água com dureza de 100 mg L-1 de CaCO3 e que a adição de coagulante não tem influência significativa neste processo na quantidade testada (1% mol da quantidade de Ca(HCO3)2). Quanto ao processo de permuta iónica, os resultados obtidos permitiram concluir que a razão líquido-sólido (v/m) ótima foi de 200. Os modelos de equilíbrio que representaram melhor o processo de permuta iónica foram o modelo de Langmuir para T=20ºC, obtendo-se uma capacidade total de permuta iónica de 416,67 mg g-1 de resina seca, e o modelo de Temkin para T=30ºC. Relativamente aos modelos cinéticos, o que apresentou melhor ajuste aos dados experimentais foi o modelo de pseudo-primeira ordem. Assim, concluiu-se que a superfície da resina é homogénea e que o processo de permuta iónica é reversível, sendo a sua cinética diretamente proporcional à capacidade do sólido. O estudo da etapa de regeneração permitiu verificar que é possível reutilizar a resina estudada. No que diz respeito à operação em leito fixo, os resultados experimentais indicaram que o tempo estequiométrico foi atingido aos 153 minutos e que a resina ficou saturada aos 259 minutos, devendo o processo ser interrompido aos 65 minutos. O amaciamento da água permitirá uma redução de custos em relação ao plano de higienização da Goanvi que é atualmente praticado. O reaproveitamento das águas de enxaguamento bem como do Nifos 10 (descalcificante) presente nestas é uma mais-valia quer ao nível da redução de custos quer ao nível ambiental. Face aos resultados alcançados, pode-se concluir que o processo de permuta iónica é o mais promissor ao nível de redução da dureza da água uma vez que dos processos estudados é o mais eficiente. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,089 | Desenvolvimento de membranas nanofibrosas para a libertação controlada e localizada de antibióticos | Sistemas de libertação controlada,membranas fibrosas,poli (ácido láctico),electrofiação,nanotubos de haloisite,sulfato de gentamicina,dexametasona | Este trabalho teve como principal objetivo desenvolver membranas nanofibrosas de base polimérica, com dois fármacos incorporados, sulfato de gentamicina e dexametasona, utilizando a técnica de electrofiação (electrospinning). Pretende-se que estas membranas sejam utilizadas no tratamento de eventuais infeções bacterianas do tecido ósseo, que podem surgir no seguimento de uma intervenção cirúrgica ortopédica. Para tal foi necessário configurar um dispositivo polimérico que liberte os fármacos no local intervencionado por um período de cerca de quatro semanas, ou seja, um sistema de libertação controlada (SLC) implantável. Os fármacos incorporados têm como funções combater a possível infeção bacteriana (o sulfato de gentamicina) e moderar a resposta inflamatória ao implante e simultaneamente promover e regeneração do tecido ósseo danificado (dexametasona). Com o objetivo de atingir um longo período de libertação durante o tratamento, e tendo em conta que o dispositivo tem de ser biocompatível e biodegradável, para que não haja necessidade de remoção do mesmo após tratamento, optou-se pela utilização do polímero poli (ácido láctico) (PLA). Tendo em conta que o sulfato de gentamicina (GS) é um fármaco hidrófilico, ou seja, ter uma grande afinidade com a água, o que leva a que se difunda rapidamente na matriz polimérica optou-se por introduzir o fármaco em nanotubos de haloisite que, em princípio, retardam a libertação do fármaco para o exterior da matriz. Estes nanotubos após carregamento com o GS foram introduzidos na solução polimérica a electrofiar. O trabalho realizado foi dividido em duas fases: a primeira envolveu o tratamento e o carregamento do GS nos nanotubos e a caracterização dos mesmos, e a segunda direcionou-se para o estudo das fibras resultantes da electrofiação. Antes de serem carregados com a GS, os nanotubos de haloisite foram sujeitos a um tratamento ácido, com o intuito de aumentar o tamanho do lúmen e com isso aumentar a sua capacidade de carregamento. A eficácia do tratamento foi revelada pela técnica de adsorção de azoto, que demostrou um aumento da superfície específica e do volume de poro dos nanotubos tratados relativamente aos não tratados. A quantificação da GS carregada nos nanotubos feita por termogravimetria confirmou estes resultados, tendo-se verificado um aumento no carregamento de 17% (p/p) (nos tubos não tratados) para 25% (p/p) (nos tubos tratados). A segunda fase do trabalho envolveu a produção e a caracterização das membranas fibrosas carregadas com os fármacos. Inicialmente, e com intuito exploratório, prepararam-se e electrofiaram-se algumas formulações, designadas de formulações preliminares. A caracterização destas membranas, nomeadamente a caracterização morfológica, revelou a presença de uma quantidade significativa de beads e de alguns aglomerados de haloisite não totalmente incorporados nas nanofibras. Assim, e com base nestes resultados, procederam-se a alguns ajustes no modo de preparação e composição nas formulações seguintes, tendo-se procedido igualmente ao ajuste dos parâmetros de processo da electrofiação (nomeadamente caudal de alimentação e voltagem aplicada). Estas novas formulações são designadas de formulações finais. Com as formulações finais, testaram-se várias combinações possíveis de incorporação dos dois fármacos. Assim, e para comparação, prepararam-se membranas só com um dos fármacos incorporados: membrana com dexametasona (PLA+DEX); membrana com gentamicina na forma livre (PLA+GS). Posteriormente prepararam-se membranas com a GS imobilizada nos tubos de haloisite (PLA+HGS) e membranas com metade da GS na forma “livre” e metade da GS imobilizada nos tubos de haloisite (PLA+HGS+GS). Adicionalmente prepararam-se duas membranas com os dois fármacos incorporados em simultâneo: uma onde a gentamicina incorporada se encontra imobilizada nos nanotubos (PLA+HGS+DEX), e outra onde metade do GS se encontra na forma livre e a outra metade imobilizada nos nanotubos (PLA+HGS+GS+DEX). As membranas produzidas foram caracterizadas por SEM, determinação do ângulo de contacto com a água, ensaios de libertação in vitro e testes microbiológicos. De uma forma geral, todas as membranas resultantes das formulações finais apresentavam uma quantidade reduzida de beads e menos agregados de nanotubos (naquelas onde estavam presentes), o que revela que as alterações efetuadas nas formulações e nos parâmetros operacionais tiveram os efeitos desejados. A análise morfológica das fibras permitiu também estimar o diâmetro médio destas, tendo-se obtido, para todas as formulações, fibras com diâmetros médios entre os 1,9 e 3,7 μm, o que podem ser considerados diâmetros elevados, tendo em conta os diâmetros típicos das fibras produzidas pela técnica de electrofiação. Os testes de libertação in vitro foram realizados durante um período de 28dias (4semanas), em meio semelhante ao fluído fisiológico, com o intuito de obter os perfis de libertação dos fármacos existentes em cada uma das membranas. Para todas as membranas, a cinética de libertação da gentamicina demonstrou ser bastante mais rápida que a cinética de libertação da dexametasona. Este resultado era esperado, tendo em conta a natureza altamente hidrófilica da GS e o carácter marcadamente hidrofóbico da DEX. Nas membranas com os dois fármacos incorporados simultaneamente, verificou-se que os perfis de libertação dos dois fármacos eram alterados devido à presença do outro fármaco. Este efeito é mais evidente para os perfis da dexametasona, onde a presença do GS resulta num considerável aumento da percentagem de fármaco libertado e em cinéticas de libertação mais rápidas, comparativamente com o perfil da dexametasona a partir da membrana em que esta se encontra imobilizada sozinha (PLA+ DEX). Contrariamente ao que se pretendia, os perfis de libertação da GS a partir das membranas PLA+GS e PLA+HGS não demonstraram ser significativamente diferentes, sendo que este resultado poderá ser parcialmente justificado pela considerável diferença de diâmetros médios entre as fibras que constituem as duas membranas. Finalmente, os testes microbiológicos realizados com as membranas na presença da estirpe de bactérias Staphylococcus aureus, revelaram que todas as membranas que incorporavam GS apresentaram a capacidade de inibir a proliferação das bactérias, o que permite concluir que o processo de incorporação da GS e o processo de electrofiação não afetou as propriedades antibacterianas do antibiótico. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,091 | Análise da Problemática das Emissões de Formaldeído a partir do Aglomerado de Partículas de Madeira | aglomerado de partículas de madeira,emissões gasosas,formaldeído,qualidade do ar, resinas UF,Formaldehyde,gaseous emissions,indoor air quality,particleboard,UF resins | O aglomerado de partículas de madeira é um produto com vasta aplicação nas indústrias da construção civil e do fabrico de mobiliário, porque possui algumas vantagens sobre a utilização direta da madeira, nomeadamente menor custo e aumento de eficiência da exploração florestal. De facto, a utilização de reciclados de madeira como matéria-prima confere a este produto uma pegada ecológica bastante favorável. Contudo, durante a produção de aglomerado, são utilizados agentes adesivos para promover a ligação das partículas de madeira umas às outras, sendo os mais utilizados as resinas sintéticas à base de formaldeído, nomeadamente resinas ureia-formaldeído (UF), melamina-ureiaformaldeído (MUF) e fenol-formaldeído (PF). Consequentemente, as placas de aglomerado quando transformadas e aplicadas em habitações podem emitir formaldeído livre que não reagiu durante a produção e ficou dissolvido na humidade das placas ou retido na sua estrutura, e formaldeído resultante de um processo de hidrólise lenta. Por outro lado, a consciencialização pública dos riscos associados à exposição a ar não saudável tem aumentado e, apesar da Organização Mundial de Saúde manter o limiar de curta e longa duração de exposição ao formaldeído em 0,1 mg/m3, várias organizações pressionam a nível internacional ou de Estado, no sentido de serem definidos valores guia mais exigentes. Neste contexto, foram objetivos desta dissertação analisar o comportamento das várias classes normalizadas de aglomerado em relação às emissões de formaldeído e reunir estudos científicos que apontem novos caminhos para a produção de aglomerado com emissões de formaldeído idênticas às da madeira. A metodologia utilizada consistiu na pesquisa de publicações científicas e na análise comparativa dos pontos fortes, pontos fracos, oportunidades e ameaças (SWOT) associadas aos adesivos utilizados industrialmente e às hipóteses investigadas. Concluiu-se que as novas abordagens para reduzir o nível de emissões de formaldeído das placas não podem restringir-se à redução da razão molar do formaldeído, durante o fabrico das resinas. Outras alternativas devem ser testadas, tais como a adição de captadores de formaldeído, a combinação de resinas à base de formaldeído com outros adesivos sintéticos e a utilização de resinas naturais. Estas opções devem sempre ser complementadas por alteração das variáveis do processo de fabrico do aglomerado. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,092 | Recuperação de metais pesados de efluentes industriais por resinas de permuta iónica impregnadas com líquidos iónicos | Crómio trivalente,Cádmio,Líquidos iónicos de imidazólio,Amberlite XAD4,Cyanex 272,Trivalent cromium,Cadmium,Imidizolium ionic liquid,Amberlte XAD4,Cyanex 272. | Atualmente políticas ambientais cada vez mais restritivas obrigam ao desenvolvimento de sistemas de remoção de metais pesados cada vez mais eficientes. Os líquidos iónicos (ILs) são uma nova classe de solventes que oferecem oportunidades únicas como alternativas ambientalmente sustentáveis aos processos químicos tradicionais no tratamento de efluentes industriais. O presente trabalho investiga a adsorção de iões de Cr (III) e Cd (II) usando a resina Amberlite XAD-7 impregnada com os líquidos iónicos (ILs) butilmetilimidazólio tetrafluoroborato (Bmim BF4) e butilmetilimidazólio hexafluorofosfato (Bmim PF6), bem como com a mistura dos ILs + agente extratante comercial (Cyanex 272). Foi estudada a influência de vários parâmetros operatórios (pH, quantidade de resina, concentração inicial dos metais, tempo de contato e temperatura) que influenciam a capacidade de adsorção da resina XAD-4 com o IL e a resina XAD-4 com IL+ Cyanex 272, na remoção de iões de crómio e cádmio em soluções aquosas. A impregnação dos ILs e do Cyanex na resina Amberlite XAD-4 foi confirmada qualitativamente pelas técnicas de FTIR e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). No estudo da resina impregnada com IL Bmim BF4 + Cyanex 272 verificou-se ser a mais eficiente na extração de crómio, a pH 5. Na extração de cádmio foi estudado principalmente o IL Bmim BF4, pois apresenta melhores eficiências de extração que o IL Bmim PF6. Os resultados mostraram que o equilíbrio de adsorção no sistemas Cd (II)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 foi atingido entre 40 e 60 min. O modelo cinético de pseudo segunda ordem é o que descreve melhor a cinética de adsorção. As isotérmicas de adsorção de Langmuir mostram que a capacidade máxima de adsorção para o sistema Cr (III)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 + Cyanex foi de 8.8 mg/g a 50°C; para o sistema Cd (II)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 foi de 28.3 mg/g a 25°C; e para o sistema Cd (II)/Amberlite XAD-4 Bmim BF4 + Cyanex foi de 44 mg/g a 25°C. Estudos termodinâmicos permitiram concluir que a adsorção de crómio pela resina impregnada é de natureza endotérmica, já a adsorção de cádmio é de natureza exotérmica. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,094 | Preparação de micro-esferas de quitosano para imobilização de fármacos | quitosano,gelatina,genipin,microparticles,drug delivery,chitosan,gelatin,genipin,microparticulas,entrega de fármacos | dos fármacos existentes para o tratamento de certas doenças, como o cancro, não conseguem, em muitos casos, alcançar o alvo a que se destinam em quantidades viáveis, sendo distribuídos por diversos tecidos ou órgãos que não fazem parte do caminho patológico, podendo provocar graves efeitos secundários. Para contornar este problema, utilizam-se sistemas de libertação controlada de fármacos, muitas vezes constituídos por microsferas de polímeros naturais, como o quitosano e a gelatina, amplamente utilizados em aplicações farmacêuticas devido às suas propriedades. Estes são biodegradáveis, biocompatíveis e não tóxicos. Nesta Dissertação, pretendeu-se desenvolver microsferas de quitosano e gelatina reticuladas com genipin para incorporação de um fármaco anticancerígeno, o 5-Fluorouracil. O método usado para a produção das partículas foi uma emulsão água-em-óleo com reticulação química, onde se variou a relação entre as concentrações mássicas de quitosano e gelatina. Inicialmente, foram realizados cinco ensaios, onde se destacaram três tipos de microsferas: de quitosano e gelatina em proprorções mássicas iguais, de quitosano e gelatina na proporção mássica 3:1, e as de quitosano. Estas foram usadas para avaliação do efeito da razão quitosano/gelatina na morfologia, e nos perfis de libertação de fármaco. Em termos de morfologia, os três tipos de microsferas foram observados ao microscópio óptico e as suas fotografias analisadas pelo software de análise de imagem Image J. Este permitiu obter valores para área projectada (de onde se retirou o diâmetro equivalente), circularidade e roundness. Observou-se um diâmetro equivalente médio de 14 μm para as microsferas de quitosano e de quitosano e gelatina na proporção mássica de 1:1, enquanto para as microsferas de quitosano e gelatina na proporção mássica de 3:1 este foi de cerca de 6 μm. A esfericidade das microsferas preparadas nos três ensaios foi confirmada pelos valores de circularidade e roundness, que se encontraram próximos de 1. A libertação de fármaco foi feita com microsferas com o fármaco modelo 5- Fluorouracil incorporado e imersas numa solução de PBS, tendo-se medido a absorvância do sobrenadante em diversos intervalos de tempo, num espectrofotómetro UV/Visível, ao longo de vinte e quatro horas. Observou-se que as microsferas de quitosano possibilitaram uma maior incorporação de 5-Fluorouracil, cerca de 18% do valor teórico esperado, enquanto as microsferas de quitosano e gelatina na proporção de 1:1 e as de quitosano e gelatina na proporção de 3:1 permitiram a passagem de 13% e 10%, respectivamente, traduzindo a grande perda de fármaco ao longo do processo. As microsferas de quitosano e gelatina na proporção mássica de 1:1 foram aquelas que demonstraram uma libertação de fármaco mais lenta, tendo libertado 98% do fármaco ao fim de oito horas, enquanto as restantes permitiram a difusão da mesma quantidade em apenas três horas. | Ciências da Engenharia e Tecnologias |
27,844 | Detectores de radiação X de baixa energia baseados em misturas de xenon e neon | Contadores de cintilação | Nesta dissertação, apresentamos um estudo do desempenho de um contador gasoso de cintilação proporcional (CGCP) com misturas de Xe-Ne como gás de enchimento na detecção de radiação X de muito baixa energia. Foi realizado um estudo experimental do rendimento de electroluminescência reduzido em Xe e em diversas misturas de Xe-Ne utilizando radiação X de 5,9 keV, tendo sido determinados os limiares de excitação e de desvio da linearidade para cada uma das misturas. Foi observado que quer o rendimento de electroluminescência reduzido, quer estes limiares decrescem com o aumento da concentração de Ne. Foi também verificada uma degradação da resolução em energia do contador com o aumento da concentração de Ne, degradação esta que se concluiu ser devida essencialmente à diminuição do rendimento de electroluminescência reduzido. Concluímos também que o melhor desempenho do CGCP se obtém quando é permitida uma ligeira ionização na região de cintilação, mais relevante à medida que a concentração de Ne aumenta na mistura. A comparação dos nossos resultados experimentais com os de uma simulação de Monte Carlo realizada no nosso Grupo permitiu-nos obter valores semi-empíricos de w e do factor de Fano para as diferentes misturas, para raios X de 5,9 keV. O desempenho do CGCP na detecção de radiação X de muito baixa energia ( | Ciências Exactas e Naturais |
27,855 | Fluorometria ocular não-invasiva : técnicas e instrumentação | Fluorescência -- cristalino,Espectómetro -- fluorescência,Fluorescência ocular endógena -- medição | Neste trabalho apresentam-se técnicas e instrumentação para medição de fluorescência ocular endógena e avaliam-se os resultados obtidos com a aplicação dessa instrumentação em medições in vitro e in vivo. Para o estudo da fluorescência do cristalino, desenvolvemos diversa instrumentação para medir in vivo o espectro de emissão, a anisotropia da emissão de fluorescência e o tempo de vida de fluorescência endógena do cristalino. Para estudar e cartografar a fluorescência endógena da córnea, desenvolvemos um sistema de imagiologia confocal de fluorescência, por modificação de um microscópio confocal comercial. Verificámos que os cristalinos diabéticos e os saudáveis apresentam valores iguais para o comprimento de onda onde ocorre a emissão máxima de fluorescência. Definimos índices de fluorescência com potencial clínico para a discriminação precoce entre indivíduos saudáveis e diabéticos. Nas medidas de anisotropia de fluorescência, com excitação a 436 nm, observaram-se diferenças estatisticamente comprovadas entre os cristalinos diabéticos e com catarata, e os cristalinos saudáveis. Os baixos valores de anisotropia dos cristalinos saudáveis indicam a maior mobilidade dos seus fluoróforos, consequência do menor número de ligações covalentes com as proteínas do cristalino. Estas medidas podem ser empregues na detecção precoce do desenvolvimento da catarata. As medidas de tempo de vida de fluorescência do cristalino são ajustadas a um modelo de decaimento biexponencial com tempos de vida de fluorescência na gama de 1 ns a 10 ns e confirmam que os mesmos fluoróforos são responsáveis pela emissão de fluorescência em cristalinos saudáveis e diabéticos. | Ciências Exactas e Naturais |
27,858 | Estudos por aniquilação de positrões de defeitos em filmes finos e induzidos por implantação de iões | Filmes finos | Os estudos apresentados neste trabalho relacionaram-se com a caracterização e quantificação de defeitos por técnicas de aniquilação do positrão. Várias outras técnicas foram também usadas para uma melhor caracterização dos sistemas usados. Estas técnicas foram aplicadas ao estudo dos defeitos produzidos durante o crescimento de filmes finos de silício e de nitreto de silício amorfos e hidrogenados e ao estudo de defeitos induzidos em silício cristalino (p-Si) e em safira pela implantação de iões de kripton de elevada energia (245 MeV). No silício amorfo hidrogenado verificou-se a existência de dois defeitos principais, dilacunas e grandes agregados de lacunas, com concentrações relativas fortemente dependentes das condições de crescimento dos filmes, tendo sido observado que o surgimento dos agregados de lacunas estava relacionado com o aparecimento de hidrogénio ligado a silício na configuração SiH2 e SiH3. No nitreto de silício hidrogenado verificou-se que diferentes concentrações de SiH4 na mistura gasosa de SiH4 e NH3, origina o crescimento de filmes com diferentes tipos de defeitos de volume aberto assim como diferentes características da interface filme–substrato. O estudo dos efeitos da irradiação de silício e de safira com iões de kripton de elevada energia revelou a existência de um único tipo de defeito em toda a região danificada pelos iões em p-Si, enquanto que na safira foi observada a existência de dois tipos de defeitos, cujas concentrações eram dependentes da dose de implantação iónica. No p-Si o defeito apresentou um tempo de vida de 305 ps e foi associado com a presença de dilacunas neutras. No caso da safira e para doses de implantação inferiores a 1013 iões/cm2 foi identificado a presença dum defeito pontual, o centro F (complexo ), com um tempo de vida característico de 186 ps e para doses de implantação superiores a iões/cm2 foi identificado um segundo defeito, para além do centro F, com um tempo de vida de 500 ps, associado com a presença de grandes agregados de lacunas formando cavidades. Em ambos os materiais, a elevada concentração de defeitos calculada para a região próxima da superfície irradiada sugerem que processos inelásticos de perda de energia do ião devem apresentar uma considerável contribuição para a criação de defeitos. | Ciências Exactas e Naturais |
27,886 | Caracterização de interfaces, defeitos e interacções gás-defeito na zona subsuperficial por aniquilação de positrões e outras técnicas | Física de superfícies e interfaces,Irradiação iónica | O trabalho experimental apresentado nesta dissertação assenta em três estudos, utilizando diversas técnicas de análise: (i) exploração da interface dum sistema de multicamada Ti/Al; (ii) caracterização da zona subsuperficial de metais (Ni e Ag) sujeitos a irradiação iónica (He+ e Ar+); e (iii) adsorção de moléculas reactivas (azidoacetona) numa superfície metálica (Ni) tratada com iões. Os estudos experimentais foram desenvolvidos no sentido de explorar as potencialidades das técnicas de positrões com energia regulável na investigação de alguns problemas fundamentais em Física de Superfícies e Interfaces, com são os mecanismos de interacção que ocorrem em interfaces e superfícies, e na interacção gás-defeito em zonas subsuperficiais. Apresenta-se uma revisão bastante pormenorizada das aplicações da aniquilação de positrões para o estudo da matéria, dando-se relevo à espectroscopia de implantação de positrões (SPIS) utilizada para a caracterização de interfaces e das zonas subsuperficiais. Revêem-se, também, algumas das técnicas de análise de superfícies e descrevem-se os aparelhos experimentais utilizados. No estudo com o sistema Ti/Al é testada a utilização da SPIS na caracterização de um sistema multicamada, mostrando a possibilidade de uma análise em profundidade não destrutiva, aplicando um método de quantificação dos dados de aniquilação de positrões sem recorrer a modelos de difusão do positrão. O segundo estudo versa os efeitos do bombardeamento iónico, em regimes de baixa energia (£ 5 keV). São tratados três casos: irradiação de Ni com Ar+ e com He+, e de Ag com Ar+. A recuperação dos metais irradiados foi seguida com SPIS ao longo dum processo de recozimento isócrono, que revelou os efeitos da interacção gás–defeito e a ocorrência de processos termicamente activados. Por último é estudada a decomposição da molécula de azidoacetona na presença duma superfície de níquel preparada por bombardeamento iónico. O processo de adsorção foi seguido por microscopia da função de trabalho (WFM) e a análise do adsorbato efectuada com SIMS no regime estático, cujos resultados são interpretados com base no modelo do ião percursor. | Ciências Exactas e Naturais |
27,888 | Structural and electronic properties of organic and organometallic clusters | Fulerenos -- propriedades organicas | O trabalho de investigação apresentado nesta dissertação visa compreender e analisar as propriedades estruturais e electrónicas de fulerenos, agregados mistos de carbono com átomos de metais de transição e ainda agregados mistos de silício com átomos de metais de transição. Foram utilizados métodos quânticos, predominantemente a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) nas suas Aproximações da Densidade Local (LDA) ou do Gradiente Generalizado (GGA). O modelo de Tight-Binding (TB) foi utilizado nos estudos de agregados envolvendo um número de átomos mais elevado. Com efeito, nas últimas duas décadas foi reconhecido que os métodos ab initio e particularmente a DFT proporcionam uma descrição quantitativa de muitas propriedades associadas ao estado fundamental e a estados excitados de diferentes átomos, moléculas, agregados e sólidos, tornando-se desta forma num instrumento que permite prever eficazmente a estabilidade ou não de novos materiais com propriedades pré-definidas. Neste contexto, a maioria do trabalho apresentado nesta tese é exploratório e permitiu tirar conclusões bem definidas para os agregados estudados (e os materiais deles derivados). Basicamente foram estudados três grupos de agregados: fulerenos, metalocarbohedrenos (metcars) e agregados de silício com um átomo de transição. | Ciências Exactas e Naturais |
27,922 | Câmara de traços com leitura óptica | Detectores gasosos de radiação,Leitura óptica | Neste trabalho apresenta-se um novo conceito de câmara de traços em que a reconstrução de posição tridimensional é feita exclusivamente a partir da leitura da luz de cintilação produzida em detectores gasosos de microestrutura. A câmara, cheia com 4 Ar+5%CF à pressão atmosférica, está equipada com um duplo ou triplo GEM onde é realizada a multiplicação de carga e produzida a luz de cintilação. A luz emitida é lida por um conjunto de fotomultiplicadores num arranjo quadrado de quatro ou nove elementos ou numa disposição hexagonal com sete elementos. A resolução em posição bidimensional medida, ao irradiar o detector com uma fonte colimada de raios X com energia de 5,9 keV, é melhor que 1 mm. A reconstrução tridimensional de traços de partículas alfa com energia de 5,5 MeV foi efectuada para vários ângulos de incidência das partículas na câmara. A resolução de dois traços paralelos próximos foi alcançada em todos os testes efectuados, para distâncias dos traços compreendidas entre 2,2 mm e 0,9 mm. Um trabalho preliminar de reconstrução de traços de raios cósmicos foi também realizado. As trajectórias de raios cósmicos, seleccionadas com um telescópio de dois cintiladores para duas orientações distintas relativamente à câmara, foram correctamente reconstruídas com o sistema de detecção desenvolvido. O tipo de detector estudado também foi aplicado em imagiologia de neutrões térmicos. Os testes efectuaram-se no ILL – Institut Laue Langevin – com um feixe de um reactor, usando uma câmara equipada com uma microstrip, cheia com 2 bar de 3He e 3 bar de 4 CF . Os resultados obtidos, nomeadamente a capacidade de suportar altas taxas de contagem (~10 MHz) e uma resolução em posição da ordem do milímetro, satisfazem as especificações do projecto MILAND da colaboração europeia FP6-NMI3 e estão na origem do projecto financiado WP22 detectors, no âmbito da colaboração FP7-NMI3. | Ciências Exactas e Naturais |
27,924 | Desenvolvimento de uma interface gráfica e de uma base de dados para um dispositivo médico de electrosterapia | Ambiente assisted living - A,Fisioterapia,Medicina física e reabilitação,Software médico | A engenharia biomédica tem evoluído significativamente nas soluções que apresenta, integrando software médico, para o serviço de cuidados de saúde contribuindo, assim, para o aumento da qualidade de vida da população. Este projecto tem como objecto principal a criação de uma interface gráfica de controlo contendo uma base de dados integrada para um dispositivo médico de electroterapia, sendo a electrosterapia uma modalidade da Medicina Física e Reabilitação. O projecto foi desenvolvido de acordo com os requisitos técnicos e regulamentares de modo a que o dispositivo de electroterapia seja multi-corrente, user-friendly, portátil, e seguro. O método usado para o processo de desenvolvimento cumpre os requisitos da norma IEC 62304 e está de acordo com método Agile. Este método é constituído por oito fases importantes que são: planeamento do processo, análise de requisitos, desenho da arquitectura, desenho detalhado, implementação, integração e testes, testes de sistema e lançamento do software. O software desenvolvido apresenta duas versões, uma para o utilizador profissional com conhecimento das terapêuticas a aplicar e outra a ser aplicado pelo próprio paciente em ambiente doméstico, evitando deslocações a unidades de saúde, ambient assisted living. Desenvolveu-se o software na linguagem C# com o apoio do sistema de desenvolvimento integrado Visual Studio, sendo o software compativel com o sistema operativo Windows Embedded CE 6.0. Para todo este desenvolvimento utilizou-se uma mainboard, Micro 2440 da FriendlyARM, com um ecrã-táctil de 3,5', que cumpre os requisitos necessários para o desenvolvimento do dispositivo. Após a integração da interface e da base de dados, foram realizados testes ao sistema de forma a verificar a sua integridade, sobre o qual foi eleborado um documento descritivo com os resultados obtidos dos testes. A par deste desenvolvimento foi elaborado o manual do utilizador das duas versões da interface gráfica. Palavras-chave: Software Médico, Interface Gráfica, Base de Dados, Electroterapia, Dispositivo Médico, Medicina Física e Reabilitação, IEC 62304 e Ambient Assisted Living | Ciências Exactas e Naturais |
27,926 | Contribuição da avaliação formativa para o desenvolvimento cognitivo em alunos de física | Ensino das ciências,Ensino da física,Avaliação formativa | O desenvolvimento de competências e atitudes essenciais para estimular o aluno a aprender a aprender, a lidar com a mudança e para aprender a colaborar e a participar na melhoria da sociedade, são desafios com que a escola se vê confrontada (Alonso, 2002). Este Projecto de Tese, efectuado na área da Física, pretende analisar a contribuição da avaliação formativa no desenvolvimento do ensino-aprendizagem e seu reflexo no aperfeiçoamento das capacidades cognitivas dos alunos. Propõe-se a organização de uma metodologia de avaliação formativa, a implementar ao longo de sucessivos níveis lectivos, usando como caso de estudo a aplicação numa turma do 10º Ano de escolaridade, e como controlo, uma turma do mesmo nível. O estudo utilizará metodologias desenvolvidas/aperfeiçoadas neste projecto. Durante este estudo propomo-nos, também, averiguar o modo como as escolas portuguesas utilizam a avaliação formativa na aquisição de conteúdos e desenvolvimento de competências dos alunos, investigando as concepções subjacentes aos modelos avaliativos utilizados pelos professores de Física do Ensino Secundário e o modo como essas concepções se reflectem nas práticas lectivas. No final, pretende-se propor a implementação de Cursos de Formação Contínua que potenciem nos professores uma aquisição de competências conducentes à valorização da avaliação formativa, com reflexo nas práticas individuais dos professores, nos resultados escolares dos alunos e, globalmente, no sucesso educativo do processo ensino-aprendizagem. | Ciências Exactas e Naturais |
27,927 | O Instituto de Coimbra e a Evolução da Física e da Química em Portugal de 1852 a 1952 | Ensino da química | Com o presente trabalho pretendemos demonstrar a influência do Instituto de Coimbra (IC) na evolução da Física e da Química em Portugal de 1852 a 1952. O IC foi uma sociedade científica e literária que nasceu em 1852, no seio da Universidade de Coimbra, tendo iniciado a publicação da revista O Instituto, contendo as memórias elaboradas pelos seus associados. A parte inicial deste trabalho corresponde à história desta instituição coimbrã, ao longo de mais de 130 anos de existência e de 141 volumes do seu periódico publicados. A nossa análise principal incidiu na actividade científica dos sócios do IC, nos artigos no âmbito da Física e da Química publicados no respectivo periódico, nas conferências organizadas e intercâmbio nacional e internacional estabelecido pelo IC. Ao nível da Física, destacamos a história da telegrafia eléctrica e o seu impacto na uniformização das unidades eléctricas; descrevemos as observações meteorológicas realizadas em Coimbra, a criação do respectivo observatório, e a adopção dos primeiros métodos de previsão do tempo em Portugal e na Europa; analisamos a implementação de uma secção de astrofísica solar em Coimbra, no início do século XX, e a oposição à teoria da relatividade de Einstein, entre outros assuntos. No âmbito da Química, revemos a história da aplicação das análises toxicológicas e o surgimento da química forense em Coimbra; estudamos a evolução da análise química de águas minerais e de abastecimento público em Portugal e traçamos alguns episódios relativos às tentativas de implementação de métodos metalúrgicos no nosso país e o surgimento da indústria química. Com base nos conteúdos d’O Instituto, foi possível descrever as várias reformas do ensino secundário em Portugal, com maior ênfase no ensino da Física e da Química, na perspectiva de sócios do IC, alguns dos quais foram protagonistas nos vários projectos de organização deste nível de ensino. Foi avaliado o nível de actualização científico do ensino nas Faculdades de Filosofia e Matemática da UC, tendo por base os programas das disciplinas no âmbito da Física e da Química e as reformas que foram implementadas até 1911, a partir das fontes publicadas n’O Instituto. Tendo em conta que a maioria das fontes primárias são artigos d’O Instituto, procedemos a uma análise quantitativa da disseminação científica neste periódico e elaborámos índices ideográfico e onomástico dos artigos de Física e de Química. De forma a tornar reprodutível o trabalho realizado, concretizámos alguns planos de aula onde conteúdos da história da Ciência em Portugal surgem interligados aos conteúdos programáticos da disciplina de Física e Química do ensino secundário. | Ciências Exactas e Naturais |
27,928 | Ensino formal e informal oara a compreensão pública da ciência: de Rómulo de Carvalho à rede Ciência viva | Centro de ciência viva,Ensino da física - manuais escolares de Rómulo de Carvalho,Ensino formal,Ensino informal,Ensino - desde a monarquia constitucional,Física - ensino e aprendizagem | O presente projecto de tese de Doutoramento em Ensino das Ciências visa aprofundar conhecimentos sobre ensino e aprendizagem das Ciências Físicas, numa perspectiva de entrelaçamento dos ensinos formal e informal. Partir-se-á dos manuais escolares e da obra de divulgação científica da autoria do professor Rómulo de Carvalho, contemplando os respectivos aspectos pedagógicos e científicos, em particular a sua actualidade. Pretende-se averiguar novas possibilidades de intervenção no ensino formal diagnosticando se os docentes de ensino básico e secundário recorrem, ou não, ao ensino informal e propondo ferramentas de ensino informal que sejam coadjutoras do ensino formal. Um outro objectivo será o de reflectir, partindo ainda da acção pioneira daquele professor, sobre o papel dos Centros Ciência Viva para o incremento da cultura científica e tecnológica dos portugueses, em complemento ou reforço da acção da escola, incluindo o contributo do Centro Ciência Viva Rómulo de Carvalho, «centro de recursos para o ensino e aprendizagem das ciências e difusão da cultura científica». | Ciências Exactas e Naturais |
27,929 | Instrumentação ATCA para Diagnósticos de Espectroscopia Digital de Radiação Gama no JET | ATCA -- barramento,Espectroscopia de radiação gamma -- aquisição e processamento de dados em tempo real,Processamento digital de impulsos de sinal,PCI express -- protocolo de comunicação | O trabalho realizado para esta dissertação originou um sistema de aquisição e processamento de dados em tempo real, baseado no barramento ATCA e no protocolo de comunicação PCI Express, para espectroscopia de radiação . O sistema desenvolvido foi concebido e implementado com o objectivo de processar e armazenar todos os valores de energia dos eventos resultantes da radiação gerada em experiências com plasmas nucleares de longa duração, com uma taxa de ocorrência que pode atingir os 5 M pulsos/s. O sistema foi desenvolvido como parte do projecto de melhoramento dos diagnósticos de radiação do tokamak JET [Blan 10, Liou 05] e engloba dois sistemas distintos: (i) espectrómetro de raios , para determinação de espectros em energia; e (ii) câmaras de raios , inserida no monitor de perfis de neutrões para localizar a emissão de raios . A insuficiente resolução energética, temporal e espacial dos sistemas de aquisição de dados dos actuais diagnósticos de radiação no JET, motivou o desenvolvimento de um sistema de alta velocidade com capacidades de processamento digital de pulsos que permitisse a digitalização do sinal o mais próximo do detector possível, minorando interferências externas na medida. O módulo de aquisição utilizado neste sistema foi desenvolvido de acordo com uma arquitectura optimizada para extrair a informação principal dos eventos e correr algoritmos específicos para redução/análise em tempo real dos dados adquiridos. Com este objectivo foram desenvolvidos modos de disparo1 complexos de modo a permitir a aquisição dos eventos em todo o período da operação do tokamak (~40s). A taxa máxima de amostragem utilizada é de 400 Mamostras/s com 14 bits de resolução permitindo a adequada resolução de energia mesmo para eventos muito rápidos (~40 ns). A capacidade de processamento digital do sistema é baseada em dispositivos de lógica programável (FPGA) em que cada FPGA é responsável pelo encaminhamento e processamento dos dados de 4 canais, bem como pelo controlo de uma memória local (2 GB) e pela interface ao processador do sistema (PCIe). O sistema está actualmente instalado no JET e validado para o diagnóstico de espectroscopia de radiação . Foi igualmente instalado no diagnóstico das câmaras de neutrões/raios estando prevista a sua validação durante campanhas de exploração desta máquina em 2011/201 | Ciências Exactas e Naturais |
27,930 | Métodos de instrumentação para fluxometria laser: aplicações à microcirculação sanguínea | Bioquímica -- instrumentação,Fluxometria de laser-Dopler,Microcirculação sanguínea,Método de Monte Carlo | Diferentes doenças afectam de modo diferente o comportamento das camadas da rede microcirculatória da pele. Havendo interesse clínico no conhecimento do seu interrelacionamento, é necessária a discriminação do sinal de perfusão sanguínea (informação acerca da velocidade e concentração dos dispersores) com origem nas camadas da pele, super cial e profundas. Assim fomos conduzidos à realização de estudos com o objectivo de aperfeiçoar a técnica de uxometria laser Doppler (FLD) no que diz respeito à discrimina ção da profundidade amostrada. Estes estudos culminaram com o desenvolvimento de um uxómetro que permite o estudo, em simultâneo, da in uência do comprimento de onda e da distância entre as bras emissora e receptora na monitorização da perfusão sanguínea na pele. A tecnologia desenvolvida foi testada in vitro e validada através de simulações Monte Carlo. As simulações comprovaram que a profundidade média dos fot ões dispersos aumenta com o comprimento de onda e com a distância entre bras. Nos testes de validação in vivo foram veri cadas diferenças evidentes quando se compararam fl uxos obtidos com diferentes comprimentos de onda e diferentes distâncias entre fibras. Concomitantemente ao desenvolvimento do protótipo referido, foram realizadas análises, no domínio do tempo e no domínio das frequências, de sinais de perfusão obtidos com fl uxómetros comerciais. Nestes estudos demonstrou-se que a perfusão obtida, em participantes saudáveis, em diferentes regiões de pele, têm propriedades diferentes, e que a perfusão obtida em pacientes com esclerose sistémica tem uma regularidade diferente da dos sinais obtidos em indivíduos saudáveis ou com fenómeno de Raynaud. A necessidade de se observarem as variações do uxo capilar sanguíneo no cérebro de ratos, levou os investigadores a recorrer às sondas de bra óptica invasivas, para FLD, disponíveis no mercado. No entanto, devido ao seu elevado diâmetro externo (ca. 450 m), o tecido cerebral a ser monitorizado ca muito dani cado. Estudos realizados com o objectivo de reduzir as dimensões destas sondas culminaram com a construção de micro-sondas de uma única bra óptica, baseadas na técnica de detecção self-mixing, com um diâmetro externo de 260 m. As micro-sondas desenvolvidas apresentaram uma boa linearidade quando testadas com diferentes velocidades de dispersores. Nas medições efectuadas in vivo houve boas indicações de que as micro-sondas avaliadas podiam ser utilizadas para seguir o uxo microcirculatório, em tempo real, no cérebro dos ratos. Os resultados obtidos com os protótipos (não-invasivo e invasivo) são animadores e prenunciam a sua utilização, tanto a nível clínico como em investigação. | Ciências Exactas e Naturais |
27,936 | Detetores gasosos de radiação : efeitos da retrodifusão na emissão de fotoeletrões por fotocátodos de Csl em meio gasoso e eletroluminescência em Xe dopado com CH₄ e CF₄ | Detectores de radiação | Neste trabalho investiga-se a extração de fotoeletrões emitidos por fotocátodos de CsI em meio gasoso, quando o fotocátodo é irradiado por radiação VUV, e o efeito da dopagem de Xe com CH4 ou CF4 na eletroluminescência. A deriva dos eletrões nos meios gasosos é investigada por simulação de Monte Carlo, permitindo obter e discutir em detalhe os resultados para a eficiência de extração f e para o rendimento de eletroluminescência H. A extração de fotoeletrões é também investigada experimentalmente, permitindo confirmar os comportamentos previstos por simulação para f. Para validar o modelo de Monte Carlo e as secções eficazes de difusão de eletrões usadas nas simulações, são calculados parâmetros de deriva de eletrões nos meios gasosos, que são analisados e comparados com dados experimentais da literatura. A eficiência de extração f é determinada nos gases moleculares CH4, CF4, CO2 e N2 e suas misturas binárias com os gases nobres Xe, Ar e Ne, sendo calculada por simulação para fotões absorvidos monocromáticos com energias Eph na gama 6.7-9.8 eV e medidos experimentalmente para fotões VUV de uma lâmpada de Hg(Ar) de distribuição espetral (gaussiana) centrada em Eph = 6.7 eV, considerando os campos elétricos reduzidos E/N na gama 0.1-40 Td. Exceto para N2 e Ne-N2, meios não examinados por simulação, os resultados experimentais de f são comparados com resultados de Monte Carlo, verificando-se em geral bom acordo. A dependência de f com E/N, composição da mistura e Eph é analisada. Mostra-se que geralmente f aumenta com E/N, gradualmente nos gases nobres e de um modo repentino a baixo E/N nos gases moleculares e misturas. A eficiência f diminui com Eph, exceto em algumas gamas restritas a baixos E/N. Verifica-se que fCH4 e fCF4 são consideravelmente superiores a f nos gases nobres e que fCO2 é inferior a fCH4 e a fCF4 a menores Eph mas é idêntico para maiores Eph. A adição de um dos gases moleculares CH4, CF4 ou CO2 a um dos gases nobres Xe, Ar ou Ne, ainda que em pequenas concentrações, permite aumentar f significativamente, por vezes com f nas misturas a ultrapassar f nos gases moleculares puros. Por outro lado, verificou-se experimentalmente (para Eph ~ 6.7 eV) que fN2 é menor do que f nos outros gases investigados e que nenhum benefício em f é obtido adicionando N2 a Ne. A extração de fotoeletrões depende do campo elétrico E/N que guia os eletrões e da energia de emissão 0 dos fotoeletrões (que cresce com Eph), dois fatores independentes do meio gasoso. A eficiência f tende a diminuir com 0, porque os fotoeletrões têm de perder mais energia até o retorno ao fotocátodo se tornar energeticamente proibido. A dependência da extração dos fotoeletrões com o meio gasoso é explicada através da correlação de f com a penetração inicial no gás, relacionada com a secção eficaz total de difusão, e com a eficácia de perda de energia dos fotoeletrões no gás, relacionada com a competição entre os processos elásticos e inelásticos no gás. A extração dos fotoeletrões é favorecida por uma penetração inicial longa e pela redução rápida da energia dos fotoeletrões em colisões inelásticas. As simulações mostram que a ocorrência de colisões inelásticas a baixa energia nas primeiras colisões desempenha um papel decisivo no aumento de f, como acontece com as excitações vibracionais em CH4, CF4 e CO2 e nas suas misturas com Xe, Ar e Ne, que competem eficientemente com a difusão elástica. Em contraste, nos gases nobres as colisões inelásticas são pouco frequentes para as gamas de E/N e Eph investigadas, porque os seus limiares são apenas atingidos a maiores E/N e após numerosas colisões elásticas. Neste trabalho é também investigada a viabilidade da dopagem de Xe com CH4 ou CF4 em detetores gasosos em que a amplificação é conseguida através da produção de eletroluminescência em regime sem multiplicação de carga. A adição de gases moleculares a Xe aumenta a velocidade de deriva e reduz a difusão dos eletrões, um efeito que é desejável em detetores de grandes dimensões onde os eletrões primários derivam longas distâncias na região de absorção/deriva. No entanto, é necessário encontrar um compromisso, pois a presença das moléculas deteriora a resolução em energia, porque reduz o rendimento de eletroluminescência H e aumenta as flutuações associadas. Estes efeitos são devidos à introdução não só de colisões dos eletrões com excitação vibracional das moléculas e captura de eletrão por moléculas, como também a processos alternativos de desativação dos estados excitados de Xe em colisões a 2 ou 3 corpos envolvendo moléculas, processos que inibem a formação dos excímeros de Xe que são as espécies emissoras da cintilação. No caso de CF4, a redução de H e o aumento das flutuações são muito pronunciados devido ao efeito muito significativo da captura de eletrões, afastando CF4 como aditivo aceitável. No entanto, a adição de CH4 afeta H e as suas flutuações em muito menor extensão, indicando os cálculos que a adição de CH4 em concentrações menores do que ~1% pode ser uma escolha apropriada. | Ciências Exactas e Naturais |
27,945 | Integração M2M de sistemas embebidos em gestão de activos industriais | M2M,IoT,Sistemas embebidos,Redes sem fios de baixo consumo,Infra-estruturas industriais,ATEX | Esta dissertação apresenta um estudo de um modelo para o exercício da gestão de activos industriais, baseado na integração de sistemas embebidos de medida e controlo com módulos de comunicação sem fios de baixo consumo, num quadro de comunicações Máquina-a-Máquina (M2M), e subsequentes realizações para aplicações industriais diversas . São aqui apresentados e discutidos os aspectos que caracterizam sistemas de informação locais e remotos, para aplicações industriais de manutenção preditiva de activos, segurança de pessoas e activos, e optimização da produção. São apresentados sistemas realizados para cenários e aplicações industriais com características bem distintas: subestações da rede eléctrica, perímetros de processo químico, e minas subterrâneas. É aqui demonstrado que os sistemas embebidos têm capacidade para conduzir aplicações simples de disgnóstico e reduzir o volume de dados desde a origem, sem perder a qualidade da informação, constituindo-se assim como agentes de suporte à decisão, em tempo útil. O trabalho conclui também que uma autonomia energética necessária à viabilidade dos sistemas é conseguida com a simplificação da sua programação, com o exacto dimensionamento da sua memória interna, e com a correcta selecção da frequência de operação. | Ciências Exactas e Naturais |
27,948 | Deteção digital de coincidências em tomógrafos RPC-PET | Tomógrafos PET de Câmaras de Placas Resistivas (RPC),Field Programmable Gate Array (FPGA),Deteção de coincidências em tempo real,Validação de coincidências,Calibração temporal,Sinal de disparo de coincidências,Campo de visão,Coincidências múltiplas | Os detetores baseados na tecnologia de câmara de placas resistivas (RPCs, acrónimo do inglês Resistive Plate Chambers) revelam-se muito interessantes para o desenvolvimento de tomógrafos PET (acrónimo do inglês Positron Emission Tomography) de alta resolução, baixo custo de sensibilidade elevada. Estes tomógrafos utilizam a elevada resolução temporal destes detetores para alcançarem uma resolução próxima dos 300 ps FWHM (acrónimo do inglês Full Width at Half Maximum) para os pares de fotões de 511 keV resultantes de uma aniquilação eletrão-positrão. Este facto permite a utilização de janelas temporais de coincidências estreitas, reduzindo o número de coincidências aleatórias. Por outro lado, se a deteção de coincidências for realizada em tempo real, os requisitos do sistema de aquisição e processamento de dados do tomógrafo poderão ser minimizados. Neste trabalho descreve-se um módulo de deteção de coincidências em tempo real, de arquitetura inovadora, implementado numa FPGA (acrónimo do inglês Field Programmable Gate Array) da família Virtex-5 da Xilinx e descrito em linguagem VHDL (acrónimo do inglês Very high-speed integrated circuits Hardware Description Language), apto a ser integrado num tomógrafo RPC-PET de pequenas dimensões. O módulo desenvolvido explora os recursos internos da FPGA para implementar uma arquitetura em pipeline, de latência muito baixa (de poucas dezenas do nanosegundo) e é capaz de processar eventos a taxas muito elevadas (da ordem da centena de milhão de eventos por segundo por canal) com tempo morto nulo. Fez-se uso da intercalação temporal a nível das entradas da FPGA para ultrapassar as limitações impostas pela frequência de relógio máxima de 550 MHz da família Xilinx Virtex-5 e alcançar uma frequência equivalente de amostragem que ultrapassa os 2.5 GHz, o que se traduziu na possibilidade de implementar janelas de coincidências sub-nanosegundo, na prática múltiplas do período do relógio de amostragem. Possibilita-se o conhecimento da taxa de eventos por canal e a taxa de coincidências entre pares de canais. Possibilita-se a rejeição de coincidências múltiplas. Implementa-se diretamente o conceito de campo de visão (FOV, acrónimo do inglês Field Of View), permitindo selecionar os pares de canais aceites por um determinado FOV de entre todos os pares de canais possíveis para o tomógrafo. Tal pode ser feito programando um dos FOV já previstos ou, alternativamente, selecionando uma combinação aleatória de pares de canais. Permite-se a sincronização dos sinais provenientes dos diferentes canais temporais do tomógrafo, através da programação interna, na FPGA, de atrasos temporais individuais para cada canal com uma granularidade de 390 ps, até um valor máximo de aproximadamente 40 ns. Os valores dos atrasos a programar podem ser obtidos recorrendo a histogramas de coincidências adquiridos automaticamente com o próprio módulo. A arquitetura do módulo é facilmente adaptável para poder ser utilizada em tomógrafos de maiores dimensões, com um número grande de canais. De facto, o seu desenho encontra-se completamente parametrizado, nomeadamente em termos do número de canais e do grau de intercalação temporal, tendo sido verificado o seu funcionamento para os diferentes parâmetros por simulação lógica. Na sua implementação atual, com 6 canais, foram realizados com sucesso testes de validação experimental com o tomógrafo para pequenos animais em desenvolvimento pela equipa das RPCs do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas de Coimbra (LIP-Coimbra). | Ciências Exactas e Naturais |
27,956 | Gestão de Energia em Redes de Sensores sem Fios | redes de sensores sem fios,despertar por radiofrequência,gestão de energia,captação de energia | A energia é um recurso limitado em redes de sensores sem fios, pelo que uma gestão eficiente da energia disponível é crucial para aumentar o seu tempo de vida operacional. Assim, a gestão de energia em redes de sensores sem fios tem estado focada no desenvolvimento de mecanismos de activação sincronizada de nós “adormecidos” e de tecnologias de captação de energia do meio envolvente. O objectivo deste trabalho consistiu em explorar estas duas abordagens para criar condições de disponibilidade contínua de energia nos nós de redes sem fios: em primeiro lugar, explorando tecnologias de captação de energia de importantes fontes no meio envolvente: luz solar, diferenciais térmicos e campos electromagnéticos, e, também, cultivando métodos e tecnologias de despertar por radiofrequência (wake-up radio) como forma mais adequada de gerir as oportunidades de operação dos nós de uma rede, poupando energia no tempo restante. São apresentados estudos e soluções realizadas no âmbito industrial, bem como os métodos e resultados da análise realizada para a sua validação. Assim, conseguiu-se: • Uma solução baseada na captação de energia solar, com uma eficiência superior a 70% (desde a saída do painel fotovoltaico), capaz de suportar sensores e repetidores numa rede, acumulando energia correspondente a autonomias de 16 e 40 horas, respectivamente, numa aplicação de diagnóstico de seccionadores de alta-tensão em subestações de distribuição de electricidade; • Uma solução de captação de energia de diferenciais térmicos, para suportar sensores de diagnóstico do estado de funcionamento de purgadores, em linhas industriais de distribuição de vapor, permitindo uma disponibilidade permanente de energia, mesmo para diferenças de temperatura de uns meros 20 °C; • Uma solução de captação de energia de campos magnéticos gerados por correntes eléctricas intensas, para aplicação em sensores sem fios a utilizar em redes de distribuição de electricidade, que, nas circunstâncias dos trabalhos propostos, amplamente demonstrou a viabilidade do conceito e foi industrialmente incorporado numa unidade sem fios para a monitorização de correntes eléctricas e o diagnóstico do estado de fusíveis em postos de transformação; • Duas soluções de despertar por radiofrequência, sem prejuízo da latência de comunicação: (i) despertar colectivo, sincronizado para todos os nós da rede no volume de alcance-rádio do emissor, que se revelou eficaz até aos 37 metros, no interior, consumindo 7 µA e (ii) despertar selectivo, individualizando o nó a activar, com um alcance de 33 metros, igualmente no interior, consumindo 5 µA — em campo aberto, o alcance foi de 10 metros. Em suma: as soluções industriais realizadas no âmbito deste trabalho demonstram a viabilidade de suportar a alimentação em potência de nós de redes sem fios operando em diferentes regimes e dependendo de diversas fontes de energia, em natureza e potência disponível, que, no nosso entender constitui condição necessária ao sucesso industrial das redes de objectos sem fios. | Ciências Exactas e Naturais |
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