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Integração do processo de Fenton e biofiltração com Corbicula fluminea para o tratamento de efleuentes vinícolas

Palavras-chave: Processo de Fenton,Biofiltração,Corbicula fluminea,Efluentes vinícolas,Integração de processos;Fenton's process,Biofiltration,Corbicula fluminea,Winery wastewater,Processes integration

O objetivo proposto desta investigação consistiu na análise do potencial da integração de dois processos de tratamento de efluentes envolvendo o reagente de Fenton e a biofiltração com amêijoa asiática, na depuração de águas residuais provenientes da indústria de produção de vinho. Nos estudos desenvolvidos com o processo de Fenton foram analisadas duas gamas de condições de tratamento tendo em conta a carga de reagentes (peróxido de hidrogénio e ferro) utilizada. A utilização da gama baixa permitiu avaliar se as condições operacionais descritas na literatura para o tratamento de efluentes vinícolas usando foto-Fenton (isto é, recorrendo a radiação como coadjuvante da reação) podiam ser extrapoladas, para o caso em que não é utilizada luz. No entanto, para esta gama, a remoção de carga orgânica (medida como carência química de oxigénio – CQO) máxima foi de 19.4 % usando [Fe2+] = 13,3 mM e [H2O2] = 0.05 M. Tendo em conta a baixa degradação obtida, planeou-se um desenho de experiências para avaliar o efeito da concentração de reagentes na eficiência do processo, agora usando uma gama alta de carga de ferro e de peróxido de hidrogénio. Concluiu-se que, para a gama testada, as melhores condições seriam [Fe2+] = 30 mM [H2O2] = 0.206 M, levando a uma remoção de CQO de 52 %. Tendo em conta a sazonalidade da sua composição, a toxicidade dos efluentes vinícolas produzidos em diferentes alturas do ano foi estudada através de testes de mortalidade com a amêijoa asiática, para uma exposição de 96h. Os resultados revelaram que, quanto maior a carga orgânica do efluente, maior a toxicidade. Por outro lado, verificou-se que aplicação do processo de Fenton (usando as duas condições referidas anteriormente) reduz significativamente o impacto das águas residuais sobre a C. fluminea. De facto, entre as duas condições de Fenton referidas houve apenas pequenas diferenças no que toca a mortalidade da amêijoa, pelo que a escolha da melhor terá que passar por uma análise económica. O processo de biofiltração (10 dias) demonstrou elevada eficiência na remoção de CQO. A carência química de oxigénio apresentou um pico de remoção, que rondou os 100 %, no oitavo dia, aproximadamente, para todos os efluentes em teste. No entanto, esse valor não se manteve devido à matéria orgânica expelida das amêijoas ao longo do processo que, ao fim do 8º dia, levou a um gradual aumento do CQO da água. Os resultados obtidos demonstram assim, que a integração entre o processo de Fenton e a biofiltração com C. fluminea constitui uma tecnologia promissora, podendo permitir a recuperação e reutilização da água num processo vinícola. Além disso, esta metodologia constitui uma forma inovadora de controlo de uma espécie invasora.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Processos Avançados de Electroquímica para Tratamento de Efluentes

Palavras-chave: tratamento de efluentes líquidos,ácidos fenólicos,processos electroquímicos,electrocoagulação,eléctrodo de zinco,liquid effluents treatment,phenolic acids,electrochemical processes,electrocoagulation,zinc electrode

A qualidade ambiental é cada vez mais uma preocupação presente no dia-a-dia da sociedade, tomando um lugar de destaque a diminuição da qualidade e quantidade da água. As águas residuais industriais, mais propriamente os efluentes de lagares de azeite caracterizados pela sua elevada carga poluente de difícil biodegradabilidade e toxicidade, requerem um tratamento alternativo aos processos convencionais. As suas propriedades impedem a utilização dos tratamentos biológicos uma vez que a presença de compostos recalcitrantes inibe os microrganismos responsáveis pela depuração. Assim surge a necessidade do desenvolvimento de processos mais eficazes como o caso do tratamento por eletrocoagulação. Neste processo utilizou-se um efluente simulado de lagares de azeite composto por seis ácidos fenólicos, sendo eles o ácido gálico, o trans-cinâmico, o 3,4-dihidroxibenzóico, o 3,4-dimetoxibenzóico, 3,4,5-trimetoxibenzóico e o 4-hidroxibenzóico. Estes ácidos são normalmente identificados na composição dos efluentes reais. No sistema de tratamento por eletrocoagulação e na sequência de estudos anteriores, o zinco foi utilizado como ânodo e o aço inoxidável como cátodo. As condições operatórias determinadas como ótimas neste processo foram as seguintes: o pH do efluente inicial igual a 3, a densidade de corrente a 250 A/m2, um espaçamento entre elétrodos de 1,0 cm e 1,5 g/L de NaCl adicionado inicialmente ao efluente para aumentar a condutividade do mesmo. Nestas condições conseguiram-se remoções de 84% para o TPh e de 40% para a CQO e um consumo energético de 40 kWh/m3. Aplicando os parâmetros operatórios otimizados nos estudos com o efluente sintético, a um efluente real de lagares de azeite obteve-se uma remoção de TPh e de CQO, na ordem dos 72% e 21%, respetivamente; com um consumo energético de 34 kWh/m3.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Sistemas de tempo real para processamento digital de impulsos em espectroscopia da radiação

Palavras-chave: Espectroscopia de radiação

Este trabalho demonstra as vantagens da utilização de sistemas de processamento digital de impulsos em espectroscopia da radiação, analisa as suas componentes fundamentais e propõe, implementa e valida algumas arquitecturas dedicadas em que um espectrómetro digital se pode basear. Estudam-se em detalhe os problemas inerentes à obtenção de um espectro de energia da radiação, desde o ruído presente até às questões intrínsecas à natureza do próprio fenómeno de emissão e detecção da radiação. O bloco de digitalização é analisado sendo demonstrado que uma arquitectura baseada em digitalizadores intercalados possui vantagens em termos de linearidade muito importantes em aplicações de espectroscopia da radiação. São também analisados os procedimentos tradicionalmente utilizados para o teste de digitalizadores e é demonstrado um método original, denominado método das amplitudes, com o qual é possível determinar o número efectivo de bits de um digitalizador sem necessidade de recorrer a uma fonte de sinal com precisão superior ao sistema em teste. Identificam-se os pontos críticos das arquitecturas de processamento digital de impulsos, estabelecem-se os requisitos fundamentais a que uma arquitectura com estes objectivos deve obedecer e apresenta-se uma arquitectura de multiprocessamento com processadores digitais de sinal. O seu desempenho é estudado nomeadamente em termos da taxa de contagem de impulsos e da possibilidade de se configurar um sistema com um tempo morto praticamente nulo. Uma análise do ponto de vista dos sistemas de tempo real é igualmente efectuada, focando-se as suas características bem como as técnicas utilizadas para assegurar o seu funcionamento contínuo e fiável como sistema autónomo. Finalmente, o trabalho conclui-se com a apresentação de um método original desenvolvido para a correcção do efeito da recolha incompleta de carga em detectores de CdZnTe, denominado método do deslizamento linear.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Monitorização e controlo remoto de pequenos sistemas de tratamento de águas residuais

Palavras-chave: Sistemas SCADA,Tratamento de águas residuais

As estações de tratamento de águas residuais de pequena dimensão colocam grandes dificuldades de exploração, em termos de operação e manutenção, devido à sua dispersão geográfica e a constrangimentos orçamentais. São, portanto, amplamente reconhecidas as vantagens da monitorização e do controlo remoto destas instalações. Existem actualmente várias soluções comercias que exploram as diversas tecnologias de comunicação e processamento de dados para o realizar. Todavia, a maioria destes sistemas, dada a sua flexibilidade e modularidade, exige uma instalação e manutenção especializada. De igual forma, as alterações e expansões do sistema não podem ser efectuadas pelos operadores/gestores habituais destas infra-estruturas. O presente trabalho apresenta um sistema de monitorização e controlo remoto de pequenos sistemas concebido especificamente para ser facilmente configurável e parametrizável pelos operadores/gestores das instalações. O sistema foi desenvolvido segundo uma abordagem orientada por objectos. A eficácia da solução é demonstrada através do sucesso de três casos práticos de aplicação.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Métodos instrumentais de reconstrução 3D em microscopia

Palavras-chave: Imagens tridimensionais,Microscopia óptica tridimensional

Neste trabalho foi construído um protótipo laboratorial de um microscópio óptico de varrimento numa mesa óptica, com a finalidade de aproveitar as características dos sensores de imagem, do tipo matriz linear, para o desenvolvimento de um sistema com a capacidade de recolher imagens com informação tridimensional (3D). A construção deste protótipo envolveu a definição do circuito óptico e a selecção dos seus componentes e o desenvolvimento de um módulo autónomo de leitura do sensor linear bem como de aplicações MATLAB que permitem configurar os varrimentos da plataforma do objecto, controlar o sensor e adquirir os seus dados e visualizar e processar a imagem. É feita uma descrição deste protótipo, discutindo-se as opções realizadas no que se refere à configuração do circuito óptico e à arquitectura global do microscópio e do módulo de leitura do sensor. Foram realizados testes com diferentes fontes de luz e modos de iluminação. São apresentados os resultados da avaliação da qualidade da imagem nomeadamente no que respeita à avaliação de contraste, resolução lateral, para a qual foi implementado um novo método para a determinação da função de espalhamento pontual (PSF), e principalmente a sua resposta axial. Com o modo de iluminação em linha, através da MTF, obteve-se um valor da razão de Strehl de 0,86, e determinaram-se os valores da resolução lateral e axial de aproximadamente 350 nm e 8 μm, respectivamente. O protótipo foi usado em aplicações na área da microscopia mais tradicional, como o da inspecção de circuitos integrados (IC), em que foi desenvolvida uma aplicação MATLAB para construir e visualizar as imagens bidimensionais (2D), após a aquisição de cada conjunto de dados lineares do sensor, e testar algoritmos de reconstrução 3D. São apresentadas imagens da ligação do fio metálico à pad de um IC (wire bonding) com informação 3D. As técnicas de microscopia 3D têm aplicações no campo da metrologia, nomeadamente perfilometria. O protótipo foi testado neste tipo de aplicações, com o intuito de avaliar a sua capacidade para obter medidas como a espessura ou altura, largura e inclinação de estruturas 3D, através da aplicação de diversos métodos de reconstrução e visualização 3D. Os resultados foram consistentes, em especial na determinação de perfis de uma estrutura 3D existente num componente micromaquinado, em que se obtiveram valores de altura e inclinação muito próximos dos indicados nas especificações do componente.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Desenvolvimento de um Glicómetro com comunicação sem fios

Palavras-chave: Engenharia biomédica,Diabetes Mellitus,Diapositivo médico,Computação,Glicómetro,Monitorização

Nos últimos anos, o número de mortes causadas por Diabetes Mellitus tem vindo a aumentar em Portugal, assim como o envelhecimento da população. Apesar da consciência da população, os hábitos de alimentação errados, juntamente com a pouca atividade física estão progressivamente a tornar a nossa população mais suscetível a esta doença. A única maneira de atenuar os problemas e complicações que surgem do comportamento patofisiológico complexo de Diabetes é pela monitorização da concentração de glicose no sangue e, portanto, ajustar os níveis de insulina para manter os níveis de glicose baixos, nos vasos sanguíneos. Na presente dissertação são expostos o problema da Diabetes por todo o mundo e os passos seguidos para desenvolver uma solução para monitorizar glicose que inclui hardware, firmware para o protótipo final e o software para comunicar com o dispositivo, usando o protocolo Bluetooth Low Energy. Numa fase inicial foram estudados os fundamentos do sinal amperimétrico de glicose e os possíveis algoritmos a implementar. Foram apresentados vários métodos para monitorização de glicose, houve um estudo de mercado simples para encontrar as principais características necessárias para fazer um produto competitivo. As características necessárias do protótipo final foram previamente definidas, para orientar o desenvolvimento. As fases mais avançadas foram focadas no cumprimento dos requisitos e nos testes realizados. Foi desenvolvida uma aplicação Android para permitir a visualização de dados após o ensaio, assim como um software Matlab que representa os dados armazenados num computador, obtidos por porta série, para armazenamento. As principais características do dispositivo são a portabilidade, comunicação sem fios e autonomia. Palavras-chave: Diabetes Mellitus, Dispositivos Médicos, Hardware, Bluetooth Low Energy, Altium Designer, Firmware, linguagem de programação C.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Detecção de embolia pulmonar em exames de angio-TC pulmonar

Palavras-chave: Angiografia pulmonar,Embolia pulmonar,Imagiologia biomédica,Tomografia computorizada - pulmões

A embolia pulmonar é uma das causas de doença e morte inesperadas mais comuns, sendo, por isso, desejável o diagnóstico precoce da doença. Com esse propósito, e com o objectivo de auxiliar o diagnóstico médico, foi desenvolvido um método automático de visualização e segmentação de embolias em exames de Angiografia Pulmonar por Tomografia Computorizada Pulmonar. Numa primeira etapa, o método realiza uma segmentação pulmonar 3D para limitar o espaço de procura à região pulmonar. Na segmentação pulmonar foram utilizadas técnicas de threshold e operadores morfológicos. No passo seguinte, é determinada a segmentação vascular com o recurso a processos de co-registo, o que possibilita o alinhamento de volumes para que estes possam ser comparados e assim salientar os vasos sanguíneos. As embolias são depois detectadas analisando as suas características dentro dos vasos sanguíneos. As características usadas foram a intensidade, o volume e a localização. O método foi testado em exames de pacientes com embolia pulmonar, permitindo detectar as zonas com embolia pulmonar, assim como visualizá-las secção a secção e tridimensionalmente. O desempenho do método foi comparado com a detecção feita por um radiologista.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Classificação da esteatose hepática usando imagens ecográficas

Palavras-chave: Diagnóstico - computador,Esteatose hepática

A esteatose é uma patologia a nível do fígado caracterizada por um excesso de gordura. Técnicas imagiológicas como ressonância magnética, tomografia axial computorizada, biópsia e ultrassonografia (US) são usadas na identificação desta patologia, sendo a modalidade de US a técnica mais comum na avaliação desta condição patológica. Este método de diagnóstico é contudo extremamente dependente da percepção visual dos clínicos especialistas pois trata-se de uma análise puramente qualitativa. Devido a esta dificuldade análises quantitativas de imagens obtidas por US têm sido sugeridas. Neste trabalho foram desenvolvidos três modelos independentes que providenciam uma “segunda opinião” aos clínicos revelando a presença ou ausência de esteatose. Estes três modelos baseiam-se nas diferenças de padrão existentes a nível do parênquima hepático, na diferença de ecogenicidade entre fígado e rim e na atenuação das ondas acústicas ao longo da profundidade. O primeiro modelo estudado, a análise do padrão, foi conseguido pelo desenvolvimento de um sistema de Diagnóstico Assistido por Computador (DAC) usando um total de 357 características provenientes de fontes diferentes, cinco classificadores, um selector de características e um algoritmo de fusão de classificadores. O comportamento do sistema DAC para novas amostras foi determinado por dois parâmetros: precisão e área por debaixo da curva ROC. O segundo modelo analisa as ecogenicidades entre o parênquima hepático e córtex renal para calcular um quociente que expressa o coeficiente hepatorrenal (CH). O objectivo desse modelo é encontrar um limiar acima do qual a amostra é considerada esteatótica e abaixo do qual é considerada normal. Finalmente, o terceiro modelo de análise consistiu no estudo de um coeficiente de atenuação (CA) calculado de forma semelhante ao CH usando desta vez regiões correspondentes unicamente ao fígado. Adicionalmente foram estudadas diferenças no comportamento destes três modelos entre dois conjuntos de imagens em que um deles é caracterizado pela livre manipulação de parâmetros pertencentes à imagem de US e o outro é descrito por manter estes mesmos parâmetros numa escala fixa. Palavras-Chave: Esteatose, Sistema de Diagnóstico Assistido por Computador, Coeficiente de Atenuação, Coeficiente Hepatorrenal.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Desenvolvimento e caracterização de estruturas microfluídicas em LTCC para remoção de microbolhas

Palavras-chave: Engenharia Física,Tecnologia,Geradores,Microbolhas

Esta dissertação explora o estado de arte do desenvolvimento de geradores de microbolhas e a sua aplicação na caracterização de removedores de microbolhas/debubblers. Apesar da extensa utilização de estruturas microfluídicas para remoção de bolhas baseadas em membranas porosas não existe um consenso quanto à caracterização dos mesmos. Determinam-se por isso os parâmetros de performance de removedores de bolhas e propõe-se uma metodologia de caracterização inovadora com apresentação gráfica de resultados. É apresentado neste trabalho o projeto e desenvolvimento de um gerador de bolhas monodispersas com volume mínimo de 2μL em LTCC (Low Temperature Confired Ceramics) com base numa junção T de dois canais microfluídicos que permitiu validar com sucesso o funcionamento de um removedor de bolhas passivo baseado numa membrana em PTFE (politetrafluoroetileno), para fluxos entre os 100μL/min e os 2mL/min. Palavras Chave: Microfluídica. Sistema de remoção de gás. Removedor de bolhas. Bolhas de ar. Gerador de bolhas. LTCC.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Electroforese bidimensional no cancro colo-rectal em hipóxia e normóxia: Optimização de procedimento para MALDI-TOF/TOF

Palavras-chave: Cancro colo-rectal,Hipóxia fumoral - diagnóstico

O carcinoma colo-rectal é o terceiro tipo de cancro mais diagnosticado nos homens e o segundo nas mulheres em todo o mundo. Em Portugal, é o segundo mais incidente, logo a seguir ao cancro da próstata nos homens e ao da mama nas mulheres. A hipóxia tumoral, estado de reduzida pressão parcial de oxigénio nos tecidos, constitui uma das principais causas de resistência ao tratamento anti-tumoral. Esta condição está fortemente associada à propagação, progressão maligna e à resistência terapêutica nos tumores sólidos malignos, tornando-o um indicador de um mau prognóstico. Assim, é de extrema importância a compreensão dos mecanismos adaptativos das células tumorais a este tipo de microambiente. O objectivo deste trabalho consiste na optimização de um método de separação de proteínas para desenvolvimento de um método não invasivo de diagnóstico da hipóxia tumoral que forneça a informação necessária para melhor compreender a resposta tumoral à hipóxia e estabelecer um plano de tratamento. Inicialmente prepararam-se extractos de proteínas de três linhas celulares diferentes de carcinoma colo-rectal humano (WiDr, C2BBe1 e LS1034) em condições de hipóxia e normóxia. Posteriormente, recorrendo a técnicas de separação que sofreram um longo e complexo processo de optimização separaram-se as proteínas pela sua carga, através de focagens isoeléctricas e peso molecular por electroforeses bidimensionais (2D). A informação obtida com estas metodologias, permite traçar um perfil de expressão protéica de modo a estudar as características adaptativas das células à hipóxia. Os resultados sugerem que todo o processo até a obtenção dos spots que representam a expressão das proteínas está optimizado e ainda permite afirmar que de facto há uma resposta celular a este microambiente tumoral com diminuída pressão parcial de oxigénio. É ainda possível verificar através da análise de resultados, XIII que as linhas celulares provenientes do cólon (WiDr e C2BBe1) apresentam uma menor expressão de proteínas em ambientes de hipóxia e que a linha celular proveniente do ceco (LS1034) aumenta a expressão protéica sob as mesmas condições.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Colaboração escola-universidade: ano probatório e estágio pedagógico. Uma análise focada no ensino da física

Palavras-chave: Cooperação universidade-escola,Formação de professores,Aprendizagem da física

A preparação profissional de professores dos ensinos básico e secundário, inicial ou contínua, é tarefa complexa, pelas vertentes que a compõem (de natureza científica, pedagógica, didática e funcional), pelas instituições que a envolvem (escolas e universidades) e pelos agentes que nela participam (futuros professores, orientadores cooperantes, orientadores científicos e direções das escolas anfitriãs de estágios), tornando fundamental uma focagem em propósitos formativos objetivos e devidamente hierarquizados, sob pena de dispersão ou constrição das competências a relevar na formação docente. Neste trabalho procurou traçar‐se um programa de término da formação inicial do docente de Física (e, necessariamente também de Química) que considera o estágio pedagógico e o ano probatório e uma estreita colaboração Escola‐ Universidade, adequado a uma melhor formação profissional holística do futuro docente de Física. Para tanto, sabendo da responsabilidade dos docentes em forjar e moldar as expectativas dos alunos e da relação positiva entre expectativas afins às dos peritos e as aprendizagens adequadas, portanto o sucesso escolar, estudaramse as expetativas dos alunos sobre a aprendizagem da Física e a forma como os professores as influenciam. Também, observou‐se a atual formação proporcionada no ano de estágio, segundo os pontos de vistas dos diversos intervenientes, reconhecendo os pontos fortes, os aspetos a desenvolver e as potencialidades do estágio pedagógico e do ano probatório, tal como atualmente acontecem, antevendo a preparação no último ano do 2.º ciclo de estudos no modelo pós‐ Bolonha, e, ainda, as vantagens e os constrangimentos de um projeto de colaboração entre escolas e universidades, com objetivos de formação contínua de professores da área de Ciências, entre elas a Física. Contextualizou‐se, por último, a atual colaboração Escola‐Universidade na formação docente, compreendendo a evolução histórica e verificando a sua pertinência na preparação do professor de Física, não apenas na formação inicial. O conhecimento conquistado com os trabalhos desenvolvidos e com as pesquisas realizadas permitiu desenhar o referido programa, estabelecendo os vi campos de ação da Escola e da Universidade e a forma de potencializar a colaboração entre as duas instituições, definindo os papéis dos diversos intervenientes e valorizando, continuamente, a atuação, as características individuais e o aperfeiçoamento profissional do futuro e do jovem professor de Física, reconhecendo a conveniência de uma colaboração Escola‐Universidade que vá além da formação inicial do docente de Física. Palavras‐chave Formação de professores; colaboração Escola‐Universidade; expectativas dos alunos; aprendizagem da Física.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais