ESTiG - Teses de Doutoramento
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- Acumulação e libertação de metais pesados por briófitas aquáticasPublication . Martins, RamiroTradicionalmente a remoção de metais pesados de efluentes é feita usando diversas técnicas (precipitação, electrólise, permuta iónica, osmose inversa, adsorção), normalmente dispendiosas e/ou pouco eficientes para soluções diluídas. A biossorção, processo em que materiais naturais ou seus derivados são usados na remoção e recuperação de metais pesados, proporciona um tratamento alternativo competitivo, pelo que os respectivos parâmetros cinéticos e de equilíbrio devem ser bem conhecidos, de modo a prevenir fracassos na sua aplicação. Nesse contexto, este trabalho teve por objectivo estudar os processos de bioacumulação/eliminação e de biossorção de Cd(II), Cr(VI), Pb(II) e Zn(II) pelo musgo aquático Fontinalis antipyretica, espécie largamente dispersa nos lagos e rios Portugueses. Os musgos aquáticos são capazes de acumular iões metálicos em solução aquosa e de libertá-los parcialmente quando expostos em água isenta de metal. Desempenham um papel importante na avaliação e na remoção de elementos tóxicos na água. A vantagem dos musgos relativamente a uma amostragem directa da água é que o seu uso permite uma integração de variações no espaço e no tempo, favorece o nível de quantificação do contaminante por concentração dos elementos tóxicos e fornece informação acerca das espécies biodisponíveis. Foram realizadas treze experiências laboratoriais em contínuo para determinar as cinéticas de acumulação e libertação de metal pelo musgo. Um modelo cinético de transferência de massa de primeira ordem (modelo de dois compartimentos) foi ajustado aos resultados experimentais, para determinar as constantes de acumulação e de eliminação, k1 e k2, a concentração de metal nos musgos no fim do período de acumulação, Cmu, e no equilíbrio, para as fases de contaminação e descontaminação, Cme e Cmr, respectivamente. Foram determinados factores de bioconcentração, BCF = k1 / k2, e de eliminação biológica, BEF = 1 - Cmr / Cmu. Para avaliação dos mecanismos envolvidos no processo de acumulação global dos metais foram estudados o efeito da concentração do metal, do pH do meio, da temperatura, da intensidade luminosa, do estado fisiológico da biomassa (época de colheita), da natureza da biomassa (viva/morta), da dureza da água e da realização de ciclos de contaminação/descontaminação consecutivos. Foram ainda realizadas experiências cinéticas e de equilíbrio em adsorvedor fechado, para avaliar o potencial do musgo como biossorvente de metais pesados em futuras aplicações industriais. Numa avaliação preliminar deste tipo de biossorvente, foi estudada a influência de alguns parâmetros operacionais, como o tempo de contacto, a concentração inicial de metal, a concentração de musgo usada e a presença de outros iões metálicos, na cinética de acumulação de Cd(II), Cr(VI), Pb(II) e Zn(II). Ajustaram-se diferentes modelos cinéticos – Lagergren, pseudo-segunda ordem, segunda ordem modificado de Ritchie, de Elovich e Sorção Dinâmica – aos resultados experimentais obtidos em adsorvedor fechado. O modelo de pseudo-segunda ordem foi o que conduziu ao melhor ajuste. Nos ensaios de equilíbrio em sistema fechado foi avaliada a influência da concentração inicial de ião metálico, pH inicial, temperatura, dureza da água e natureza do sal de metal usado no processo de biossorção. Ajustaram-se quatro modelos de equilíbrio – Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson e Langmuir-Freundlich – aos resultados experimentais tendo-se obtido parâmetros estatisticamente significativos para os modelos de Langmuir e Freundlich. Para um nível de confiança de 95% qualquer dos dois modelos descreve adequadamente os resultados experimentais. A eliminação de metais pesados em solução aquosa por biossorção em musgos aquáticos revelou-se um processo interessante, podendo ser aplicado na purificação de águas residuais industriais contendo metais. A capacidade máxima de biossorção de qualquer um dos iões metálicos é elevada, apresentando valores da mesma ordem de grandeza ou mesmo superiores aos obtidos com outros biossorventes.
- Adopção de políticas de segurança de sistemas de informação na administração pública local em PortugalPublication . Lopes, Isabel MariaNas últimas décadas, com a crescente dependência das organizações dos seus Sistemas de Informação (SI), o valor da informação assumiu uma importância vital para as organizações. A atenção das organizações, que era focada primordialmente nos seus activos tangíveis (físicos e financeiros), passou também a focar-se no activo informação. A Segurança de Sistemas de Informação (SSI) é um tema crítico a ter em conta nas organizações de todo o mundo. Face à importância das tecnologias de informação para o negócio e à utilização massiva da Internet e dos serviços que lhe estão associados, o número de ameaças que a informação está sujeita é cada vez mais elevado e consequentemente a necessidade de proteger os sistemas de informação torna-se mais premente. Tanto ou mais importante que atingir os níveis de segurança de informação adequados a cada organização, é conseguir mantê-los. Não basta ter software e hardware que contribua para a segurança da informação, mas também uma política de segurança e uma boa gestão da segurança, de forma a alicerçar devidamente os esforços de protecção dos activos do Sistema de Informação. No que diz respeito à Administração Pública Local, os munícipes esperam das autarquias o desenvolvimento e modernização dos seus SI, com vista a que a disponibilização de diversos serviços de forma interactiva e online se torne numa realidade cada vez mais acessível a todos e que a segurança dos dados associados a esses serviços tenha sido devidamente considerada. No domínio da investigação observa-se um número razoável de estudos sobre a temática das políticas de segurança, contudo, o número de estudos é reduzido no que diz respeito a trabalhos empíricos acerca das questões de adopção de políticas de segurança. No caso da Administração Pública Local em Portugal, esses estudos são praticamente inexistentes. Dada a ausência de estudos sobre esta temática nas Câmaras Municipais, foi elaborado e realizado um inquérito às 308 edilidades municipais, tendo por finalidade contribuir para a constituição de uma base de reflexão acerca das opções de investigação a desenvolver em torno da temática da “Adopção de Políticas de Segurança de Sistemas de Informação na Administração Pública Local em Portugal”. viii O principal objectivo do inquérito foi a obtenção de resposta à seguinte questão: As Câmaras Municipais Portuguesas têm implementadas políticas de SSI? Com base no levantamento efectuado concluiu-se que das 308 Câmaras Municipais de Portugal, 12% (38) indicaram dispor de políticas de SSI e 88% (270) indicaram não ter ou ainda se encontrarem em processo de formulação da política para posterior implementação. Esta constatação deu origem ao problema de investigação que se funda na reduzida adopção de políticas de SSI por parte dos Municípios em Portugal. A diluição do problema de investigação implicou satisfazer os seguintes objectivos: identificar as componentes e características das políticas de segurança existentes; identificar factores que afectam a adopção de políticas de SSI por parte das Câmaras Municipais, classificar esses factores e propor um enquadramento para auxiliar na compreensão da adopção de políticas de SSI nas Câmaras Municipais. Para se alcançarem os objectivos mencionados, este trabalho passou, para além da realização do levantamento já referido, por mais dois momentos fundamentais. O segundo momento consistiu na realização de 44 entrevistas semi-estruturadas, conduzidas presencialmente, gravadas, transcritas e posteriormente codificadas. O objectivo da realização das entrevistas foi recolher um conjunto de dados que possibilitasse dar resposta a questões intrínsecas ao problema de investigação. O terceiro momento fundou-se na recolha de políticas de SSI junto das Câmaras Municipais. O objectivo desta recolha foi, para além de verificar as características e componentes presentes nestes documentos, aferir-se a homogeneidade entre eles e com isso propor-se um modelo base de política de SSI a seguir pelos Municípios. Depois de concluído o percurso de investigação descrito, constatou-se que não existe uma única política ou modelo base partilhado pelos Municípios que já aprovaram ou se preparam para aprovar uma política de SSI. Com efeito, a inexistência de um modelo de referência que possa ser seguido pelas autarquias constitui um obstáculo à adopção de políticas de SSI à escala administrativa local. Assim, a adopção por via legislativa ou por recomendação da Associação Nacional de Municípios Portugueses de um modelo coerente, uniforme e flexível de políticas de SSI para as Câmaras Municipais, constituiria um contributo ou passo decisivo para a institucionalização dessas políticas. Neste trabalho de investigação evidenciam-se como principais contributos, para além dos dois modelos base de política de SSI, o destaque no que diz respeito ao conteúdo das políticas, processo e contexto na sua adopção.
- Ambientes virtuais povoados com simulação eficiente de detecção de colisões e planeamento de trajectos em navegação realmente 3DPublication . Deusdado, LeonelA tecnologia de produção de ambientes virtuais tem vindo cada vez mais a ser utilizada em projectos de animação, desenho e avaliação em diversas áreas. Mundos virtuais com níveis de detalhe consideráveis estão a começar a emergir em toda a parte, desde largas áreas das actuais cidades até ambientes virtuais interiores mais específicos e detalhados (edifícios habitacionais, estádios, estruturas industriais, reconstruções arqueológicas, etc). No entanto, melhorar a aparência visual destes edifícios virtuais já não é suficiente. Com o propósito de proporcionar novas condições de simulação a aplicações tais como o planeamento urbano, simulações comportamentais e de fluxo de pedestres, entretenimento, etc, é necessário o povoamento destes ambientes. Povoar estes mundos simulando a presença de vida, adiciona um toque extra à visualização e realismo, mas infelizmente traz também carga adicional ao sistema. Uma das lacunas da pesquisa nesta área é a representação eficiente de ambientes densamente povoados, com simulação de navegação autónoma realmente tridimensional das personagens, enquadradas em modelos ou cenários arbitrários. Diversas condições e áreas de actuação são necessárias quando pretendemos simular a presença humana (através de personagens sintéticas animadas) nestas circunstâncias, tais como a detecção de colisões, planeamento de trajectos, algoritmos comportamentais, rendering dinâmico da geometria, entre outros. Nesta tese, é publicado um método transversal de modo a exibir e consolidar comportamentos autónomos de multidões virtuais em ambientes reais de animação. O sistema tem a capacidade de incluir um grande número de personagens lidando com mundos 3D arbitrariamente complexos, não requerendo qualquer conhecimento prévio da geometria, e proporcionando navegação em tempo real, autónoma, e tridimensional. Inicialmente, é apresentado um método de detecção de colisões usando técnicas conservadoras, capaz de comportar milhares de avatares e lidar com cenas 3D de grandes dimensões e complexidade, não necessitando de qualquer informação ou conhecimento prévio do modelo. Este método demonstrou ser um mecanismo eficiente e escalável de detecção de colisões entre os agentes e o ambiente 3D. Recorrendo a um mapeamento e extracção de dados automático a partir do modelo inicial, fornece a detecção de colisões e a interacção entre os próprios agentes virtuais, e os agentes virtuais e o ambiente que os rodeia. Este método mostrou-se apropriado como base de implementação posterior de algoritmos de planeamento de percursos e outros algoritmos comportamentais, onde o avatar incorporará procedimentos de mais alto-nível. Para projectos de desenho, simulação e testes de facilidades de navegação em locais públicos, é importante prever as principais rotas ou fluxos a serem usados. Uma segunda aproximação apresentada, consiste em decompor a cena 3D em partições multi-nível (para navegação em ambientes 3D, principalmente em interiores de edifícios) criando um sistema que possa usar este tipo de catalogação como informação relevante de modo a planear rotas de acordo com as deslocações em várias alturas. A outro nível, o objectivo foi também testar a base de navegação criada, desenvolvendo mecanismos de implementação de novos e naturais comportamentos associados à navegação das personagens virtuais, lidando com várias variáveis de interacção, permitindo um comportamento mais realista e de reacção entre estes e o ambiente virtual. Em resumo, foram definidos sistemas de condições, regras e propriedades capazes de produzir comportamentos mais naturais e autónomos em personagens virtuais representativos da conduta humana. Virtual environment technology has been increasingly used for animation projects, design and evaluation in several areas. Virtual worlds, with considerable levels of detail, are starting to emerge everywhere, from large areas of actual cities to detailed and complex virtual indoor environments (buildings, stadiums, industrials structures, archaeological reconstructions, etc). However, improving the visual appearance of these virtual buildings is not enough anymore. In order to provide applications with new simulation conditions such as urban planning, behaviour and flow of pedestrian’s simulation, entertainment, etc, requires the populating of these virtual environments. Populating these worlds to simulate the presence of life, adds an extra touch to the visualization and credibility, but unfortunately it also brings an extra burden to the system. One of the issues of the research in this area is the representation of a densely crowded environment, simulating autonomous and real three-dimensional navigation to the virtual characters in arbitrary three-dimensional models or scenarios. Several steps are required when we need simulate the human presence (by synthetic animated characters) in these circumstances, such as collision detection, path planning/finding, behavioural algorithms, dynamic rendering of geometry, amongst others. In this thesis, a transversal approach is presented to demonstrate and consolidate autonomous virtual crowd behaviours in realistic animation environments. The system is able to include a large number of characters dealing with arbitrarily complex 3D worlds, not requiring any prior knowledge of the geometry, and providing real-time navigation, autonomous, and really three-dimensional. Initially, a method for efficient and scalable conservative collision detection is presented, that is able to deal with large and complex 3D scenes with thousands of avatars, not requiring any prior knowledge of model. This method demonstrated to be a fast, efficient and scalable collision detection process between virtual agents and the 3D environment. Using an automatic data extraction and mapping process from the initial graphical model, it provides collisions detection and interaction between virtual agents, as well as virtual agents and the environment that encircles them. This method proved to be appropriate as a basis for further implementation of path planning/finding algorithms and other behaviours algorithms. For design projects, simulation and the study of crowd behaviour facilities in public places, it is however important to be able to predict heavily used routes or peak flows. The second approach presented, consists in decomposing the 3D scene in multi-level sub-divisions (for navigation in 3D environments such as indoor building) creating a system that can use this type of cataloguing as relevant information to planning and finding routes, according to the movements at the various levels of heights. At another level, the goal was testing the base of navigation, developing mechanisms for new and natural behaviour implementations associated with virtual characters navigation, dealing with some interaction variables, representing a more realistic react/interact behaviour. In summary, autonomous conditions systems, rules and properties were defined, that are capable to produce behaviours representative of human condition.
- An agile and adaptive holonic architecture for manufacturing controlPublication . Leitão, PauloIn the last decades significant changes in the manufacturing environment have been noticed: moving from a local economy towards a global economy, with markets asking for products with high quality at lower costs, highly customised and with short life cycle. In this environment, the manufacturing enterprises, to avoid the risk to lose competitiveness, search to answer more closely to the customer demands, by improving their flexibility and agility, while maintaining their productivity and quality. Actually, the dynamic response to emergence is becoming a key issue, due to the weak response of the traditional manufacturing control systems to unexpected disturbances, mainly because of the rigidity of their control architectures. In these circumstances, the challenge is to develop manufacturing control systems with autonomy and intelligence capabilities, fast adaptation to the environment changes, more robustness against the occurrence of disturbances, and easier integration of manufacturing resources and legacy systems. Several architectures using emergent concepts and technologies have been proposed, in particular those based in the holonic manufacturing paradigm. Holonic manufacturing is a paradigm based in the ideas of the philosopher Arthur Koestler, who proposed the word holon to describe a basic unit of organisation in biological and social systems. A holon, as Koestler devised the term, is an identifiable part of a (manufacturing) system that has a unique identity, yet is made up of sub-ordinate parts and in turn is part of a larger whole. The introduction of the holonic manufacturing paradigm allows a new approach to the manufacturing problem, bringing the advantages of modularity, decentralisation, autonomy, scalability, and re-use of software components. This dissertation intends to develop an agile and adaptive manufacturing control architecture to face the current requirements imposed to the manufacturing enterprises. The architecture proposed in this dissertation addresses the need for the fast reaction to disturbances at the shop floor level, increasing the agility and flexibility of the enterprise, when it works in volatile environments, characterised by the frequent occurrence of unexpected disturbances. The proposed architecture, designated by ADACOR (ADAptive holonic COntrol aRchitecture for distributed manufacturing systems), is based in the holonic manufacturing paradigm, build upon autonomous and cooperative holons, allowing the development of manufacturing control applications that present all the features of decentralised and holonic systems. ADACOR holonic architecture introduces an adaptive control that balances dynamically between a more centralised structure and a more decentralised one, allowing to combine the global production optimisation with agile reaction to unexpected disturbances. Nas últimas décadas têm-se assistido a mudanças significativas no ambiente de fabrico: evoluindo de uma economia local para um economia global, com os mercados a procurar produtos com elevada qualidade a baixos preços, altamente customizados e com um ciclo de vida curto. Neste ambiente, as empresas de manufactura, para evitar o risco de perda de competitividade, procuram responder às solicitações dos clientes, melhorando a sua flexibilidade e agilidade, mantendo os mesmos índices de produtividade e qualidade. Na verdade, a resposta dinâmica à emergência está a tornar-se num assunto chave, devido `a fraca resposta a perturbações que os sistemas de controlo de fabrico tradicionais apresentam, principalmente devido à rigidez das suas arquitecturas de controlo. Nestas circunstâncias, é fundamental o desenvolvimento de sistemas de controlo de fabrico com capacidades de autonomia e inteligência, rápida adaptação às mudanças, maior robustez à ocorrência de perturbações e fácil integração de recursos físicos e sistemas legados. Diversas arquitecturas usando conceitos e tecnologias emergentes têm sido propostas, em particular algumas baseadas no paradigma da produção holónica. O paradigma da produção holónica é inspirado nas ideias de Arthur Koestler, que propôs a palavra holon para descrever uma unidade básica de organização de sistemas biológicos e sociais. Um holon, de acordo com a definição de Koestler, é uma parte identificável do sistema com identidade única, composta por sub-partes e fazendo simultaneamente parte do todo. A introdução do paradigma da produção holónica permite uma nova abordagem aos sistemas de controlo de fabrico, trazendo vantagens de modularidade, descentralização, autonomia, escalabilidade e reutilização de componentes. Esta dissertação pretende desenvolver uma arquitectura de controlo ágil e adaptativa que suporte os requisitos actuais impostos `as empresas de manufactura. A arquitectura proposta visa a necessidade de uma reacção rápida a perturbações, ao nível da planta fabril, melhorando a flexibilidade e agilidade da empresa quando esta opera em ambientes voláteis, caracterizados pela ocorrência frequente de perturbações inesperadas. A arquitectura proposta, designada por ADACOR (ADAptive holonic COntrol aRchitecture for distributed manufacturing systems), é baseada no paradigma da produção holónica e construída sobre holons autónomos e cooperativos, permitindo o desenvolvimento de aplicações de controlo de fabrico que apresentem todas as características dos sistemas descentralizados e holónicos. A arquitectura holónica ADACOR introduz um controlo adaptativo que balança dinamicamente entre uma estrutura de controlo mais centralizada e uma mais descentralizada, permitindo combinar a optimização da produção com a ágil reacção a perturbações.
- Análise experimental e numérica do comportamento de estruturas metálicas sujeitas à acção do fogoPublication . Piloto, P.A.G.Neste trabalho é apresentado um estudo sobre o efeito da acção do fogo em estruturas metálicas, tendo sido elaborado um estudo numérico e experimental de um fenómeno de instabilidade estrutural relativo à encurvadura lateral torsional de vigas a elevadas temperaturas. Foram efectuados ensaios destrutivos em vários perfis com vista à determinação da carga limite resistente ou de colapso. O efeito do fogo, como elemento activo e prejudicial à resistência do elemento estrutural, foi determinado tendo-se verificado uma substancial diminuição das capacidades resistentes, devendo por isso as acções serem convenientemente determinadas e analisadas. No âmbito deste trabalho foram ainda estudadas as acções em estruturas sujeitas à acção do fogo, a variação das propriedades mecânicas e térmicas do aço com a temperatura e o comportamento não linear geométrico e material da estrutura. Tendo como objectivo o desenvolvimento de ensaios experimentais em vigas de perfil comercial, foi elaborada a candidatura de um projecto de Investigação e Desenvolvimento, intitulado “Lateral Buckling of Steel Beams Under Fire Conditions”, financiado pelo Ministério da Ciência e da Tecnologia, o que tornou possível a constituição de todo o equipamento que serviu de base a este trabalho. Neste caso construiu-se um “setup” com as vertentes térmica e estrutural necessárias para ensaiar estruturas em situação acidental de incêndio. Paralelamente foram desenvolvidos vários ensaios numéricos do fenómeno de encurvadura lateral a elevadas temperaturas com um programa de análise não linear geométrica e material, como são exemplo os programas SAFIR, ANSYS e Cosmos/M, os quais permitiram validar os restantes resultados e justificar a necessidade da revisão de algumas formulas simplificadas que o Eurocódigo 3 apresenta, nomeadamente as que dizem respeito à determinação da resistência de vigas à encurvadura lateral, em situação de incêndio. No final é apresentada a validação de uma proposta de cálculo simples para verificação de elementos estruturais à encurvadura, que se propõe em alternativa à proposta apresentada pelo Eurocódigo 3. In this thesis a numerical and experimental validation of the lateral torsional buckling phenomenon of steel I beams under fire conditions is presented. A set of experimental destructive tests were made in several I beams profiles for the buckling moment resistance determination. The fire effect as an active element may produce a severe reduction in structural strength. The numerical simulation of this phenomenon was done by means of a finite element code with non linear material and geometrical behaviour, based on elevated and constant temperatures. The structural actions under fire conditions, the material behaviour regarding its mechanical and thermal properties variation with temperature and the non linear behaviour of structures were also studied.. Having in mind the development of experimental tests in the commercial profiles IPE100, a research project “ Lateral Buckling of Steel I Beams Under Fire Condition” has been financed by the Science and Technology Portuguese Ministry, helping us to build a thermal and structural set up for this propose. In parallel, several numerical simulations had been done by means of the material and geometrical non linear finite element code SAFIR, as well as, with other commercial codes, ANSYS and CosmosM. This lead us to the justification and the needed of reviewing some simple formulas in Eurocode regarding the lateral buckling behaviour of structures under fire conditions. Finally a validation of a new proposal for a simple model in lateral torsional buckling under fire conditions is presented, different from that used in Eurocode, that seams to give unsafe results.
- Analysis of the blood flow behavior through microchannels by a confocal micro-PIV/PTV systemPublication . Lima, Rui A.Over the years, various experimental methods have been applied in an effort to understand the blood flow behavior in microcirculation. Most of our current knowledge in microcirculation is based on macroscopic flow phenomena such as Fahraeus effect and Fahraeus-Linqvist effect. The development of optical experimental techniques has contributed to obtain explanations on the way the blood flows through microvessels. Although the past results have been encouraging, detailed studies on the flow properties of blood in the microcirculation has been limited by several technical factors such as poor spatial resolution and difficulty to obtain quantitative detailed measurements at such small scales. Therefore, there is still a lack of knowledge on the microscale flow behavior of blood cells through microvessels. In recent years, due to advances in computers, optics, and digital image processing techniques, it has become possible to combine a particle image velocimetry (PIV) system with a conventional microscope. As a result, this combination, known as a micro-PIV, has greatly increased the resolution of the conventional PIV. Although the conventional micro-PIV technique has proven to be useful in measuring the flow behavior in microfluidics devices, the entire flow field is illuminated and consequently the out-of-focus emitted light can result in high levels of background noise, which degrades the measured velocity fields. More recently, considerable progress in the development of confocal microscopy and the advantages of this technique over conventional microscopy have led to a new technique known as confocal micro-PIV. This technique combines the conventional PIV system with a spinning disk confocal microscope (SDCM), which has the ability to obtain in-focus images with an optical thickness less than 1 m (optical sectioning effect) and also to improve the particle image contrast, definition, and spatial resolution. This emerging technique has been successfully applied to measure homogenous fluids, however the question whether a confocal micro-PIV system is a suitable technique to study the blood flow behavior through microchannels remains. In our work, a confocal micro-PIV system and also a confocal micro-particle tracking velocimetry (PTV) system are used, for the first time, to investigate in vitro blood flow through microchannels. By using these systems we have aimed to obtain further insights into the complex flow properties of blood in the microcirculation with the expectation that a better understanding on the blood flow phenomena will make a contribution to the prevention, diagnosis, and treatment of vascular diseases. The validity of our confocal micro-PIV system is performed by comparing the experimental results of pure water seeded with tracer particles with an established analytical solution for a steady flow in a long straight microchannel. Good agreement was obtained, especially around the centre of the microchannel, with errors on the order of 5% or less. Furthermore, we have also demonstrated, for the first time, the ability of the confocal micro-PIV to generate 3D velocity profiles of a blood cell suspension fluid ( 4% haematocrit (Hct)). The confocal system is used to determine both ensemble and instantaneous velocity profiles for in vitro blood (haematocrit up to 17%), flowing through a 100-m square glass microchannel at a constant flow rate and low Reynolds number (Re = 0.025). It was observed small fluctuations in the instantaneous velocity profiles which were found to be closely related to the increase with the Hct. Although the micro-PIV community tend to ignore these fluctuations, this study shows that the root mean square (RMS) values increase with the haematocrit implying that the presence of RBCs within the plasma flow strongly influences the measurements of the instantaneous velocity fields. Consequently, information provided by instantaneous velocities should be taken into account. Furthermore, by measuring the velocity profiles in vitro blood (20% Hct) in a rectangular (300 m wide, 45 m deep) polydimethysiloxane (PDMS) microchannel, small fluctuations were also found in the velocity profiles. Therefore, our results clearly show evidence that the encountered fluctuations are closely related to the motion and interaction of RBCs when flowing in a crowded environment. We show that the confocal micro-PIV system is able to measure with good accuracy the blood plasma flow with Hct up to 9%, in a 100 m square microchannel. However, for Hct bigger than 9%, the light absorbed and scattered by the RBCs contributes to diminish the concentration of tracer particles in the acquired confocal images. Hence, a novel approach was implemented to the confocal system in order to obtain more reliable quantitative measurements on the motion of blood cells at high suspensions of RBCs. By using labeled RBCs and Dextran-40, a confocal micro-PTV system was employed, for the first time, in an effort to track individual tracer cells at high concentration suspensions of RBCs. The ability of the confocal system to generate thin in-focus planes has allowed both qualitative and quantitative measurements in flowing blood at concentrated suspensions (up to 35% Hct) of cell-cell hydrodynamic interaction, RBC orientation and RBC radial dispersion at different depths. Such data is thought to be extremely relevant to elucidate the blood transport mechanisms and associated diseases such as thrombosis and atherosclerosis. By using the confocal micro-PTV system, the RBCs radial dispersion coefficient (Dyy) was measured in the middle plane of a 50m and 100 m glass capillaries in both diluted and concentrated suspensions (Hcts up to 35%) at low Reynolds numbers (Re from 0.003 to 0.005). There is evidence that the RBCs Dyy tends to increase with the Hct but, at Hct of about 25%, it tends to level off. This finding suggests that, at moderate Hcts, the development of the plasma layer and the consequent decrease of the local cell density, surrounding the RBCs, may enhance the radial dispersion of RBCs. In addition, we have also found that Dyy is greatest at radial positions between 0.4R to 0.8R, whereas at locations adjacent to wall (0.8R to 1R) and around the middle of the capillary (0R to 0.2R) the paths of the tracer RBCs tend to exhibit lower radial displacements. Furthermore, our results also provide evidence that RBCs Dyy tends to decrease with the diameter. This phenomenon is believed to be due to Hct reduction with the diameter (Faharaeus effect) and also to geometry constrictions which limit the amplitude of the RBCs radial displacements. Hence, this finding seems to indicate that the reduction of RBC radial dispersion may be linked to the decrease in apparent viscosity with decreasing diameter (Faharaeus-Lindqvist effect). The work reported in this thesis represents the first application of a confocal micro-PIV/PTV system to study the blood flow behavior through microchannels. The confocal system proves to be able to eliminate the problems and concerns of the experimental techniques used in the past and provide additional detailed description on the RBC motion not obtainable by other conventional methods. Finally, the research carried out throughout this thesis provides the basis not only to obtain further insights on the blood mass transport mechanisms under both physiological and pathological conditions but also to improve the existing theories, models, and computer simulations on the blood flow at both micro and macroscale levels.
- Anosov diffeomorphisms, renormalization and tilingsPublication . Almeida, João P.; Pinto, Alberto A.In this thesis, we prove a one-to-one correspondence between C^{1+} smooth conjugacy classes of circle diffeomorphisms that are C^{1+} fixed points of renormalization and C^{1+} conjugacy classes of Anosov diffeomorphisms whose Sinai-Ruelle-Bowen measure is absolutely continuous with respect to Lebesgue measure. Furthermore, we use ratio functions to parametrize the infinite dimensional space of C^{1+} smooth conjugacy classes of circle diffeomorphisms that are C^{1+} fixed points of renormalization. We introduce the notion of γ-tilings and we prove a one-to-one correspondence between (i) smooth conjugacy classes of Anosov diffeomorphisms, with an invariant measure absolutely continuous with respect to the Lebesgue measure, (ii) affine classes of γ-tilings and (iii) solenoid functions. The solenoid functions give a parametrization of the infinite dimensional space consisting of the mathematical objects described in the above equivalences.
- Aplicação de algoritmos de partição e geração de colunas ao agendamento de máquinas paralelasPublication . Duarte, AntónioNo presente trabalho é proposto um algoritmo para resolver de forma exacta um problema de programação de máquinas paralelas idênticas, com tarefas maleáveis sujeitas a datas de disponibilidade e datas de conclusão arbitrárias. O objectivo é minimizar uma função do trabalho atrasado e dos custos de preparação. Considera-se que uma tarefa é maleável se o conjunto de máquinas onde é agendada puder ser escolhido e, eventualmente, modificado livremente ao longo do tempo. Evidentemente, a cada preempção realizada está associado um custo que é tido em conta na função objectivo. Para este problema é proposta uma formulação de programação inteira sobre a qual será aplicada a decomposição de Dantzig-Wolfe, com vista a resolver o problema através da geração de colunas. No modelo decomposto, cada coluna representa a agenda de uma das máquinas e a função do subproblema é gerar agendas atractivas para incluir na solução de agendamento. Para efectuar a partição foi desenvolvido um modelo de fluxo de custo mínimo equivalente e a partição é feita sobre as variáveis correspondentes a fluxos nos arcos desta formulação. Existe uma relação matemática entre as variáveis do modelo de fluxo de custo mínimo e as variáveis do modelo original. Também foram desenvolvidas heurísticas de melhoria local de soluções válidas e uma heurística de arredondamento de quaisquer soluções fraccionárias. Para além disso, foram estudados dois casos particulares do problema: o problema com tarefas ordenáveis e o problema com janelas de agendamento comuns. Finalmente, foi levado a cabo um largo conjunto de testes computacionais para verificar a eficiência dos vários algoritmos propostos e para determinar a sensibilidade do modelo a parâmetros de dimensão da instância: o número de máquinas, o número de tarefas e o tamanho do horizonte de agendamento.
- Avaliação do desempenho de redes PROFIBUS-DP suportada em técnicas de injecção de faltasPublication . Carvalho, José AugustoLimitações de natureza tecnológica condicionaram o desenvolvimento dos sistemas de controlo a uma abordagem que conduziu à centralização da sua estrutura. Com a evolução da tecnologia esta abordagem alterou-se e actualmente muitas das estruturas de controlo assentam sobre o paradigma da distribuição de tarefas. Neste contexto, as redes de comunicação desempenham um papel fundamental na estrutura e na operação do sistema de controlo. Nos níveis inferiores de controlo a comunicação é estabelecida através de redes de campo que fazem a interligação entre pequenos controladores sensores e actuadores, num processo tipicamente caracterizado pela troca de pequenas mensagens muitas das vezes de natureza cíclica, e usualmente com restrições temporais críticas. Dado o papel das redes de campo nos sistemas controlo, e fruto do aumento de complexidade, custos de desenvolvimento dos sistemas e sua exploração, e também do tipo de tarefas que desempenham, tornaram importante a consideração de aspectos relacionados com o efeito da operação da rede na disponibilidade do sistema, na segurança de pessoas, ou mesmo de impactos no ambiente em que se inserem. Assim, de uma forma genérica importa avaliar modos de operação das redes que potencialmente contribuam para uma diminuição da confiança no funcionamento dos sistemas que suportam. Neste contexto, a avaliação do funcionamento das redes de campo na presença de faltas, assume relevância na identificação das principais fontes de degradação de desempenho, que no limite possam levar o sistema a falhar a função para que foi especificado. No domínio da avaliação e da validação de sistemas os métodos experimentais são ferramentas poderosas, que podem ser utilizadas para alterar as normais condições de operação de um sistema e avaliar como desempenha nestas condições A técnica de injecção de faltas inclui-se nesta classe de métodos e permite introduzir de forma intencional e controlada erros no sistema. Assim, constitui uma solução eficaz na avaliação de sistemas complexos, para os quais a aplicação de outras técnicas é difícil, ou por vezes falha. Nesta dissertação pretende-se contribuir para a caracterização do funcionamento de uma das redes de campo mais difundidas em aplicações de automação industrial — o PROFIBUS-DP. A caracterização é centrada no seu funcionamento em modo degradado, designadamente quando a operação é perturbada por interferências de natureza electromagnética Este padrão de perturbação é susceptível de conduzir a rede para modos de operação que têm potenciais impactos na disponibilidade da rede e na sua capacidade de garantir o cumprimento de restrições temporais em aplicação de tempo-real. A área da avaliação do funcionamento na presença de faltas é uma área onde existe pouco trabalho publicado relativo ao comportamento do PROFIBUS~DP, e o que existe é manifestamente insuficiente para fornecer uma caracterização sólida do seu desempenho nestas condições de operação. Para suportar a avaliação da rede foi desenvolvido um ambiente de injecção constituído por uma infra-estrutura de injecção de faltas na qual se inclui uma rede PROFIBUSDP. A infra-estrutura de injecção implementa a técnica de injecção física de faltas, capaz de injectar faltas num ambiente distribuído de acordo com um processo estocástico. O hardware do módulo de injecção foi desenvolvido de forma a apresentar uma elevada controlabilidade do processo de injecção, assim como, de uma elevada resolução das faltas injectadas, permitindo injectar com precisão, faltas de um só bit e mais que um bit no barramento de comunicação. Os nós de comunicação foram desenvolvidos de acordo com a norma do PROFIBUS-DP. A estrutura do software e do hardware dos nós de comunicação permitem o acesso à camada de ligação de dados, e assim obter informação relevante relativa aos estados de operação do protocolo. A avaliação foi efectuada de forma a identificar eventos que afectem a organização das estações no anel lógico da rede PROFIBUSDP tendo sido identificados seis eventos com impactos importantes ao nível do desempenho da rede. Três destes relacionados com perdas de token, e os restantes associados a saídas não intencionais de estações do anel. A sua probabilidade foi inferida para diferentes cenários de faltas, assim como, foi avaliada a forma como os mecanismos de recuperação dos eventos identificados desempenham em condições de faltas. As experiências incidiram igualmente sobre a questão da resposta da rede nestas condições de operação. Neste contexto, quando a rede opera na configuração multi-mestre foram observados impactos significativos quer resposta temporal da rede, quer no tempo de recuperação dos mecanismos de tolerância a faltas. Este comportamento deixa antever uma má resposta da configuração multi-master em cenários de faltas.
- Burnout e valores em enfermagemPublication . Soares, Vitor; Fernández, LuisO objectivo geral deste estudo é investigar se os valores para o trabalho têm um carácter preditivo sobre o burnout. Com base na revisão bibliográfica, desenvolveu-se um desenho metodológico de que decorreram as relações hipotetizadas entre os valores para o trabalho de ordem superior preconizados pelo EVAT30, o burnout (MBI), os dados pessoais, os dados profissionais e um conjunto de doze stressores. A amostra desta investigação integra 1100 profissionais de enfermagem a exercerem funções em unidades de cuidados de saúde primários e diferenciados do sector público ou privado das regiões norte e centro de Portugal, tendo os dados sido recolhidos através de um questionário de administração directa. Os resultados obtidos indicam que o cansaço emocional se relaciona com uma menor abertura à mudança e uma maior orientação para a autopromoção e conservadorismo, a realização pessoal está associada positivamente com a autotranscendência e a abertura à mudança e negativamente com a autopromoção, e a despersonalização se relaciona de um modo positivo com a autopromoção e o conservadorismo, e negativo com a autotranscendência e a abertura à mudança.