Conversão de um veículo de combustão em veículo elétrico

Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Ramo Manutenção e Produção

Estudo e viabilidade técnico-económica de sistemas autónomos

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Simulação de um processo de pirólise rápida de biomassa

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química

Sustentabilidade na construção metálica

O desenvolvimento sustentável é um dos grandes desafios dos nossos tempos com inúmeras consequências em várias áreas da nossa sociedade. É uma questão abrangente e essencial para a sobrevivência do modo de vida tal como o conhecemos actualmente. A construção sustentável tem um papel muito importante no desenvolvimento, não só ao nível económico mas também social e cultural. Embora não contemple a energia incorporada, a avaliação do ciclo de vida (ACV), no sector da construção, é um dos métodos mais comuns para avaliar o nível de sustentabilidade. Este trabalho visa os metais como uma das mais promissoras e actuais respostas do sector da construção às crescentes preocupações em relação ao desenvolvimento sustentável. O ferro e derivados são normalmente a base das construções metálicas, residindo no seu potencial de reutilização e reciclagem um dos seus principais factores de sustentabilidade. As estruturas metálicas apresentam características especificas que se coadunam com os requisitos da construção sustentável e que tornam este tipo de construção extremamente versátil e interessante. Neste trabalho, é efectuada uma abordagem sobre a construção metálica ao longo de três partes. A primeira parte é constituída por uma introdução histórica ao ferro e seus derivados enunciando exemplos de construções até aos nossos dias, e pela classificação dos vários tipos de metais e ligas metálicas. Na segunda parte, é abordado o conceito de sustentável e o seu enquadramento no sector da construção, e é feita uma introdução à metodologia de avaliação de ciclo de vida. Na terceira parte, é abordado um exemplo prático de uma estrutura metálica em que são elaboradas e comparadas três soluções. Na origem da diversidade dos elementos comparativos estão o tipo de aço, a origem da energia utilizada no seu fabrico e o tipo de solução técnica adoptada. O objectivo deste trabalho é compreender as repercussões do conceito de sustentabilidade no sector da construção, e desenvolver um método simplificado de avaliação dos impactos ambientais e económicos de soluções metálicas.

Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

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

Influência das energias renováveis na certificação energética de uma habitação de acordo com o regulamento do desempenho energético dos edifícios de habitação

A presente dissertação tem como objetivo principal o estudo da importância que os sistemas de energias renováveis têm na obtenção da classe de eficiência energética em edifícios de habitação. Analisou-se assim, qual dos sistemas apresentados na legislação é mais vantajoso na relação entre a classe energética e o investimento necessário a efetuar. Como caso de estudo, utilizou-se um edifício de habitação em fase de projeto situada em ambiente urbano, a uma distância muito curta da costa marítima, no distrito do Porto. A primeira etapa da dissertação passou pela caracterização do edifício, determinando as suas necessidades nominais anuais de energia para aquecimento, para arrefecimento, para preparação de águas quentes sanitárias e por fim, as necessidades nominais de energia primária. Com isto, obteve-se a classe de eficiência energética da habitação sem a utilização de qualquer tipo de sistema de aproveitamento de energia renovável. Após esta obtenção, verificou-se que o edifício em análise já possuía uma classe muito eficiente, classe A, superior à classe mínima exigida pelo regulamento, B-. A desvantagem do edifício já possuir esta classe é que a implementação de sistemas de energia não iriam alterar drasticamente a classe, e por isso, não se iria conseguir retirar uma dedução correta de qual o melhor para promover a eficiência energética. De seguida, procedeu-se ao estudo dos sistemas de energia renovável, apresentando sistemas adequados para a habitação e calculando-se as novas classes de eficiência energética, com a utilização de cada sistema. Consecutivamente, começou-se a retirar ilações dos sistemas mais eficientes, ou seja, os sistemas que tem como função aquecer a moradia ou a função de preparar águas quentes sanitárias, pois, iriam mitigar necessidades nominais de energia, enquanto os sistemas de produção de energia elétrica apenas iriam contribuir para uma melhoria energética. Outra desvantagem verificada foi que, devido ao local onde a habitação se situa, não seria possível efetuar uma análise a todos os sistemas de aproveitamento de energia renovável. iv Por fim, efetuou-se uma análise dos investimentos necessários para a implementação dos sistemas de energias renováveis face às diminuições percentuais do rácio de eficiência energética. Posto isto, obteve-se os melhores sistemas a implementar na moradia, no ponto de vista de melhorar a classe de eficiência energética, seria uma caldeira a pellets com função de aquecimento e produção de águas quentes sanitárias, enquanto que, do ponto de vista financeiro obteve-se o sistema de aquecimento e produção de águas quentes sanitárias através de um recuperador de calor a lenha, que em ambos os casos a classe de eficiência energética passou de A para A+.

Estratégias de Comercialização de Potência como Medida de Eficiência Energética

A presente dissertação insere-se no âmbito da unidade curricular “ Dissertação” do 2º ano do mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia. Com o aumento crescente do número de consumidores de energia, é cada vez mais imperioso a adoção de medidas de racionalização e gestão dos consumos da energia elétrica. Existem diferentes tipos de dificuldades no planeamento e implementação de novas centrais produtoras de energia renovável, pelo que também por este motivo é cada vez mais importante adoção de medidas de gestão de consumos, quer ao nível dos clientes alimentados em média tensão como de baixa tensão. Desta forma será mais acessível a criação de padrões de eficiência energética elevados em toda a rede de distribuição de energia elétrica. Também a economia é afetada por uma fraca gestão dos consumos por parte dos clientes. Elevados desperdícios energéticos levam a que mais energia tenha que ser produzida, energia essa que contribui ainda mais para a elevada taxa de dependência energética em Portugal, e para o degradar da economia nacional. Coloca-se assim a necessidade de implementar planos e métodos que promovam a eficiência energética e a gestão racional de consumos de energia elétrica. Apresenta-se nesta dissertação várias propostas, algumas na forma de projetos já em execução, que visam sensibilizar o consumidor para a importância da utilização eficiente de energia e, ao mesmo tempo, disponibilizam as ferramentas tecnológicas adequadas para auxiliar a implementação dos métodos propostos. Embora os planos apresentados, sobejamente conhecidos, tenham imensa importância, a implementação nos vários consumidores de sistemas capazes de efetivamente reduzir consumos tem um papel fundamental. Equipamentos de gestão de consumos, que são apresentados nesta dissertação, permitem ao consumidor aceder diretamente ao seu consumo. Podem aceder não apenas ao consumo global da instalação mas também ao consumo específico por equipamento, permitindo perceber onde se verifica a situação mais desfavorável. Funcionalidades de programação de perfis tipo, com limitações de potência em vários períodos horários, bem como possibilidades de controlo remoto com recurso a aplicações para Smartphones permitem a redução de consumos ao nível da rede de distribuição e, desta forma, contribuir para a redução dos desperdícios e da dependência energética em Portugal. No âmbito do trabalho de dissertação é desenvolvida uma metodologia de comercialização de potência, que é apresentada nesta tese. Esta metodologia propõem que o consumidor, em função dos seus consumos, pague apenas a quantidade de potência que efetivamente necessita num certo período de tempo. Assim, o consumidor deixa de pagar uma tarifa mensal fixa associada á sua potência contratada, e passará a pagar um valor correspondente apenas à potência que efetivamente solicitou em todas as horas durante o mês. Nesta metodologia que é apresentada, o consumidor poderá também fazer uma análise do seu diagrama de cargas e simular uma alteração da sua tarifa, tarifa esta que varia entre tarifa simples, bi-horária semanal, bi-horária diária, tri-horária semanal ou tri-horária diária, de forma a perceber em qual destas pagará um menor valor pela mesma energia. De forma a que o consumidor possa perceber se haverá vantagem de uma alteração para uma potência contratada flexível, ou para uma outra tarifa associada á energia, tem ao seu dispor uma ferramenta, que em função dos seus consumos, permite retirar conclusões sobre o preço final a pagar na fatura, após cada tipo de alteração. Esta ferramenta foi validada com recurso a várias simulações, para diferentes perfis de consumidores. Desta forma, o utilizador fica a perceber que realmente pode poupar com uma potência contratada flexível, ao mesmo tempo que pode identificar-se com um perfil de simulação e, mais facilmente, perceber para que alteração tarifária pode usufruir de uma maior poupança.

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.

Energias renováveis: O caminho mais curto para a independência energética de Portugal

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Ciência Política e Relações Internacionais – Globalização e Ambiente

Metodologia para edifícios de balanço energético nulo

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

Sistema de detecção e diagnóstico de falhas em geradores de indução duplamente alimentados

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Competitividade dos biocombustíveis no Brasil: uma comparação entre os principais biocombustíveis etanol e biodisel

As preocupações mundiais com o aquecimento global e os efeitos nocivos da utilização de combustíveis fósseis têm fomentado a busca por novos modelos energéticos, baseados em fontes limpas e renováveis, com destaque para os biocombustíveis. Sem menos importância, o esgotamento das reservas mundiais de matérias-primas fósseis, somado às instabilidades geopolíticas nas principais regiões produtoras, impulsionam, cada vez mais, o desenvolvimento destes novos modelos. Neste cenário, o Brasil tem papel de destaque. Líder mundial na produção e consumo de etanol à base de cana-de-açúcar, o país iniciou, em 2005, a inclusão de mais uma fonte de energia renovável em sua matriz energética: a mistura do biodiesel no diesel mineral. O presente trabalho tem como objetivo analisar a competitividade dos principais biocombustíveis brasileiros: o etanol e o biodiesel. Em primeiro lugar, estes produtos foram analisados quanto às suas principais características; em segundo, avaliou-se a competitividade econômica destes combustíveis frente a seus produtos substitutos diretos derivados do petróleo. Finalmente, foram analisados os benefícios (tangíveis e intangíveis) inerentes à utilização dos biocombustíveis, e como estes intangíveis deveriam ser precificados, como forma de atribuir um prêmio aos benefícios que trazem ao meio-ambiente e à sociedade. Esta dissertação pretende servir de base para uma avaliação mais profunda da real competitividade econômica dos biocombustíveis frente aos combustíveis derivados do petróleo, além de colocar em cheque as principais análises atuais e críticas sobre a utilização destes produtos. Além disso, o presente trabalho visa avaliar o potencial e as limitações da produção dos biocombustíveis no Brasil.

Uso de macrófitas da espécie Pistia stratiotes (alface d’água) como combustível sólido para fornalhas industriais : uma análise de viabilidade técnica e econômica

Este trabalho tem como objetivo estudar e apresentar a análise de viabilidade técnica e econômica no projeto de utilização da biomassa de Pistia Stratiotes (Alface d’água) como combustível sólido em fornalha industrial. Para isto apresenta-se o estudo de caso em uma unidade da Vale Fertilizantes, no município de Cajati, no estado de São Paulo. A análise de viabilidade técnica baseia-se nos resultados encontrados pelas análises de composição realizadas na biomassa, na pesquisa do sistema de coleta e preparação, nos cálculos desenvolvidos para encontrar a produtividade, como a biomassa poderia ser consumida e no estudo da eficiência da fornalha industrial do caso. Para demonstrar a viabilidade econômica, este estudo recorre ao modelo clássico de Engenharia Econômica com a observação dos índices e taxas como: Taxa Mínima de Atratividade (TMA), Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR), Período de Recuperação do Capital Investido (Payback) e na Análise de Sensibilidade. Observou-se nos resultados técnicos que as características da biomassa de alface d’água ajudam nas etapas de ignição e combustão do combustível, no entanto esta biomassa apresenta baixo poder calorífico inferior para sua utilização sem mistura combustível em fornalhas industriais. Os resultados econômicos apresentaram-se positivos à utilização da biomassa, e o projeto mostrou-se consistente e de rápida recuperação do capital investido. Este estudo de caso demonstra que o estudo da utilização da biomassa de alface d’água como combustível sólido em fornalha industrial é viável tecnicamente e economicamente. E muito além disto, mostra que estudos deste tipo devem ser desenvolvidos na busca pela diversificação da matriz energética através de energia renovável.

A emergência da governança socioambiental no mercado internacional de biocombustíveis

O esgotamento das reservas de energia fóssil e o processo de mudanças climáticas causadas pelas emissões de GEEs posicionaram os biocombustíveis como a principal fonte alternativa de energia renovável disponível para uso em transportes no curto e médio prazos. Contudo, a presença de externalidades e assimetrias de informação dificultam a verificação da sustentabilidade neste setor. Assim, a emergência do mercado internacional de biocombustíveis mostra-se condicionada pela construção de instituições que garantam a sustentabilidade da produção e consumo desses produtos. O processo de construção das instituições de governança socioambiental é afetado por fatores de ordem técnica, política e institucional. Apoiado em aportes teóricos do institucionalismo econômico e sociológico, o presente estudo buscou analisar que elementos afetam este processo considerando a trajetória de mercados já estabelecidos que apresentam caraterísticas análogas ao setor de biocombustíveis (alimentos orgânicos e produtos florestais). A forma como legislações nacionais, acordos internacionais e sistemas de certificação privada se desenvolveram e interagiram nesses setores apresenta aderência com o processo de construção do mercado de biocombustíveis observado até o momento. Dentre os resultados encontrados, observa-se tendência à convergência entre padrões de sustentabilidade em diferentes legislações nacionais e sistemas de certificação privados devido às externalidades de rede que conferem maior valor a padrões adotados por uma gama mais ampla de usuários. A União Europeia desponta como o principal formador de padrões de sustentabilidade, dado seu perfil importador e o estabelecimento de critérios mais amplos nas legislações dos Estados Membros, geralmente implementada via integração de mecanismos de governança públicos e privados (meta-standards). Apesar do expressivo potencial de consumo, os EUA apresentam menor influência nesse processo devido a considerável capacidade de produção doméstica e a priorização de elementos estratégicos (segurança energética e desenvolvimento rural) no desenho de suas políticas de sustentabilidade para combustíveis de biomassa. Na esfera privada, o desenvolvimento de sistemas de certificação apresenta-se condicionado por elementos técnicos, como a eficiência em cobrir critérios relevantes e os custos incorridos neste processo; e políticos, relacionados à capacidade de legitimição dos atores envolvidos em cada um destes programas de certificação. Também se observa que caraterísticas tecnológicas e organizacionais das cadeias de produção de biocombustíveis afetam a expansão de sistemas de certificação, condicionando tanto os custos para o estabelecimento da cadeia de custódia como a capacidade de coordenação de ações setoriais visando a adoção de práticas sustentáveis que facilitem a obtenção da certificação. Essa relação fica evidente em novas nações que buscam estabelecer um setor bioenergético e enfrentam dificuldades em integrar a agricultura familiar à modelos de produção que respeitem critérios socioambientais vigentes no mercado internacional. A pesquisa revelou a necessidade de um entendimento mais aprofundado da interconexão de novas rotas tecnológicas e atores adentrando no mercado internacional de biocombustíveis. A compreensão dos riscos e potencialidades de novas formas de interação pública e privada na governança socioambiental apresenta-se como um campo prolífico para futuros estudos neste setor e em outros em que atributos ambientais se mostrem relevantes.

A Economia verde no contexto do desenvolvimento sustentável: a governança dos atores públicos e privados

O livro está dividido em duas partes, a primeira trata da economia verde no contexto do desenvolvimento sustentável, contendo: 1 – a inclusão dos atores privados na busca do desenvolvimento sustentável e 2 – a transferência da tecnologia. A segunda parte aborda a governança dos atores públicos e privados, contendo: 1 – metodologia de análise; 2 – a governança nacional em áreas específicas – florestas, questões fundiárias e energia renovável; 3 – a governança internacional, abarcando princípios, modelos de governança, governança internacional e biodiversidade. Os artigos do livro foram elaborados como contribuições feitas à Jornada Internacional para a Rio + 20, realizada no Rio de Janeiro em 24 e 25 de junho de 2011.