Monitorização de sistemas solares térmicos: simulação de perfis de consumo e cálculo de comportamento térmico a longo prazo

A presente dissertação assenta na monitorização de sistemas solares térmicos com incidência em perfis de consumo e cálculo de comportamento térmico a longo prazo. No início faz-se uma introdução aos temas e definições que são primordiais para uma melhor compreensão do trabalho em causa. Procedeu-se à simulação do comportamento térmico de sistemas solares térmicos, tendo como base os parâmetros de cálculo obtidos nos relatórios de ensaio. Os sistemas solares térmicos podem ser ensaiados segundo duas metodologias de cálculo diferentes. Estas metodologias estão descritas nas normas ISO 9459-2:1995 para a metodologia CSTG – Dynamic System Testing Group e ISO 9459-5:2007 para a metodologia DST – Dynamic System Testing. Neste trabalho foram utilizadas as duas metodologias mencionadas. Analisaram-se e simularam-se ainda os perfis de consumo do Anexo IV da Directiva EcoDesign tendo como objectivo definir um “benchmark” entre os diferentes sistemas solares térmicos e também saber qual é a energia primária necessária para satisfazer cada uma das necessidades dos diferentes perfis de extracção. O estudo e análise desta Directiva é bastante importante, pois é com base nela que se vai proceder à classificação e posterior rotulagem dos sistemas solares térmicos.

Torre solar: estudo do rendimento e viabilidade de centrais térmicas solares para produção de energia eléctrica de pequena e média dimensão

O aproveitamento da radiação solar representa um recurso energético extremamente benéfico, quer no âmbito energético, quer no ambiental, contribuindo para a redução das emissões de gases nocivos para a atmosfera. Portugal apresenta uma radiação solar total média anual bastante elevada, colocando-se entre um dos países que apresentam melhores potencialidades para o aproveitamento da energia solar. A torre solar consiste numa estufa com uma determinada extensão com uma chaminé no seu centro e o seu funcionamento baseia-se no aquecimento do ar que circula por baixo da estufa, sendo expelido pela chaminé. Nesta tese é abordado o tema da torre solar e os princípios físicos inerentes ao seu funcionamento. Foi estudado e descrito o método de cálculo de diversos parâmetros e resultados associados ao funcionamento da torre solar. Elaborou-se uma folha de cálculo para obtenção dos valores de simulações de torres com diversas dimensões, tecendo-se conclusões quanto aos resultados e às variações dos mesmos, consoante as alterações de dimensão dos elementos que a constituem. Foram descritos os vários elementos que constituem uma torre solar, bem como as suas características e tipologias. Efectuou-se um estudo com aplicação a um caso real, para se tecer algumas conclusões e comentários relativamente à viabilidade de uma torre solar para a situação em causa. Por fim, com base em todo o trabalho desenvolvido e abordado, foi possível tecer-se algumas conclusões quanto à viabilidade das torres solares.

Otimização de sistema de absorção, com coletores solares, para refrigeração de espaços condicionados termicamente (a chiller)

Nos dias que correm questões ambientais e considerações energéticas obrigam a uma inovação constante na procura de soluções de baixo consumo energético e de impacto ambiental baixo, nomeadamente no que diz respeito aos sistemas de climatização e refrigeração. Têm vindo a ser criadas medidas, tanto a nível internacional como nacional, no sentido de reduzir as emissões nocivas para a atmosfera, consequência do excessivo consumo de combustíveis fósseis, e do aumento da rentabilidade da energia e maior utilização de energias renováveis. O presente estudo de dimensionamento de um sistema de absorção, a brometo de lítio/água, com coletores solares, tem por base o sistema de compressão existente num edifício de serviços no centro de Lisboa. Foi efetuada uma analise simplificada dos seus dados de consumo energético, de maneira a verificar a viabilidade económica da substituição do equipamento existente e instalação de um sistema de coletores solares. Concluiu-se que a substituição do equipamento e a instalação de coletores solar, não é atrativa do ponto de vista económico, nesta solução em particular. Contudo, verifica-se uma considerável redução do impacto ambiental do consumo energético do edifício.

Concepção de sistema de refrigeração por absorção, com aquecimento por painéis solares

O presente trabalho é constituído por dois temas principais: as máquinas de absorção LiBr/H2O e NH3/H2O, e os sistemas solares capazes de fornecer calor aos geradores das máquinas. Na primeira parte são referidos os diferentes sistemas de absorção, tendo sido descrito o seu funcionamento com os respectivos esquemas de princípio tendo sempre em atenção a sua optimização energética. Fez-se um estudo sobre os processos termodinâmicos associados ao funcionamento do ciclo NH3/H2O, para as temperaturas nos diferentes componentes aplicados num sistema de climatização Após esta análise termodinâmica foi realizado um estudo concreto para uma máquina, com a potência frigorífica de 16,9 kW, valor real da máquina de absorção ROBUR Modelo GAHP-AR, que servirá de base para a implementação de um sistema de fornecimento de calor, obtido com um conjunto de painéis solares. A segunda parte deste trabalho é dedicada aos sistemas solares, com uma análise dos diversos tipos de painéis, e respectivo funcionamento. Procurámos realizar o dimensionamento e optimização dessa instalação de captação de energia solar, de modo a captar cargas térmicas para um circuito de água, e assim fornecer a energia necessária ao correcto funcionamento do gerador do sistema de absorção.

Análise da viabilidade da utilização de colectores solares

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecância

Avaliação económica de sistemas solares fotovoltaicos residenciais

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica no Ramo de Energia

Energia solar térmica: uma contribuição para a melhoria do RCCTE

O presente estudo pretende avaliar o desempenho energético dos vários sistemas de preparação de águas quentes sanitárias (AQS) em edifícios de habitação. Segundo o RCCTE, decreto de lei nº 80/2006 de 4 de Abril, o recurso a sistemas de colectores solares térmicos é obrigatório sempre que haja uma exposição solar adequada. O RCCTE indica parâmetros de referência para o dimensionamento e cálculo do desempenho do sistema solar térmico. Indica nomeadamente um consumo de AQS a 60º C médio de referência de 40 l por pessoa e exige uma área mínima de captação na base de lm2 de colector padrão por ocupante convencional previsto. Existe no mercado a tendência para dimensionar o sistema para o mínimo exigido pela lei. Este relatório mostra que os parâmetros de referência do RCCTE estão desajustados à realidade portuguesa. Segundo este estudo, o consumo médio diário é o dobro do referido, resultando na redução muito significativa do desempenho energético do sistema solar, dado que existe um subdimensionamento da área de captação. Nestas condições, conclui-se que um sistema tradicional de esquentador a gás é mais eficiente que um sistema de colectores solares térmicos com apoio por efeito de Joule. Em Portugal, cerca de 35% dos sistemas solares em edifícios de habitação, utilizam esta energia de apoio. Este estudo apresenta fortes fundamentos para se rever os parâmetros de referência do RCCTE e permite concluir que o apoio por efeito de Joule, nas actuais condições, não deve ser permitido.

Acompanhamento e caracterização do desempenho de uma UTA baseada em tecnologia DEC assistida por energia solar

Neste trabalho referiremos em particular a tecnologia do arrefecimento evaporativo com desumidificação prévia por exsicantes e far-se-á a apresentação da Unidade de Demonstração instalada no INETI (Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia e Inovação) que faz uso dessa tecnologia que recorre a um sistema de captação de energia solar do tipo CPC (Colectores Parabólicos Compostos). Em funcionamento desde 1999, este sistema já sofreu várias alterações que serão referidas, realçando-se as que tiveram lugar mais recentemente, e serão apresentados alguns resultados entretanto obtidos. O funcionamento de todo o sistema foi acompanhado de perto, possibilitando assim, uma melhor compreensão do funcionamento do mesmo e, no caso de surgirem anomalias, actuar de imediato na tentativa de resolução. Para além da descrição dos componentes principais, modos de operação e alterações introduzidas, neste trabalho são apresentados e analisados os resultados obtidos nesta nova fase de funcionamento da UTA, após introdução de um humidificador na conduta de insuflação. Concluí-se que para períodos que antecedem e procedem o pico do Verão, esta unidade executa a sua função na perfeição apresentando valores de eficiência energética bastante favoráveis. Ao longo da estação fria, a captação de energia por parte dos colectores solares, possibilita o aquecimento dos espaços a climatizar.

Projecto de uma instalação de climatização de um edifício de serviços

Pretende-se com este trabalho de tese “Climatização de um Edifício de Serviços” dotar o mesmo de elevados níveis de qualidade, quer em termos termohigrométricos, quer em termos de qualidade do ar. Assim, pretende-se fornecer nas páginas seguintes os elementos que irão regular o projeto, quer ao nível da concepção da instalação, qualidade dos equipamentos, bem como a qualidade na montagem. A solução adoptada, no essencial, é composta por duas unidades, uma produtora de água quente e outra de água fria,.duas unidades de tratamento de ar novo e diversas unidades terminais do tipo ventilo convetor. O aquecimento das águas quentes sanitárias será garantido por painéis solares. A gestão técnica centralizada”GTC”, permitirá optimizar a instalação bem como visualizar os dados e actuar sobre de cada uma das unidades.

Problemática do programa SolTerm

No presente trabalho simulou-se o comportamento térmico de sistemas solares do tipo pré-fabricado (factory made systems, norma EN 12976-2:2006), utilizando os parâmetros obtidos nos relatórios necessários à sua certificação, com o objectivo de conseguir introduzir estes sistemas na base de dados do programa SolTerm. Estes sistemas podem ser ensaiados segundo dois métodos de ensaio distintos que se encontram descritos nas normas ISO 9459-2:1995 (ensaio CSTG) e na norma ISO 9459-5:2007 (ensaio DST), contudo, devido ao facto do método DST estar baseado num software em código fechado, não é possível fazer a simulação no SolTerm, fazendo com que apenas se possa introduzir sistemas cujo ensaio tenha sido realizado segundo a norma ISO 9459-2 (ensaio CSTG). Este trabalho incidiu neste ponto, tendo sido elaborado um método de cálculo que permite inserir qualquer sistema no SolTerm, independentemente do ensaio que o caracterizou. Para isso foi necessário utilizar o modelo de cálculo do DST (programa em código fechado) simulando a metodologia de ensaio do CSTG, para que se consiga fazer a aproximação entre ambos. Após determinados os coeficientes, é feita uma verificação aos dois cálculoa a fim de corroborar os resultados anteriormente determinados. Desta forma, foi possível criar um algoritmo de cálculo que permite qualquer sistema térmico do tipo pré-fabricado, ser introduzido na base de dados do SolTerm, com um erro associado inferior a 3%.

Determinação de metais tóxicos em cosméticos

Neste trabalho determinou-se o teor dos metais crómio, níquel, Chumbo e cádmio em produtos cosméticos. Foram analisados produtos de quatro categorias diferentes: cremes (de corpo e de rosto), protectores solares, batons (de cor e de tratamento) e lápis para olhos. Os produtos foram adquiridos em grandes superfícies e em “lojas chinesas”. Alguns produtos são de marcas conhecidas e outros são de “marca branca”. A determinação de metais foi efectuada por Espectrometria de Absorção Atómica com Câmara de Grafite (GFAAS), após digestão ácida das amostras. O estudo revelou a existência dos referidos metais na maioria dos produtos analisados. Os metais pesados detectados em maior concentração nas amostras foram o níquel e o crómio. Os produtos onde se verificou maior concentração de níquel e crómio foram os batons de cor e os lápis para os olhos. O cádmio foi o metal detectado num maior número de amostras, mas em concentrações muito baixas. A concentração mais elevada de chumbo foi detectada num protector solar. Com os resultados obtidos pretende-se demonstrar a existência de crómio, níquel, chumbo e cádmio em produtos cosméticos, apesar de a legislação proibir a sua presença. Esta legislação revela ser inadequada pois não impões a análise à presença de metais e não define limites máximos para estes, impondo a concentração zero relativamente à presença de metais pesados, o que para alguns produtos é irrealista. A presença de metias pesados nestes produtos revela-se preocupante pois estes são aplicados directamente na pele e muitos deles em zonas sensíveis como lábios e olhos. O facto de alguns dos metais detectados terem efeitos nocivos para a saúde humana torna este assunto merecedor de futura atenção por quem os regula.

Estudo comparativo do desempenho da tecnologia de termossifão e de circulação forçada no âmbito do aquecimento solar térmico

O objeto da presente tese é o estudo comparativo do desempenho de soluções de aquecimento de águas quentes sanitárias (AQS) de dois sistemas solares alternativos, um sistema do tipo Termossifão “versus” um sistema de Circulação Forçada. Foi realizada uma campanha de medições durante um ano, que permitiu avaliar o desempenho dos dois sistemas e as poupanças que resultaram da utilização de um sistema solar, em comparação com um sistema convencional de aquecimento de águas quentes com recurso a gás natural. Estes dados experimentais foram confrontados com os resultados de simulação fornecidos por software dedicado ao cálculo de energia em sistemas solares, conhecido como SolTerm. Concluiu-se que, para o perfil de consumo estabelecido, os sistemas de Circulação Forçada e de Termossifão Reais, tiveram um desempenho equivalente. Na simulação realizada no SolTerm, o sistema Termossifão foi mais eficiente, com um fração solar de 69,7%. Já para o sistema de Circulação Forçada a fração solar foi de 63,3%, com uma diferença de produtividade anual de 67 kWh/m2 de coletor. Contrariamente ao que era previsto pelo SolTerm, ambos os sistemas Reais tiveram desempenhos inferiores, obtendo frações solares de 55,8% e 58,5% para o Termossifão e Circulação Forçado respetivamente. Para o Termossifão esta diferença foi mais acentuada, ao passo que no Circulação Forçada se aproximou do comportamento previsto na simulação.

Análise da aplicação de um sistema domótico no desempenho térmico de frações autónomas de habitação face ao sistema de certificação energética: casos de estudo

A presente dissertação tem por finalidade compreender as vantagens da aplicação da domótica no comportamento energético de uma fração habitacional, e possível efeito na classificação energética do Sistema de Certificação Energética (SCE), tendo assentado na realização de simulações dinâmicas cuja modelação foi feita no software DesignBuilder, associado ao software EnergyPlus, na parte respeitante aos cálculos. Como forma de melhorar a qualidade de vida, reduzir o trabalho doméstico, aumentar o bem-estar e a segurança, foi criada a domótica que é responsável pela automação predial. O conceito de automação implica a integração da iluminação, eletrodomésticos, ar-condicionado, controlo de acessos, alarmes, sensores e sistemas de dados, voz e imagem de um edifício ou de uma fração autónoma, fazendo com que todos os seus componentes possam realizar ações em conjunto a fim de facilitar a vida dos seus utilizadores. A preocupação com a segurança, a gestão e o controlo, a redução de custos e o bem-estar trouxe os sistemas de automação para a sociedade. Esses sistemas divididem-se em dois grandes grupos: os subsistemas de supervisão e controlo das utilidades, que realizam o controlo das instalações elétricas, de arrefecimento e aquecimento, de instalações hidráulicas (águas sanitárias), de gás e o controle de elevadores; e os subsistemas de segurança, de proteção contra incêndio, contra intrusão e a monitorização visual centralizada (câmaras de vídeo-vigilância). Na construção de um edifício existe a preocupação cada vez maior na garantia do conforto aliado ao menor consumo de energia possível, isto é, a temperatura e a iluminação adequada para a realização de diferentes tarefas a efetuar, sem que implique um maior consumo. A regulação da temperatura interior da habitação, o controlo de luzes através de sensores e abertura de fecho dos dispositivos de sombreamento (persianas), através de domótica, permitirá o maior proveito da iluminação natural e a temperatura aos utilizadores da fracção em cada instante. Com tudo o que a domótica permite é necessário saber quais as vantagens e desvantagens na sua implementação. Com esta finalidade, realizou-se a análise baseada no RCCTE, de três apartamentos de um edifício, com a mesma tipologia mas com distintas orientações de envidraçados. Os apartamentos escolhidos no último piso do edifício. Posteriormente , optou-se por uma das fracções para o aprofundamento da análise e avaliação de implementação de sistemas domóticos de contolo de abertura/e fecho de dispositivos de oclusão de vãos para controlo dos ganhos solares e abertura e fecho dos vãos envidraçados para controlar as cargas térmicas por ventilação. Neste intuito, desenvolveu-se um modelo 3D com recurso ao software DesignBuilder, Energy Plus, em diferentes zonas climáticas, em regime dinâmico, por forma a contabilizar a diferença entre os fatores que não são quantificados através da análise feita pelo RCCTE. Após uma análise com as permissas incluídas no RCCTE (ventilação e factor solar), é imposto no DesignBuilder alguns aspetos da domótica, como a abertura/fecho de persianas/janelas obtendo-se para cada situação as perdas e ganhos através de cada elemento (envidraçados, necessidades de aquecimento e arrefecimento). Foi ainda elaborado um pequeno estudo da viabilidade económica da implementação de um sistema domótico.

Avaliação económica de um investimento em geração de energia das ondas e energia solar térmica

O presente trabalho tem como objectivo efectuar a avaliação económica e determinar a viabilidade com e sem os incentivos fiscais de duas tecnologias de conversão de duas fontes distinta e emergentes de energia renovável, o Concentrador Cilindro-parabólico e a Torre Solar para a energia solar termoeléctrica e a Coluna de Água Oscilante e o Pelamis para a energia das ondas. Realiza-se uma curta abordagem à energia Solar e à energia dos Oceanos, e às tecnologias existentes para estes tipos de energia renovável. Apresenta-se um estudo do potencial em Portugal e no Mindo, das tecnologias abordadas neste trabalho. É desenvolvido o modelo de conversão de energia para as centrais solares termoeléctricas e utilizado o modelo de superfície de potência para as centrais de energia das ondas adaptado de António Falcão. As centrais são modeladas por meio de uma folha de cálculo, onde é calculada a energia produzida em Mértola e São Pedro de Moel (energia solar termoeléctrica e das ondas respectivamente) consoante o recurso do local. É feita a avaliação económica para quatro cenários designados como optimista, base, pessimista e base sem aplicação da tarifa bonificada, e é realizada uma análise de sensibilidade do VAL a diversas variáveis. Conclui-se sobre a viabilidade dos vários cenários e sobre possíveis alterações à tarifa binificada en consequência dos resultados obtidos. Segundo os pressupostos deste trabalho concluíu-se que a tarifa bonificada é demasiado elevada para os projectos em energia solar de concentração e demasiado baixa para projectos em energia das ondas.

Execução de um projecto solar térmico para uma instalação de A.Q.S. da Escola Básica Guilherme Stephens

O presente documento tem como principal objectivo efectuar o projecto de dimensionamento de um sistema de águas quentes sanitárias para uma escola. Numa primeira fase foi elaborado uma pesquisa sobre o contexto energético, a nível mundial, europeu e nacional, bem como o seu contexto jurídico a nível europeu e nacional, e uma explicação superficial sobre os fundamentos da energia solar, onde se foca a importância da radiação solar e os vários tipos de sistemas solares térmicos, bem como os seus constituintes. Segue-se a abordagem ao caso de estudo onde foram efectuados inicialmente inquéritos como forma de determinar os consumos de água quente utilizada nessa escola. Continuou-se o estudo efectuando-se a variação de duas características do sistema solar: o tamanho dos depósitos e o tipo de colectores solares a aplicar. Após as simulações efectuadas para a determinação das soluções a aplicar ao sistemasolar e apresentadas ao longo do presente documento, foram efectuadas análises económicas como forma de se verificar a viabilidade do sistema a aplicar. Por último foram elaboradas conclusões sobre o sistema a aplicar e apresentados alguns cenários financeiros do mesmo.