Reabilitação térmica e energética de edifício antigo: aplicação ao antigo edifício dos CTT em Coruche

O estudo desenvolvido no presente documento teve como alvo um edifício antigo construído entre 1930 e 1940 no concelho de Coruche, com construção característica da sua época. Numa fase inicial analisou-se de que forma se comporta o edifício em termos térmicos e energéticos, com base nas metodologias de cálculo apresentadas pelo regulamento térmico em vigor (RCCTE, 2006), e de seguida foram analisadas várias soluções existentes para a reabilitação térmica e energética do edifício que poderá ser concretizada, essencialmente devido às soluções para isolamento térmico das paredes, pavimentos e cobertura, assim como devido às soluções para vidros e caixilharia dos vãos envidraçados. Numa fase posterior, foi estudada a aplicação isolada das várias soluções de reabilitação consideradas, tendo sido simulada a aplicação de várias espessuras de isolante para as soluções da envolvente opaca e vários tipos de vidro duplo e caixilharia para as soluções da envolvente envidraçada, de forma a perceber-se a implicação que cada uma tem quanto à variação das necessidades energéticas do edifício. Por fim, foram calculados os custos de aplicação das várias soluções estudadas, com auxílio de um software de orçamentação, de forma que estas possam ser comparadas em termos da relação custo/benefício, em que, o benefício de cada solução será a variação provocada nas necessidades energéticas do edifício com aplicação da mesma. Assim, procurará encontrar-se para o edifício em estudo não só as soluções mais vantajosas em termos energéticos mas também as mais rentáveis, e procurará perceber-se se um investimento numa intervenção de reabilitação deste género conduzirá a um período de retorno do investimento reduzido, que possa ser considerado aceitável.

Concepção de instalações frigoríficas em expansão directa versus sistemas inundados: análise energética das soluções

O recurso a sistemas de refrigeração é indispensável nos dias actuais. Esta importante área da engenharia vem sendo aperfeiçoada através dos séculos para atender às diversas necessidades geradas com a evolução do estilo de vida da humanidade. Nos dias actuais, é praticamente impossível dissociar as actividades da sociedade moderna dos benefícios proporcionados pelas tecnologias de refrigeração. Como consequência, também é indispensável o uso da energia eléctrica para o accionamento dos motores e outros equipamentos associados a esses sistemas. Ao longo deste trabalho, os conceitos termodinâmicos e os componentes dos sistemas de refrigeração são abordados, de modo a permitir o projecto de instalações frigoríficas optimizadas energeticamente. Os aspectos teóricos serão destacados, para que se possa definir o perfil termodinâmico das instalações frigoríficas em expansão directa e em sistema inundado. A partir dos conceitos básicos, serão descritos os ciclos de refrigeração e as suas variações. O balanço energético de uma instalação frigorífica permite todo o projecto termodinâmico da instalação, a selecção dos equipamentos e acessórios necessários ao bom funcionamento do sistema, não perdendo de vista a sua eficiência energética. A eficiência energética da instalação é um factor importante, como tal, é pertinente confrontar duas tipologias diferentes de projecto associadas a uma câmara frigorífica. Para tal objectivo, é tipificada uma câmara de congelados de dimensões apreciáveis, para a qual serão projectados os sistemas alvo de comparação. A instalação em sistema inundado apresenta melhor eficiência frigorífica e menor custo de exploração, no entanto, é necessário um investimento inicial elevado.

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.

Quantificação energética de arranque de uma instalação AVAC

A transposição da Diretiva n.º 2002/91/CE - Parlamento Europeu e do Conselho (de 16 de Dezembro), para a legislação nacional resultou no Sistema de Certificação Energética - Decretos-lei n.º 78/2006, 79/2006 e 80/2006, de 4 de Abril. Estes definem as regras e parâmetros de dimensionamento dos sistemas Ativos de Climatização em Edifícios, pelos quais os dimensionamentos se regem, orientam e cumprem. Definem igualmente as características de utilização das instalações, os parâmetros de funcionamento, as tecnologias e soluções a empregar, propondo-se a limitar o custo energético da solução. No entanto, a regulamentação quantifica somente as cargas em regime estacionário, não quantificando o custo de "prontidão" de cada um dos sistemas e, mais importante ainda, o tempo que os sistemas necessitam para atingir as condições requeridas, quando no regime transiente de arranque. Neste estudo serão comparados dois sistemas distintos de climatização, relativamente ao período transiente de arranque, respectivo consumo energético e correspondente eficiência energética, determinando-se desse modo a adequabilidade de cada sistema a cada aplicação específica.

Eficiência energética em edifícios de serviços

A eficiência energética em edifícios tem sido alvo de grandes desenvolvimentos nos últimos anos devido à crescente atenção dada a esta temática, motivada entre outros factores, por razões económicas de redução de custos e maior consciência da comunidade sobre a limitação das fontes energéticas convencionais. Têm-se realizado esforços relativamente à procura de soluções em tornar os edifícios mais eficientes do ponto de vista energético, desde a fase de concepção, de execução (com aplicação de novos materiais mais sustentáveis), das técnicas construtivas e do desenvolvimento e aplicação de tecnologias inovadoras ligadas às energias renováveis. Na presente dissertação aborda-se esta temática com especial enfoque nos edifícios de serviços. Procura-se caracterizar o estado actual da eficiência energética em Portugal, tendo como suporte a análise da dependência energética, a estratégia nacional delineada para a energia e a transposição de Directivas Europeias para a legislação nacional e a sua aplicação. Foi objecto de estudo o programa levado a cabo por um grande grupo empresarial português, no âmbito da aplicabilidade da actual legislação em vigor, aos seus edifícios, culminando num caso de estudo de um grande edifício de serviços com o objectivo de proceder à sua certificação energética. As últimas tendências relativamente à melhoria da eficiência energética nos edifícios também foram abordadas, com especial atenção aos sistemas de gestão energética, bem como aos NZEB (Nearly Zero Energy Buildings), em linha com a recente imposição legislativa pela União Europeia, em que todos os edifícios novos até ao final de 2020 devem enquadrar-se neste conceito.

Simulação e optimização de tempo de recuperação de um modulador de impulso de alta tensão

presente dissertação tem como objectivo a análise e simulação de um Modulador de Impulso de Alta Tensão (este circuito tem como finalidade substituir o modulador actual do ISOLDE/CERN), utilizando programas de simulação e de implementação de modelos matemáticos respectivamente no Orcad-Pspice e o Matlab-Simulink. Estudou-se o modulador de impulso de alta tensão projectado para o ISOLDE/CERN, e analisou se o seu funcionamento em função do tempo de recuperação e sobreelevação da tensão na carga, os dois parâmetros mais importantes do sistema. Descreveu-se a operação do modulador de impulso de alta tensão baseado no gerador de MARX, desenvolvido no ISEL em pareceria com o CERN, estudou-se o funcionamento deste tipo de circuito baseado na tecnologia de semicondutores. Desenvolveu-se um modelo matemático que descreve a operação do modulador e implementou-se em MATLAB. Fez-se uma análise comparativa dos resultados obtidos experimentalmente com os de simulações obtidos em MATLAB e em PSPICE, e estudaram-se as limitações destes programas na análise do circuito.

Soluções técnicas e eficiência energética em Bungalows, incorporando microprodução

No presente trabalho apresenta-se um conceito de habitação, aplicado a uma casa do tipo Bungalow que alia a arquitetura, clima, e energias renováveis (Produção fotovoltaica e eólica), denominado Green Bungalow, para um agregado familiar de 3 pessoas. Para o efeito foram analisados e estudados princípios de arquitetura bioclimática, considerando e potencializando as condições climáticas existentes no local onde o conceito foi aplicado. Foram igualmente otimizados os respetivos consumos energéticos e construídos os respetivos diagramas de carga. São propostas soluções técnicas para a alimentação da carga dimensionada para o Green Bungalow para funcionamento em sistema isolado e ligado à rede elétrica de energia. Para averiguar a racionalidade económica do investimento teve-se em consideração os aspetos legislativos, tarifas e taxas em vigor (2011) respeitantes à microprodução. Efetuou-se uma análise de sensibilidade que, tendo por base uma solução técnica dimensionada para o consumo de 1890 kWh/ano, considerou os seguintes cenários: • Sensibilidade a diferentes níveis de consumo – 4000 kWh/ano e 6000 kWh/ano; • Sensibilidade a diferentes níveis de geração; • Sensibilidade a valores de custo do equipamento considerado para cada solução técnica exequível. Conclui-se que o conceito Green Bungalow é uma boa escolha do ponto de vista técnico e em termos ambientais. Da simulação da microprodução do caso de estudo comprovou-se que, para o atual enquadramento tarifário e custo de equipamento não existe viabilidade económica, sendo viável apenas para cenários de consumo muito elevados. Nesse cenário a tecnologia fotovoltaica de produção de energia apresentou-se a mais rentável em todas as simulações.

Simulação de colunas de destilação de elevada eficiência energética

A destilação é o principal processo de separação usado nas indústrias químicas para separação de misturas líquidas, e apesar de ser um processo muito intensivo energeticamente continua hoje em dia a ser o processo de separação preferencial. O largo impacto dos processos de destilação nos custos de investimento e operação tem impulsionado o desenvolvimento de sistemas complexos de destilação, cuja principal finalidade consiste na otimização energética do processo de separação. No âmbito do estudo da utilização de colunas de elevada eficiência energética para separações multicomponente através da simulação de processos, o presente trabalho foca-se na compreensão, análise e avaliação da Coluna de Petlyuk, sistema de colunas com acoplamento térmico integral (FTCDC), inicialmente introduzida na década de 1940, com um reportado potencial para poupanças energéticas até cerca de 30% relativamente ao sistema tradicional. Para a simulação dos sistemas em estudo foi usado o software de simulação de processos HYSYS, cuja aplicação é desenvolvida e analisada no decurso deste trabalho, o qual é dividido em três partes principais: implementação dos processos em HYSYS para simulação rigorosa em modo de estado estacionário, otimização e simulação dinâmica e controlo. A primeira parte diz respeito ao design dos sistemas e âmbito de aplicação do HYSYS nesta etapa. Através do estudo da separação de mistura ternária equimolar de isómeros de butanol, é apresentado um procedimento de implementação do sistema FTCDC e avaliados os resultados de simulação rigorosa fazendo a sua comparação com os resultados obtidos para o sistema tradicional. A segunda parte é dedicada à otimização de ambos os sistemas, FTCDC e tradicional, cujos estudos se baseiam na simulação em estado estacionário. O elevado número de variáveis de design do sistema FTCDC pode conduzir a tedioso e moroso trabalho de simulação. Neste trabalho são aplicadas metodologias de desenho de experiências na otimização do sistema FTCDC, as quais permitiram uma significativa redução o número de simulações a executar, sendo o procedimento de otimização, baseado no procedimento de desenhos de experiências, desenvolvido ao longo desta parte. Os resultados de otimização de ambos os sistemas são avaliados e comparados. A última parte deste trabalho debruça-se sobre o tema da operabilidade dos sistemas, avaliada através da simulação dinâmica dos mesmos e avaliação da estrutura de controlo implementada. A simulação dinâmica de processos, baseada em modelos dinâmicos, permite melhorar o seu design, otimização e operação, cujos resultados traduzirão de uma forma mais realística o desempenho do processo desenhado, uma vez que estes nunca se encontram num verdadeiro estado estacionário. Nesta parte é apresentado o procedimento de implementação da simulação dinâmica de ambos os sistemas, no qual se inclui a definição da configuração de controlo para cada um destes. Através dos resultados de simulação dinâmica de ambos os sistemas é avaliado o seu design e respetiva estrutura de controlo.

Prensa electromagnética com recuperação de energia para corte e moldagem de chapas e tubos de AL

Foi desenvolvido um conversor de potência e atuador mecânico para a moldagem e corte, por ação de pressão magnética, de chapas e tubos de Al, com uma energia máxima de descarga de 10kJ. O conversor é composto por duas malhas de descarga em paralelo e duas malhas de recuperação de energia. O circuito é capaz de gerar uma corrente de pico de 50kA com uma taxa de variação máxima de 2kA/s através de um atuador, recuperar até 32% da sua energia inicial e diminuir o tempo de carga dos bancos de condensadores no mesmo valor, reduzindo assim a potência da fonte de alimentação primária Foram construídos vários atuadores de forma a otimizar o processo, considerando as várias funções pretendidas, como a deformação ou corte de chapas e compressão de tubos. O circuito elétrico aproximado desenvolvido em Matlab/Simulink foi validado, considerando apenas o funcionamento da malha primária sem o atuador e a dinâmica associada, sendo capaz de simular as respostas do sistema para várias situações específicas, tornando-se numa ferramenta para otimização do mesmo. Experimentalmente, os resultados obtidos provam ser possível cortar chapas Al de 0,5 e 0,8mm, com apenas 13% da energia total do circuito, e comprimir tubos de Al com 2mm de espessura e 50mm de diâmetro com apenas 2,4kJ. A topologia do circuito e a construção da máquina tiveram em conta vários aspetos que melhoram a proteção de pessoas e equipamentos e devida à sua configuração este é capaz de suportar variações de capacidade nos bancos de condensadores e variações de indutância nas bobinas de recuperação de energia sem se danificar.

Análise de eficiência energética de transportes rodoviários

Projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de computadores

Reabilitação sustentável de edifício de habitação, em construção tradicional, no Baixo Alentejo

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Técnicas de eficiência energética em redes móveis usando o tráfego como referência

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Avaliação da auto-suficiência energética na indústria nacional arrozeira

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Construção de um parque eólico industrial

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Reabilitação energética de um edifício de índole cultural: Centro Cultural de Belém

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