Caracterização experimental e numérica da permeabilidade ao ar da envolvente e do sistema de ventilação de um edifício "Gaioleiro"

Os edifícios do tipo “Gaioleiro”, em continuidade com os edifícios do tipo Pombalino, são um conjunto arquitectónico e cultural de elevada importância, expressivo na cidade de Lisboa, sendo fundamental a sua conservação e reabilitação para responder a algumas das actuais preocupações relacionadas com a segurança (funcional, estrutural e construtiva), eficiência energética e valorização deste edificado. A conservação de energia e actual regulamentação de eficiência energética nos edifícios de habitação, baseada nos princípios da Directiva Europeia relativa ao Desempenho Energético de Edifícios 2002/91/EC (EPBD - Energy Performance of Buildings Directives), aplicam-se a edifícios novos e a grandes reabilitações. Contudo, a conservação de energia é uma preocupação transversal (ambiental, económica e social) e nas últimas décadas tem sido objecto de investigação. No entanto, a caracterização experimental de sistemas de ventilação e a sua influência no desempenho térmico de edifícios é escassa, não se conhecendo trabalhos em edifícios “Gaioleiros”. Para a correcta avaliação da eficiência energética das soluções de reabilitação a implementar nestes edifícios é essencial o estudo do seu sistema de ventilação natural. A presente dissertação pretende caracterizar experimentalmente o sistema de ventilação de um edifício “Gaioleiro” através de ensaios de pressurização e de gás traçador. Os ensaios de pressurização destinam-se a avaliar a permeabilidade ao ar das componentes que integram a envolvente, e assim, suportar a estimativa da taxa de infiltrações de ar. Os ensaios com gases traçadores destinam-se a medir a taxa média de renovação de ar, tendo sido, neste trabalho, avaliadas as taxas de renovação de ar para a condição actual, para uma condição de melhoria da permeabilidade ao arda envolvente e para a condição de também ser aplicado um exaustor na chaminé. Esta avaliação experimental permitiu suportar o desenvolvimento e validação do modelo numérico de simulação da ventilação. Com este modelo validado são estimadas as taxas médias de ventilação e são estudadas oportunidades de melhoria de acordo com as exigências de qualidade do ar interior e de eficiência energética, como contributo para uma construção (reabilitação) sustentável. Do trabalho experimental foi evidenciado que se for exclusivamente melhorada a permeabilidade do ar da envolvente existe um elevado risco da taxa de ventilação ser insuficiente, apesar de no Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) serem previstas taxas de renovação mais elevadas para essa nova situação. Conclui-se que a caixilharia é o elemento que mais contribui para a permeabilidade ao ar da envolvente (60%). A permeabilidade ao ar deste edifício é muito elevada, sendo possível melhorar substancialmente (reduzir em 50% as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento) através de intervenções ao nível das janelas e das gralhas de admissão de ar.

Contratos bilaterais em mercados multi-agente de energia eléctrica: protocolo de ofertas alternadas

A liberalização do sector eléctrico, e a consequente criação de mercados de energia eléctrica regulados e liberalizados, mudou a forma de comercialização da electricidade. Em particular, permitiu a entrada de empresas nas actividades de produção e comercialização, aumentando a competitividade e assegurando a liberdade de escolha dos consumidores, para decidir o fornecedor de electricidade que pretenderem. A competitividade no sector eléctrico aumentou a necessidade das empresas que o integram a proporem preços mais aliciantes (do que os preços propostos pelos concorrentes), e contribuiu para o desenvolvimento de estratégias de mercado que atraiam mais clientes e aumentem a eficiência energética e económica. A comercialização de electricidade pode ser realizada em mercados organizados ou através de contratação directa entre comercializadores e consumidores, utilizando os contratos bilaterais físicos. Estes contratos permitem a negociação dos preços de electricidade entre os comercializadores e os consumidores. Actualmente, existem várias ferramentas computacionais para fazer a simulação de mercados de energia eléctrica. Os simuladores existentes permitem simulações de transacções em bolsas de energia, negociação de preços através de contratos bilaterais, e análises técnicas a redes de energia. No entanto, devido à complexidade dos sistemas eléctricos, esses simuladores apresentam algumas limitações. Esta dissertação apresenta um simulador de contratos bilaterais em mercados de energia eléctrica, sendo dando ênfase a um protocolo de ofertas alternadas, desenvolvido através da tecnologia multi-agente. Em termos sucintos, um protocolo de ofertas alternadas é um protocolo de interacção que define as regras da negociação entre um agente vendedor (por exemplo um retalhista) e um agente comprador (por exemplo um consumidor final). Aplicou-se o simulador na resolução de um caso prático, baseado em dados reais. Os resultados obtidos permitem concluir que o simulador, apesar de simplificado, pode ser uma ferramenta importante na ajuda à tomada de decisões inerentes à negociação de contratos bilaterais em mercados de electricidade.

Influência da modelação de núcleos de betão armado no cálculo automático de estruturas de edifícios

O presente trabalho aborda a questão do comportamento e influência estrutural da modelação de um núcleo de secção aberta de parede fina no modelo tridimensional de elementos finitos de um edifício de betão armado, composto por 5 pisos sujeito à acção sísmica regulamentar. Para o efeito, foram considerados os Eurocódigos estruturais, nomeadamente o Eurocódigo 0, Eurocódigo 1 e Eurocódigo 8. A fim de avaliar a importância do tipo de modelação destes elementos estruturais, elemento fundamental para a caracterização da resposta dinâmica, foi desenvolvido um estudo paramétrico, fazendo-se a análise de quatro formas distintas de modelação do mesmo núcleo. Para os mesmos casos de carregamento, é feita uma análise comparativa entre os resultados obtidos a nível de períodos, percentagem de armadura nos pilares e no próprio núcleo bem como os deslocamentos para os modelos em estudo, com recurso a um programa de cálculo automático. O edifício considerado neste trabalho foi modelado com base no programa comercial de cálculo automático SAP 2000 versão 14.4. Posteriormente apresentam-se e discutem-se os resultados obtidos nos vários modelos em causa e para as várias situações propostas ao longo do trabalho.

A utilização da madeira na construção de edifícios: alternativas às soluções tradicionais

Esta dissertação insere-se num projecto de investigação relacionado com o papel que a madeira apresenta na construção nos tempos de hoje, necessário para obtenção do Mestrado em Engenharia Civil. A madeira apresenta, enquanto material de construção, especificidades únicas: é um material orgânico, ao contrário da pedra, do aço e do betão; é um material combustível, sem que isto implique necessariamente uma baixa resistência ao fogo; é um material tradicional, presente em pavimentos e coberturas de edifícios antigos e é, paradoxalmente, um material novo, adoptado em arrojadas obras de arquitectura contemporânea. Estas características, associadas à necessidade de garantir a sustentabilidade da construção e de conservar e reabilitar o património edificado, tornam essencial o estudo das propriedades mecânicas do material, dos seus processos de degradação química e biológica, dos meios de protecção e do comportamento de elementos estruturais ao fogo. As estruturas em madeira têm tido uma procura crescente no nosso país, revelando-se uma opção interessante, como alternativa a estruturas de aço ou de betão. No entanto, por configurarem ainda soluções estruturais, materiais e processos construtivos pouco comuns entre nós, considera-se que não estão suficientemente divulgados os instrumentos de que podemos e devemos dispor para a garantia da qualidade destas estruturas. É apresentado um estudo de viabilidade económica no âmbito do nosso país, comparando casas em madeira, modulares pré-fabricadas, com casas cuja construção é feita em alvenaria e betão armado, de forma a poder comparar os custos para ambas as soluções construtivas. Para tal, foram realizadas visitas a empresas, fábricas e a obras com o objectivo de entender como funciona o processo de fabrico de uma casa pré-fabricada em madeira.

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.

Ensaios acústicos de edifícios

As mais diversas actividades humanas ocorrentes na periferia dos edifícios, principalmente nos grandes centros urbanos, e no interior dos próprios edifícios, originam níveis de intensidade sonora que podem ser fontes de elevado incómodo para os seus habitantes. A escolha de soluções construtivas adequadas que visem atenuar os efeitos destas fontes de radiação sonora torna-se desta forma importante para garantir a qualidade habitacional. Com vista à obtenção das exigências de conforto acústico o regulamento dos requisitos acústicos em edifícios estipula um conjunto de parâmetros de desempenho acústico que os elementos constituintes dos edifícios estão obrigados a cumprir. A avaliação destes parâmetros faz-se recorrendo à realização de ensaios acústicos, medições estas que se regem pelas normas da série ISO 140 e da série ISO 717. No presente trabalho descreveu-se resumidamente todas as especificações e procedimentos essenciais que as referidas normas de medição de isolamento sonoro definem. Foi ainda efectuada a avaliação in situ do isolamento a sons aéreos de dois elementos que separam compartimentos de diferentes fogos, de quatro elementos de fachada assim como o isolamento a sons de percussão de um pavimento pertencente a um edifício multifamiliar com uso unicamente habitacional, que serviu como caso de estudo. Posteriormente e através da análise objectiva dos resultados dos ensaios efectuou-se a verificação da conformidade dos índices de isolamento sonoro obtidos com os requisitos regulamentares.

Síndroma dos edifícios doentes: estudo da qualidade do ar interior e despiste da eventual existência de SED entre a população do edifício “E” de um estabelecimento de ensino superior

Mestrado em Segurança e Higiene no Trabalho.

Análise e diagnóstico do edificado com mais de 50 anos a reabilitar em Lisboa: edifícios "gaioleiros"

A reabilitação do edificado em Lisboa é um fenómeno que tem vindo a ser abordado há já alguns anos, com resultados ainda insuficientes. Entre outras razões que contribuíram para a situação actual, referem-se três das principais: - Congelamento de rendas - Especulação imobiliária - Falta de legislação específica Este trabalho está estruturado em duas partes fundamentais. Na primeira parte é um enquadramento histórico e de desenvolvimento urbanístico, que vai do inicio do século XIX até finais do século XIX, a que a cidade de Lisboa assistiu. Através de avanços e recuos, foi possível olhar-se Lisboa a norte, “dir-se-á de costas voltadas ao Tejo”. Lisboa não se via fora de uma “tela” que tivesse como pano de fundo o Rio Tejo, sempre pensada entre oriente e ocidente. A segunda parte, em que é feita a análise e diagnóstico do edificado a reabilitar com mais de 50 anos, corresponde ao período entre 1870 a 1930, edifícios de paredes resistentes e pavimentos de madeira (do tipo gaioleiro). Neste estudo ilustra-se o estado actual de um conjunto de edifícios da época, através de observação visual e directa, recolha fotográfica e consulta directa a elementos de processos de obra constantes no Arquivo Municipal de Lisboa. É feita a caracterização construtiva dos casos de estudo, o estado de degradação dos mesmos, incluindo patologias em fundações, paredes resistentes, pavimentos de madeira e coberturas.

Acompanhamento da execução de instalações técnicas e acabamentos nos edifícios de habitação do "Condomínio Oriente"

Neste relatório descreve-se o trabalho desenvolvido no âmbito do estágio curricular relativamente ao acompanhamento da execução de instalações técnicas e acabamentos na construção de um edifício, com a finalidade de conclusão do curso de Mestrado em Engenharia Civil. O estágio, com duração de quatro meses, desenrolou-se entre Fevereiro e Junho de 2011 na empresa Obriverca. Consistiu no acompanhamento da obra do “Condomínio Oriente” inserida no “Multiusos do Oriente”, em construção na freguesia de Moscavide, concelho de Loures, sendo o orientador do estágio na empresa, o Eng.º Luís Laborinho, Director da Obra em causa. Tendo como objectivos primordiais do estágio curricular a consolidação das matérias e temas abordados na vertente académica, assim como o contacto com a realidade do mundo laboral, estes foram obtidos realizando um acompanhamento regular das frentes de trabalho referentes à execução das instalações técnicas e acabamentos, focando a atenção em duas fases distintas: inicialmente na execução da rede de distribuição de águas; rede de drenagem predial; aquecimento, ventilação e ar condicionado; instalações eléctricas e rede de combate a incêndios; na execução dos acabamentos em paredes exteriores e interiores, pavimentos e tectos.

Análise estrutural e previsão do preço da energia eléctrica no MIBEL

Com o passar dos anos tem-se verificado uma reforma ao nível do sector eléctrico em muitas economias do mundo, o que aparenta apontar para um estabelecimento de mercados de energia eléctrica que favorecem o funcionamento competitivo das actividades de produção e comercialização. Foi seguindo esta tendência que surgiu o Mercado Ibérico de Electricidade. O presente trabalho de dissertação tem como propósito realizar uma análise estrutural do preço da energia eléctrica e desenvolver um modelo que permita realizar uma previsão diária, de esse mesmo preço. Numa fase inicial, através de um conjunto de métodos de análise quantitativos, pretende-se estudar o preço da energia eléctrica no Mercado Ibérico de Electricidade. Os métodos usados consistem na análise da correlação, análise de causalidade e análise em componentes principais. Com estes métodos, procura-se identificar quais as variáveis que provocam um maior impacto na definição do preço de mercado de energia eléctrica no Mercado Ibérico de Electricidade e identificar possíveis alterações de carácter estrutural. Numa fase posterior, tem-se como objectivo desenvolver um modelo que permita a previsão diária do preço da energia eléctrica. Existindo diversas técnicas para realizar a previsão do preço, optou-se, no presente trabalho, por usar os modelos função de transferência. Este é um método bastante abordado na realização de previsões do preço da energia eléctrica, a partir do qual se tem alcançado bons resultados (Conejo et al, 2004 e Nogales e Conejo, 2005). Verificou-se que, efectivamente, existiram alterações estruturais no preço da energia eléctrica. Numa fase inicial, este apresentava-se mais dependente com os preços dos combustíveis relacionados com a produção de energia eléctrica e, posteriormente, com os valores de produção de energia eléctrica. Relativamente à previsão, através do método utilizado para a realização da mesma, obtiveram-se bons resultados utilizando os valores de produção em regime especial e os valores de consumo de energia.

Estratégias de comercialização de energia para negociação bilateral em mercados de energia eléctrica multi-agente

As recentes e crescentes modificações no sector eléctrico, tanto nacional como mundial, tornam actualmente os mercados de electricidade um caso de estudo singular e interessante. De facto, o desenvolvimento de ferramentas de análise que permitem avaliar a evolução dos comportamentos que estes mercados adoptam face à dinâmica das suas constantes transformações é, à partida, uma mais valia para as suas principais entidades. Muitas vezes os negociadores deste sector ficam satisfeitos com o resultado final. Contudo, se investigarmos mais minuciosamente, dinheiro e recursos são desperdiçados e potenciais ganhos permanecem por descobrir. Uma negociação automática, que utilize agentes computacionais autónomos, promete um elevado nível de eficiência e acordos de maior qualidade. Muitos modelos de mercado actuais são simulados através de ferramentas computacionais, algumas das quais baseadas em tecnologia multi-agente. Esta dissertação apresenta um simulador que permite ajudar a resolver vários problemas inerentes à contratação bilateral de energia. O simulador envolve dois agentes do mercado de retalho, um comprador e um vendedor de energia eléctrica, e suporta a negociação bilateral multidimensional. Cada agente tem no seu portefólio um conjunto de opções que modelam o seu comportamento individual. A essas opções dá-se o nome de estratégias de negociação. O simulador é composto por estratégias de concessão e imitativas. As estratégias de concessão ditam a velocidade de cedência que cada agente terá, enquanto que as estratégias imitativas têm em conta o comportamento passado do oponente, antes da formulação de uma nova oferta. A validação experimental do simulador foi efectuada através da realização de uma experiência computacional. O método experimental consistiu na experimentação controlada. A experiência teve como principal objectivo validar as estratégias através da verificação, em computador, de um conjunto de hipóteses formuladas através de diversas observações e conclusões da negociação real. Os resultados confirmaram as hipóteses, permitindo concluir que a estratégia de concessão baseada no volume de energia conduz a um melhor benefício para ambos os negociadores, enquanto que a estratégia de concessão baseada na prioridade dos itens conduz à troca de um maior número de propostas negociais.

Negociação bilateral em mercados de energia eléctrica multi-agente com participação activa dos consumidores

Nos últimos anos, o sector elétrico tem sofrido profundas alterações decorrentes do processo de reestruturação. Como consequência, surgiram diferentes estruturas de mercado, tais como em bolsa, contratos bilaterais e mistos, tendo como objectivo o aumento da competitividade. Nos mercados competitivos, os consumidores de electricidade podem escolher livremente os seus fornecedores de energia, em função de possíveis vantagens económicas e da qualidade do serviço. A comercialização de electricidade pode ser realizada em mercados organizados ou através de contratação bilateral entre comercializadores e consumidores. Actualmente, existem várias ferramentas de simulação baseadas em técnicas multiagente que permitem modelar, parcialmente ou na totalidade, os mercados de electricidade, possibilitando simulações de negociação de preços e volumes através de contratos bilaterais, transacções em bolsas de energia, etc. No entanto, estas ferramentas apresentam algumas limitações devido à complexidade dos sistemas elétricos. Neste contexto, esta dissertação tem como principal objectivo desenvolver um simulador de contratos bilaterais em mercados de energia elétrica, baseado na tecnologia multi-agente. O simulador inclui dois tipos de entidades: retalhistas e consumidores de electricidade com diferentes perfis de carga. Além disso, é composto por várias estratégias de negociação, que têm como objectivo maximizar o benefício dos agentes retalhistas e minimizar o custo dos consumidores finais de electricidade. Uma das estratégias, referente ao consumidor, é direccionada para a eficiência no consumo, sendo baseada na conhecida técnica de Participação Activa dos Consumidores (ou Demand Response). O teste do simulador foi efectuado através da resolução de dois casos práticos, baseados em dados do MIBEL. De forma sucinta, os resultados obtidos com as estratégias permitem concluir que os intervenientes no mercado apresentam um comportamento esperado na gestão de preços e volumes de energia, constatando-se que a ferramenta desenvolvida constitui um auxiliar importante à tomada de decisão inerente à negociação bilateral em mercados de electricidade.

O papel da geração hídrica reversível na integração da energia eólica em ambiente de mercado

A geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis, tal como as centrais eólicas, apresenta diferente disponibilidade ao longo do tempo. Por esse motivo, a crescente integração da energia eólica no sistema elétrico levanta questões operacionais importantes, tal como o equilíbrio entre a potência da geração e a potência do consumo, podendo em certos períodos, ocorrer fenómenos de excesso de geração. Atualmente, as centrais hídricas reversíveis (CHR) têm sido vistas como uma solução para absorver esse excesso de geração, evitando-se assim, a necessidade de corte da geração eólica. Num contexto de mercado liberalizado, considerando-se que as CHR são tomadoras de preço, nos períodos de baixo consumo e elevada disponibilidade de vento, o baixo preço da energia elétrica dará incentivo para as CHR realizem bombagem, promovendo a integração da energia eólica. No entanto, se uma CHR apresentar poder de mercado, a sua estratégia de maximização do lucro pode levar a um perfil de bombagem e geração diferente, desviando-se do objetivo de maximizar a integração da energia eólica. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo estudar a influência do poder de mercado na operação de uma CHR inserida no mercado diário do mercado ibérico de eletricidade (MIBEL). Para tal, é desenvolvido um modelo de despacho em ambiente de mercado, sendo o poder de mercado da CHR modelado através de uma curva de procura residual inversa com elasticidade variável. Os resultados obtidos evidenciam que o aumento do poder de mercado da CHR corresponde a uma diminuição do nível de energia armazenada e, portanto, a capacidade de integrar energia eólica pode ser consideravelmente reduzida. No entanto, quando a CHR pertence a uma empresa de geração que para além desta, possui também uma central de tecnologia diferente, tal como uma central térmica ou eólica, o seu comportamento pode inverter-se.

Previsão das estratégias competitivas dos produtores de energia eléctrica no MIBEL

O Mercado Ibérico de Electricidade (MIBEL) surge na perspectiva de integração e cooperação dos sectores eléctricos português e espanhol, em resposta ao incentivo da União Europeia (UE) na criação de mercados regionais de electricidade, considerando um posterior alargamento para um mercado europeu de energia. A presente dissertação incide no estudo da previsão horária das estratégias competitivas dos agentes produtores de energia eléctrica no MIBEL, sendo abordado um horizonte de previsão de 5 dias úteis. A variável em estudo trata-se da variação conjectural referente ao próprio MIBEL, a qual estima o grau de competitividade dos agentes do lado da oferta no mercado diário. A metodologia utilizada para previsão passou pela análise de sucessões cronológicas, aplicando modelos ARIMA e modelos de alisamento exponencial. Uma análise breve da previsão do preço horário de energia eléctrica no mercado diário do MIBEL foi também realizada, sendo efectuada a comparação entre a previsão obtida pela análise de sucessões cronológicas e o cálculo do valor de preço previsto com recurso aos dados de variação conjectural previstos. Os resultados alcançados revelam que os modelos estimados que melhor se adequam à previsão horária da variação conjectural referente ao MIBEL, corresponderam maioritariamente ao tipo ARIMA sazonal com sazonalidade diária, seguido de modelos do tipo ARIMA não sazonal. Foi observado ainda, que os modelos seleccionados foram estimados maioritariamente com recurso a uma sucessão cronológica de 5 dias úteis. Por fim, ambas as abordagens utilizadas para realizar a previsão horária do preço de energia eléctrica apresentaram em média, erros médios absolutos para a previsão de 1 e 5 dias úteis iguais entre si.

Desenvolvimento de algoritmos para a determinação da máxima injeção nodal em redes de energia elétrica

A presente dissertação apresenta um conjunto de algoritmos, cujo objetivo é a determinação da capacidade máxima de energia que é possível integrar numa rede de energia elétrica, seja num único nó ou em vários nós simultaneamente. Deste modo, obtém-se uma indicação dos locais mais adequados à nova instalação de geração e quais os reforços de rede necessários, de forma a permitirem a alocação da nova energia. Foram estudados e identificados os fatores que influenciam o valor da capacidade máxima nodal, assim como as suas consequências no funcionamento da rede, em particular o carácter simultâneo associado às referidas injeções nodais. Nesse sentido, são apresentados e desenvolvidos algoritmos que têm em consideração as características técnicas da geração a ligar e as restrições físicas impostas pela rede elétrica existente. Os algoritmos desenvolvidos apresentados baseiam-se em busca gaussiana, tendo sido igualmente implementada uma heurística que tem em consideração a proximidade de outras injeções em nós adjacentes e finalmente, dada a natureza combinatória do problema, propõe-se a aplicação de algoritmos genéticos especificamente adaptados ao problema Conclui-se que os algoritmos genéticos encerram características que lhes permitem ser aplicados em qualquer topologia com resultados superiores a todos os algoritmos desenvolvidos. Os métodos apresentados foram desenvolvidos e implementados usando a linguagem de programação Python, tendo-se desenvolvido ainda um interface visual ao utilizador, baseado em wxPython, onde estão implementadas diversas ferramentas que possibilitam a execução dos algoritmos, a configuração dos seus parâmetros e ainda o acesso à informação resultante dos algoritmos em formato Excel.