Caracterização experimental e numérica do desempenho térmico de um edifício "gaioleiro": identificação de oportunidades de melhoria

O sector dos edifícios é responsável por uma percentagem significativa dos consumos de energia primária e de energia eléctrica em Portugal, associada principalmente ao conforto térmico dos seus ocupantes. A União Europeia pretende uma redução de 20%, até 2020, dos consumos de energia e consequentes emissões de CO2 através da melhoria da eficiência energética dos edifícios públicos e residenciais. Em Portugal, o Plano Nacional para a Eficiência Energética (PNAEE) tem por objectivo obter uma poupança anual de energia de pelo menos 1% até ao ano de 2016, tomando como base a média de consumos de energia final, registados entre 2001 e 2005. Neste contexto, os edifícios anteriores a 1990 (primeira versão do RCCTE) podem apresentar um potencial significativo de melhoria da sua eficiência energética com base na sua reabilitação. Os edifícios “Gaioleiros” (1880 – 1930) constituindo uma parte importante do património histórico da cidade de Lisboa, para os quais a informação sobre o seu desempenho térmico é limitada, considerou-se pertinente efectuar um estudo destinado à sua caracterização experimental e numérica, face à especificidade do comportamento térmico das suas paredes caracterizadas pela elevada espessura. No presente trabalho, apresenta-se a metodologia e os resultados experimentais da medição da resistência térmica das paredes e da medição das necessidades térmicas de aquecimento da habitação. Estes resultados experimentais foram utilizados na validação do modelo de simulação térmica da habitação, que posteriormente serviu para avaliar as suas necessidades térmicas de aquecimento (Nic) e de arrefecimento (Nvc), identificar oportunidades de melhoria e avaliar o respectivo potencial de reabilitação. Neste trabalho, como contributos para uma reabilitação sustentável, apresentam-se avaliações de oportunidades de melhoria com base em estratégias de reforço do isolamento térmico. Dos resultados obtidos concluiu-se que melhorando o isolamento térmico das paredes e vãos envidraçados é possível baixar consideravelmente os consumos de energia associados à habitação, cumprindo assim as exigências estabelecidas no RCCTE ao nível dos requisitos de qualidade térmica da envolvente e consumos energéticos para edifícios novos e grandes reabilitações.

Caracterização do comportamento dinâmico de um edifício de dois pisos: estudo experimental e numérico

Os sismos são fenómenos naturais, que ao longo da história têm sido responsáveis por enormes perdas, tanto materiais como humanas. Grande parte dessas perdas, resultam dos danos provocados em construções existentes. Com o intuito de minimizar os estragos provocados pelas acções sísmicas, estudam-se várias hipóteses de reforço para assim melhorar o comportamento sísmico do património edificado. Para reforçar determinada estrutura com vista a melhorar o seu comportamento sob acções sísmicas, torna-se fundamental caracteriza-la dinamicamente para assim avaliar o seu desempenho sísmico. Uma das formas mais usuais para caracterizar o comportamento dinâmico de estruturas é a realização de ensaios de vibração, e o desenvolvimento de modelos numéricos devidamente calibrados que representem adequadamente as características dinâmicas das estruturas. É com base nos modelos numéricos que se verifica se determinada estrutura necessita ou não de reforço e, no caso de necessitar, se escolhe a melhor opção de reforço.

Wavelength Selective a-SiC:H p-i-n/p-i-n Heterostructure for Fluorescent Proteins Detection

In this paper we present results on the optimization of multilayered a-SiC:H heterostructures that can be used as optical transducers for fluorescent proteins detection using the Fluorescence Resonance Energy Transfer approach. Double structures composed by pin based aSiC:H cells are analyzed. The color discrimination is achieved by ac photocurrent measurement under different externally applied bias. Experimental data on spectral response analysis, current-voltage characteristics and color and transmission rate discrimination are reported. An electrical model, supported by a numerical simulation gives insight into the device operation. Results show that the optimized a-SiC:H heterostructures act as voltage controlled optical filters in the visible spectrum. When the applied voltages are chosen appropriately those optical transducers can detect not only the selective excitation of specimen fluorophores, but also the subsequent weak acceptor fluorescent channel emission.

Verificação experimental do comportamento térmico de uma fachada de dupla pele com ventilação natural

Neste trabalho, avaliou-se o comportamento térmico de uma fachada de dupla pele com ventilação natural. A avaliação foi efectuada para uma célula de teste que permite adaptar várias configurações de fachada para a qual foram registados dados num determinado período de tempo através de um sistema de aquisição de dados. Os dados registados foram devidamente tratados e comparados para as diversas configurações. Para as configurações testadas, utilizaram-se dois parâmetros adimensionais que permitiram a comparação da capacidade de pré aquecer o ar (aplicável à estação de aquecimento) e de isolar dinamicamente (aplicável à estação de arrefecimento). Foram comparados os desempenhos da fachada quando a funcionar com os sistemas de sombreamento por persiana veneziana e por cortina têxtil. Em pré aquecimento, o fluxo de insuflação mostrou-se uma boa opção. Em isolamento dinâmico, a fachada retira o melhor partido do fluxo de extracção. Os resultados obtidos para os sistemas de sombreamento recaem a favor do sombreamento por persiana veneziana. As medições efectuadas na célula de teste vêm permitir futuros estudos de comparação com métodos de simulação numérica. Os resultados obtidos demonstram a sensibilidade das fachadas de dupla pele ao clima onde se inserem. Contudo, os resultados obtidos não demonstram por si só a veracidade do desempenho desta tecnologia no clima em Portugal.

Risco e incerteza no pensamento biomédico: notas teóricas sobre o advento da quantificação e da prova experimental na medicina moderna

A biomedicina é um domínio do saber no qual a proliferação do conceito de risco se tem evidenciado de forma expressiva, o que revela uma preocupação em proceder ao controlo sistemático dos problemas através de um modelo de racionalização instrumental. Tal procedimento é elucidativo do investimento que é feito na interpretação das incertezas como riscos. Consequentemente, a dimensão estatística que lhe está associada é cada vez mais um dos principais traços do seu perfil científico. Biomedicine is a field where the concept of risk has shown an impressive increase in its importance. This fact demonstrates a concern with a systematic problem control through an instrumental rationalizing model, expressing eloquently the investment being made in interpreting uncertainty as risk and the consequent statistical dimension as an ever-more quintessential feature of its scientific profile.

Implementação de WDM com dispositivos semicondutores

Este trabalho utiliza uma estrutura pin empilhada, baseada numa liga de siliceto de carbono amorfo hidrogenado (a-Si:H e/ou a-SiC:H), que funciona como filtro óptico na zona visível do espectro electromagnético. Pretende-se utilizar este dispositivo para realizar a demultiplexagem de sinais ópticos e desenvolver um algoritmo que permita fazer o reconhecimento autónomo do sinal transmitido em cada canal. O objectivo desta tese visa implementar um algoritmo que permita o reconhecimento autónomo da informação transmitida por cada canal através da leitura da fotocorrente fornecida pelo dispositivo. O tema deste trabalho resulta das conclusões de trabalhos anteriores, em que este dispositivo e outros de configuração idêntica foram analisados, de forma a explorar a sua utilização na implementação da tecnologia WDM. Neste trabalho foram utilizados três canais de transmissão (Azul – 470 nm, Verde – 525 nm e Vermelho – 626 nm) e vários tipos de radiação de fundo. Foram realizadas medidas da resposta espectral e da resposta temporal da fotocorrente do dispositivo, em diferentes condições experimentais. Variou-se o comprimento de onda do canal e o comprimento de onda do fundo aplicado, mantendo-se constante a intensidade do canal e a frequência de transmissão. Os resultados obtidos permitiram aferir sobre a influência da presença da radiação de fundo e da tensão aplicada ao dispositivo, usando diferentes sequências de dados transmitidos nos vários canais. Verificou-se, que sob polarização inversa, a radiação de fundo vermelho amplifica os valores de fotocorrente do canal azul e a radiação de fundo azul amplifica o canal vermelho e verde. Para polarização directa, apenas a radiação de fundo azul amplifica os valores de fotocorrente do canal vermelho. Enquanto para ambas as polarizações, a radiação de fundo verde, não tem uma grande influência nos restantes canais. Foram implementados dois algoritmos para proceder ao reconhecimento da informação de cada canal. Na primeira abordagem usou-se a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa e directa. Pela comparação das duas medidas desenvolveu-se e testou-se um algoritmo que permite o reconhecimento dos canais individuais. Numa segunda abordagem procedeu-se ao reconhecimento da informação de cada canal mas com aplicação de radiação de fundo, tendo-se usado a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa sem aplicação de radiação de fundo com a informação contida nas medidas de fotocorrente geradas pelo dispositivo sob polarização inversa com aplicação de radiação de fundo. Pela comparação destas duas medidas desenvolveu-se e testou-se o segundo algoritmo que permite o reconhecimento dos canais individuais com base na aplicação de radiação de fundo.

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.

Modelling of n-stage Blumlein stacked lines for bipolar pulse generation

A Blumlein line is a particular Pulse Forming Line, PFL, configuration that allows the generation of high-voltage sub-microsecond square pulses, with the same voltage amplitude as the dc charging voltage, into a matching load. By stacking n Blumlein lines one can multiply in theory by n the input dc voltage charging amplitude. In order to understand the operating behavior of this electromagnetic system and to further optimize its operation it is fundamental to theoretically model it, that is to calculate the voltage amplitudes at each circuit point and the time instant that happens. In order to do this, one needs to define the reflection and transmission coefficients where impedance discontinuity occurs. The experimental results of a fast solid-state switch, which discharges a three stage Blumlein stack, will be compared with theoretical ones.

Análise dinâmica de uma estrutura: estudo numérico e experimental

Com o presente trabalho pretende-se estudar e compreender o comportamento dinâmico de estruturas de engenharia civil, de forma a permitir a elaboração de algumas metodologias para o estudo e análise de problemas de dinâmica de estruturas. Apresenta-se uma revisão dos principais fundamentos da modelação matemática do comportamento dinâmico, com o estudo de sistemas de 1 grau de liberdade e posterior generalização para sistemas de múltiplos graus de liberdade. Apresentam-se também as formulações para análises de identificação modal no domínio do tempo e no domínio da frequência. Atendendo que a resolução do problema dinâmico deve cumprir duas etapas: integração no Espaço, e integração no tempo. Para a 1a etapa abordam-se os fundamentos dos métodos numéricos de integração no espaço (em particular, o método dos elementos finitos) com vista á implementação da sua formulação na ferramenta computacional freeFEM++. Para a 2a etapa abordam-se os métodos numéricos de integração no domínio do tempo (em particular, o método de Newmark), de forma a determinar a resposta de uma estrutura quando submetida a acções dinâmicas. Adicionalmente são introduzidos alguns conceitos essenciais ao estudo de resultados experimentais obtidos através da realização de ensaios de vibrações. Por último, estuda-se um modelo físico de um edifício de dois pisos, com base na análise de resultados de um ensaio de vibração ambiental e no desenvolvimento de dois modelos numéricos (em freeFEM++ e em SAP2000) para comparação e análise dos resultados obtidos e validação da ferramenta computacional desenvolvida. Após a calibração dos modelos numéricos aos resultados obtidos experimentalmente, procede-se a uma análise dinâmica dos modelos numéricos sujeitos a uma acção sísmica, com a posterior comparação e análise de resultados obtidos.

Fast optimum-predictive control and capacitor voltage balancing strategy for bipolar back-to-back NPC converters in high-voltage direct current transmission systems

Multilevel power converters have been introduced as the solution for high-power high-voltage switching applications where they have well-known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral point diode clamped converters (NPC converter) have been used inhigh-voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar-connected back-to-back NPC converters have advantages in long-distance HVDCtransmission systems over the full back-to-back connection, but greater difficulty to balance the dc capacitor voltage divider on both sending and receiving end NPC converters. This study shows that power flow control and dc capacitor voltage balancing are feasible using fast optimum-predictive-based controllers in HVDC systems using bipolar back-to-back-connected five-level NPC multilevel converters. For both converter sides, the control strategytakes in account active and reactive power, which establishes ac grid currents in both ends, and guarantees the balancing of dc bus capacitor voltages inboth NPC converters. Additionally, the semiconductor switching frequency is minimised to reduce switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy, and its capability to solve the DC capacitor voltage balancing problem of bipolar-connected back-to-back NPCconverters are evaluated.

HVDC transmission systems: Bipolar back-to-back diode clamped multilevel converter with fastoptimum-predictive control and capacitor balancing strategy

Voltage source multilevel power converter structures are being considered for high power high voltage applications where they have well known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral diode clamped converters (NPC) have been used in high voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar back-to-back connection of NPCs have advantages in long distance HVDC transmission systems, but highly increased difficulties to balance the dc capacitor voltage dividers on both sending and receiving end NPCs. This paper proposes a fast optimum-predictive controller to balance the dc capacitor voltages and to control the power flow in a long distance HVDCsystem using bipolar back-to-back connected NPCs. For both converter sides, the control strategy considers active and reactive power to establish ac grid currents on sending and receiving ends, while guaranteeing the balancing of both NPC dc bus capacitor voltages. Furthermore, the fast predictivecontroller minimizes the semiconductor switching frequency to reduce global switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy and the associated dc capacitors voltage balancing are evaluated. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Multilayer Architectures Based on a-SiC:H Material: Tunable Wavelength Filters in Optical Processing Devices

The characteristics of tunable wavelength filters based on a-SiC:H multilayered stacked pin cells are studied both theoretically and experimentally. The optical transducers were produced by PECVD and tested for a proper fine tuning of the cyan and yellow fluorescent proteins emission. The active device consists of a p-i'(a-SiC:H)-n/p-i(a-Si:H)-n heterostructures sandwiched between two transparent contacts. Experimental data on spectral response analysis, current-voltage characteristics and color and transmission rate discrimination are reported. Cyan and yellow fluorescent input channels were transmitted together, each one with a specific transmission rate and different intensities. The multiplexed optical signal was analyzed by reading out, under positive and negative applied voltages, the generated photocurrents. Results show that the optimized optical transducer has the capability of combining the transient fluorescent signals onto a single output signal without losing any specificity (color and intensity). It acts as a voltage controlled optical filter: when the applied voltages are chosen appropriately the transducer can select separately the cyan and yellow channel emissions (wavelength and frequency) and also to quantify their relative intensities. A theoretical analysis supported by a numerical simulation is presented.

On the solubility of three disperse anthraquinone dyes in supercritical carbon dioxide: new experimental data and correlation

Solubility measurements of quinizarin. (1,4-dihydroxyanthraquinone), disperse red 9 (1-(methylamino) anthraquinone), and disperse blue 14 (1,4-bis(methylamino)anthraquinone) in supercritical carbon dioxide (SC CO2) were carried out in a flow type apparatus, at a temperature range from (333.2 to 393.2) K and at pressures from (12.0 to 40.0) MPa. Mole fraction solubility of the three dyes decreases in the order quinizarin (2.9 x 10(-6) to 2.9.10(-4)), red 9 (1.4 x 10(-6) to 3.2 x 10(-4)), and blue 14 (7.8 x 10(-8) to 2.2 x 10(-5)). Four semiempirical density based models were used to correlatethe solubility of the dyes in the SC CO2. From the correlation results, the total heat of reaction, heat of vaporization plus the heat of solvation of the solute, were calculated and compared with the results presented in the literature. The solubilities of the three dyes were correlated also applying the Soave-Redlich-Kwong cubic equation of state (SRK CEoS) with classical mixing rules, and the physical properties required for the modeling were estimated and reported.

Experimental Measurements and Correlation of the Solubility of Three Primary Amides in Supercritical CO2: Acetanilide, Propanamide, and Butanamide

Solubilities of three primary amides, namely, acetanilide, propanamide, and butanamide, in supercritical carbon dioxide were measured at T = (308.2, 313.2, and 323.2) K over the pressure range (9.0 to 40.0) MPa by a flow type apparatus. The solubility behavior of the three solids shows an analogous trend with a crossover region of the respective isotherms between (12 to 14) MPa. The solubility of each amide, at the same temperature and pressure, decreases from propanamide to acetanilide. Pure compound properties required for the modeling were estimated, and the solubilities of the amides were correlated by using the Soave-Redlich-Kwong cubic equation of state with an absolute average relative deviation (AARD) from (1.3 to 6.1) %.

Avaliação experimental do comportamento dinâmico de um edifício do século XIX: aplicação à calibração de modelos numéricos

Trabalho de Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas