Estudo e otimização de uma pilha de combustível de pequena potência (10W) e sua integração em equipamento portátil

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

Avaliação do potencial de incorporação de resíduos agrícolas em pellets de madeira para uso em caldeiras domésticas

A crescente procura e o carácter finito dos recursos energéticos fósseis e as consequências nocivas de natureza ambiental provocadas pela emissão de gases de efeito de estufa para atmosfera, resultantes da sua combustão, obriga a reequacionar a utilização da energia, com uma maior racionalização nos consumos e diversificando as suas fontes e formas, com particular importância para as energias renováveis, onde as pellets, como forma densificada de biomassa, se inserem. O presente trabalho visa avaliar o potencial de incorporação de resíduos agrícolas como matéria-prima na produção de pellets a utilizar como combustível em caldeiras domésticas, sendo, para isso, contabilizados os resíduos agrícolas existentes em Portugal Continental adequados para aquele efeito, e, também, avaliada, pela via experimental, a viabilidade técnica do uso destas pellets em caldeiras domésticas, com testes de combustão de alguns tipos de pellets de origem agrícola e florestal. Os quantitativos apurados de resíduos agrícolas, basearam-se fundamentalmente em dados relativos às áreas de cultura e às produções agrícolas de 2008 do Instituto Nacional de Estatística e em relações área/massa de resíduos ou produto agrícola/massa de resíduos, de vários autores credenciados. O potencial total anual destes resíduos ronda os 2,8 milhões de toneladas, correspondendo 43,5% às culturas permanentes, 6,6% às culturas temporárias, 8,4% à actividade agro-industrial e 41,5% aos matos, representando cerca de 1,2 milhões de toneladas equivalentes de petróleo, para um poder calorífico médio da ordem dos 17600 kJ/kg. Nos testes laboratoriais foram usadas pellets de pinho, adquiridas no mercado e de vides, de giestas e de bagaço de azeitona todos a 100% e de mistura de bagaço de azeitona e de pinho, ambos a 50%, que foram produzidas numa pelletizadora doméstica em virtude das fábricas existentes em Portugal não produzirem pellets que incorporem resíduos agrícolas. A densificação deste tipo de resíduos mostrou-se fácil de realizar, apenas exige um controlo apertado da humidade dos resíduos, após a sua trituração, para que se assegure uma boa consistência e o máximo potencial calorífico. Relativamente à combustão das pellets testadas verificou-se que esta se processou normalmente, sem interrupções e de forma muito semelhante às pellets de pinho, que serviram de referência. As pellets de vides e as de mistura aparentaram um menor poder calorífico, dado terem um maior teor de humidade originado nas operações de pelletização, notando-se que a caldeira demorava mais tempo até a bomba de recirculação arrancar (54 ºC). A ignição, com a caldeira fria, processou-se de forma fácil, mesmo com estas últimas pellets, embora naturalmente tenha demorado um pouco mais de tempo. O teor de cinzas destas pellets era superior às de pinho, mais do dobro, porém, sem qualquer influência no funcionamento da caldeira.

Sistema de energia híbrido regenerativo (S.E.H.R.) para alimentação de estações de telecomunicações em Angola

Esta dissertação tem como objectivo demonstrar a aplicabilidade técnica associada a uma análise económica da aplicação de sistemas de energia híbridos regenerativos (S.E.H.R.) em equipamentos remotos de telecomunicações em território angolano. Embora Angola seja um país que é grande produtor e exportador de combustíveis fósseis, nomeadamente petróleo, existem carências graves ao nível da distribuição e refinação do mesmo, sendo assim um país que tem um deficit energético enorme, onde é muito comum a existência de “apagões” mesmo na sua capital Luanda. Tal facto provoca a necessidade de busca de fontes de energia alternativas à da Empresa de Distribuição de Electricidade (EDEL), sendo que é muito comum a existência e a utilização de geradores a diesel nas casas da classe média e alta angolana. As filas para o abastecimento de combustível são enormes a qualquer hora do dia e noite, e são potenciadas pela existência maioritária de veículos de alta cilindrada, normalmente de tracção 4X4, associada à escassez de pontos de distribuição de combustível refinado. Há um forte desequilíbrio aparente entre a oferta e a procura. Sendo um país que saiu de um conflito interno armado em 2002, há a necessidade de reconstruir as infra-estruturas deste país que tem cerca de 17 milhões de habitantes (dos quais se estima que 6 a 7 milhões1 estejam na área metropolitana de Luanda) e uma área de 1.246,700 km² (cerca de 14,5 vezes maior do que Portugal). Aqui as telecomunicações têm um papel fundamental, aproximando o país, garantindo a informação e contribuindo para a redução do isolamento das populações. Não tendo infra-estruturas de rede fixa que consigam garantir de forma cabal e consistente as necessidades do país, os Sistemas de Telecomunicações Móveis ganham uma importância fulcral para o desenvolvimento e aproximação das populações, sendo que necessitam de energia para laborar, e assim se torna necessário garantir o seu funcionamento do ponto de vista energético. Assim sendo, foi efectuado uma análise técnica, associada a uma apreciação económica, para um site de telecomunicações da última geração (3G), a colocar em Angola, garantindo o seu funcionamento através de sistemas fotovoltaicos (PV), eólicos, a hidrogénio, com o auxilio de um gerador a diesel, e deixando o sistema preparado para uma eventual chegada de energia através da EDEL.

Simulação de veículos híbridos hidráulicos

Os veículos híbrido hidráulico são constituídos por duas fontes de energia, uma que proporciona a potência hidráulica (sistema hidráulico) e outra que proporciona a potência através de um motor de combustão interna. Existem veículos híbridos hidráulicos a circular, derivados de veículos convencionais, aos quais se adapta um sistema hidráulico. Os veículos híbridos hidráulicos requerem o estudo das forças aerodinâmico e de todas as resistências que se opõe ao seu movimento, além da modelação dos componentes hidráulicos que afectam a performance do veículo. Os estudos destes componentes hidráulicos para análise da performance do veículo híbrido foram abordados neste trabalho. Foi utilizado o programa computacional Matlab/simulink, que permite modelar os componentes hidráulicos e os subsistemas necessários para definir o modelo computacional de veículo híbrido. Por fim, utilizando os modelos do veículo híbrido simulou-se o seu funcionamento para várias condições. È feita a análise dos resultados obtidos para as simulações, em particular a nível de consumo de combustível, emissão de poluição e autonomia. È feita e discutida comparação dos resultados dos veículos.

Riscos da co-incineração ou co-incineração dos riscos? Análise das controvérsias sobre resíduos industriais perigosos

A co-incineração constitui um método de tratamento de resíduos industriais, introduzido em diversos países e proposto também em Portugal, como alternativa à construção de centrais de incineração “dedicada”. A co-incineração consiste na queima de resíduos, incluindo resíduos industriais perigosos, em fornos de fábricas cimenteiras, onde são utilizados como combustível. Motivos de ordem ambiental, assim como de ordem económica, têm sido invocados em defesa do recurso a esse método como parte de estratégias de gestão dos resíduos industriais.

O impacto energético e as emissões de CO2 dos veículos eléctricos em Portugal

Para a diminuição da dependência energética de Portugal face às importações de energia, a Estratégia Nacional para a Energia 2020 (ENE 2020) define uma aposta na produção de energia a partir de fontes renováveis, na promoção da eficiência energética tanto nos edifícios como nos transportes com vista a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. No campo da eficiência energética, o ENE 2020 pretende obter uma poupança energética de 9,8% face a valores de 2008, traduzindo-se em perto de 1800 milhões de tep já em 2015. Uma das medidas passa pela aposta na mobilidade eléctrica, onde se prevê que os veículos eléctricos possam contribuir significativamente para a redução do consumo de combustível e por conseguinte, para a redução das emissões de CO2 para a atmosfera. No entanto, esta redução está condicionada pelas fontes de energia utilizadas para o abastecimento das baterias. Neste estudo foram determinados os consumos de combustível e as emissões de CO2 de um veículo de combustão interna adimensional representativo do parque automóvel. É também estimada a previsão de crescimento do parque automóvel num cenário "Business-as-Usual", através dos métodos de previsão tecnológica para o horizonte 2010-2030, bem como cenários de penetração de veículos eléctricos para o mesmo período com base no método de Fisher- Pry. É ainda analisado o impacto que a introdução dos veículos eléctricos tem ao nível dos consumos de combustível, das emissões de dióxido de carbono e qual o impacto que tal medida terá na rede eléctrica, nomeadamente no diagrama de carga e no nível de emissões de CO2 do Sistema Electroprodutor Nacional. Por fim, é avaliado o impacto dos veículos eléctricos no diagrama de carga diário português, com base em vários perfis de carga das baterias. A introdução de veículos eléctricos em Portugal terá pouca expressão dado que, no melhor dos cenários haverão somente cerca de 85 mil unidades em circulação, no ano de 2030. Ao nível do consumo de combustíveis rodoviários, os veículos eléctricos poderão vir a reduzir o consumo de gasolina até 0,52% e até 0,27% no consumo de diesel, entre 2010 e 2030, contribuindo ligeiramente uma menor dependência energética externa. Ao nível do consumo eléctrico, o abastecimento das baterias dos veículos eléctricos representará até 0,5% do consumo eléctrico total, sendo que parte desse abastecimento será garantido através de centrais de ciclo combinado a gás natural. Apesar da maior utilização deste tipo de centrais térmicas para produção de energia, tanto para abastecimento das viaturas eléctricas, como para o consumo em geral, verifica-se que em 2030, o nível de emissões do sistema electroprodutor será cerca de 46% inferior aos níveis registados em 2010, prevendo-se que atinja as 0,163gCO2/kWh produzido pelo Sistema Electroprodutor Nacional devido à maior quota de produção das fontes de energia renovável, como o vento, a hídrica ou a solar.

Estudo técnico/económico da instalação de uma central de cogeração numa serração de madeira

O pinheiro tem um papel importante na ecologia e economia nacional. O Pinheiro sofre de uma praga severa, denominada por doença da murchidão dos pinheiros, causada pelo nemátodo da madeira do pinheiro (NMP). Apresenta-se como um verme microscópico, invertebrado, medindo menos de 1,5 mm de comprimento. O contágio entre árvores deve-se a vectores biologicamente conhecidos por longicórneo e capricórnio do pinheiro. Os produtores de madeira de pinho são desta forma obrigados a efectuar tratamentos térmicos (HT), de eliminação do NMP e dos seus vectores para que a exportação da madeira serrada cumpra com a norma NP 4487. De modo a manter a competitividade internacional das empresas nacionais, o impacto dos custos do HT deve ser minimizado. O objectivo desta dissertação é efectuar o estudo técnico-económico da implementação de um sistema de cogeração capaz produzir calor para efectuar o tratamento ao NMP e simultaneamente energia eléctrica para vender à rede pública. As receitas da venda de energia eléctrica poderão contribuir para a minimização dos custos do HT. Tendo em conta que os resíduos das serrações de madeira podem ser usados como combustível consideraram-se para avaliação duas tecnologias de cogeração, um sistema de turbina a vapor clássico (ciclo Rankine) e um sistema Organic Rankine Cycle (ORC), permitindo ambas a queima dos resíduos das serrações de madeira. No que diz respeito à avaliação económica, foi desenvolvido um simulador de tecnologia/modalidade de remuneração que efectua cálculos consoante as necessidades térmicas de cada produtor, a potência eléctrica a instalar e indicadores económicos, VAL, TIR e PAYBACK da instalação do sistema de cogeração. O simulador desenvolvido aplica a nova legislação que enquadra o sistema jurídico e remuneratório da cogeração (DL 23/2010), na qual se consideram duas modalidades, geral e especial. A metodologia desenvolvida foi aplicada num caso real de uma serração de madeira e os principais resultados mostram que as soluções apresentadas, turbina a vapor e sistema ORC, não apresentam viabilidade económica. Através da análise de sensibilidade, conclui-se que um dos factores que mais influência a viabilidade económica do projecto é o tempo de funcionamento reduzido. Sendo uma das soluções apresentada a criação de uma central de cogeração para vários produtores de madeira. Uma possível solução para o problema do reduzido tempo de utilização seria o fornecimento do serviço de tratamentos térmicos a outros produtores de paletes de madeira que não possuem estufa própria.

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.

Análise do desempenho do automóvel híbrido face ao de combustão interna

Os veículos híbridos são parte da solução atual para reduzir o consumo de combustível e emissões de gases de escape, são reconhecidos pela sociedade e contribuem para o desenvolvimento da mobilidade de uma forma ambientalmente sustentável, despertando a consciência coletiva para a correta utilização dos recursos energéticos. Este trabalho descreve um estudo sobre três automóveis, que têm de comum o mesmo bloco de motor de combustão, mas utilizam-no associado a tecnologias diferentes, sendo um convencional, um de tecnologia não completamente híbrido (híbrido mínimo), e outro de tecnologia completamente híbrido (híbrido total). Inicialmente foi efetuada uma pesquisa sobre a tecnologia e modo de funcionamento do automóvel híbrido. Soluções como recuperação de energia dissipada pela travagem, paragem automática do motor de combustão interna ao ralenti, desativação parcial ou total de cilindros motor para poupar combustível, estão associadas aos automóveis híbridos estudados, permitindo mesmo quando aplicadas aos automóveis convencionais modernos torná-los mais eficientes e menos poluentes. De modo a identificar as principais diferenças entre os três automóveis foram realizados testes de estrada, reproduzindo uma utilização real baseada no Novo Ciclo de Condução Europeu, com uma recolha representativa e significativa de condições reais de condução. Foram considerados fatores como passividade/agressividade de condução ao volante do condutor, perfis de velocidade, aceleração, eficiência da transmissão, resistência ao rolamento coeficiente de resistência aerodinâmica com condições variáveis de vento junto ao mar e serra. Registou-se a influência do peso e hábitos de condução no consumo de combustível, possibilitando identificar desvios, intervalos e limites expectáveis de desempenho e consumo para cada um dos carros. Esta tese permitiu desenvolver conhecimentos para melhor entender as vantagens e condicionantes de utilização do automóvel híbrido, onde a redução de consumo de combustível e custo de exploração é a recompensa, pela utilização da mais-valia tecnológica.

Operação e planeamento de redes de energia eléctrica com recurso ao trânsito optimizado de energia

Esta dissertação tem como objectivo explorar as potencialidades de aplicação do trânsito optimizado de energia (Optimal Power Flow - OPF), no contexto da operação e planeamento de redes de energia eléctrica. Para o efeito, são ilustradas diferentes funções objectivo, nomeadamente, a minimização: dos custos de combustível, da potência activa de perdas, da potência reactiva de perdas, do ajuste de carga, do ajuste da reactância das linhas e da inserção das reactâncias shunt e/ou baterias de condensadores. São ainda propostas duas abordagens, que recorrem ao OPF, para efectuar a resolução do problema da compensação do factor de potência, em redes de distribuição de energia eléctrica. Em cada abordagem, são inseridas baterias de condensadores comutáveis na rede, com o objectivo de conduzir a uma redução dos custos de geração de energia eléctrica. Na primeira abordagem, dimensionam-se as baterias de condensadores para o nível de carga mais elevado, enquanto na segunda abordagem proposta, o valor e localização dos condensadores, tem em conta o conjunto dos níveis de carga considerados para o qual se pretende efectuar o dimensionamento. As duas abordagens apresentam resultados distintos para a potência reactiva das baterias de condensadores adicionadas em cada barramento, bem como para a selecção dos escalões, que devem estar em funcionamento em diferentes níveis de carga. De forma a avaliar a qualidade das soluções efectua-se, uma avaliação técnico-económica para diferentes níveis admissíveis de compensação do factor de potência, tendo em conta cenários de carga considerados na óptica do planeamento. É proposta uma metodologia, com o objectivo de obter a solução do problema em função dos seguintes factores: orçamento disponível, nível de perdas considerado satisfatório, VAL e tan das cargas da rede. As abordagens propostas são aplicadas à rede de distribuição de energia eléctrica de São Vicente. São ainda efectuadas sensibilidades em relação à natureza da carga, mediante a variação da sua tan . Verifica-se que os resultados obtidos são robustos e que a segunda abordagem é mais vantajosa.

Viabilidade económica da implementação de um reactor nuclear para a produção de energia eléctrica em Portugal

O presente trabalho tem como objectivo avaliar economicamente e determinar a viabilidade da implementação de um reactor nuclear para produção de energia eléctrica. Faz-se uma abordagem a aspectos da energia nuclear no mundo e em particular a energia nuclear na união europeia, faz-se uma análise sobre a estrutura do sector nuclear em Espanha e o futuro da energia no mundo. É realizada uma análise sobre a energia nuclear em Portugal, são abordados aspectos como o planeamento energético, a localização da central nuclear, os recursos nacionais e internacionais, a inspecção e regulação nuclear e o impacto industrial. Por fim, faz-se uma análise sobre o mix energético português. Faz-se uma descrição do ciclo de combustível, isto é, um estudo a todas as fases pela qual o combustível nuclear passa desde a sua extracção, passando pela produção de energia e processamento dos resíduos. São descritos os principais componentes de uma central nuclear e o seu princípio de funcionamento. São analisados em detalhe os principais componentes de um reactor PWR (Objecto de estudo deste trabalho) e faz-se uma breve descrição de alguns modelos de reactores nucleares. É feita uma breve abordagem aos principais acidentes nucleares que ocorreram, e descrita a escala de ocorrências nucleares e as várias fases de desmantelamento de uma central. São apresentados os principais custos da central nuclear. Também é apresentado um estudo de viabilidade económica analisando três cenários diferentes e é apresentada uma análise de sensibilidade do VAL em função de algumas variáveis que têm grande influência na avaliação económica. São apresentadas as principais conclusões.

Central de produção de energia eléctrica a partir de energia solar térmica

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

Conversão de veículos diesel para tração elétrica

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Aumento de energia renovável na Ilha da Madeira: proposta integrada para o setor dos transportes e da geração de energia elétrica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Projecto do núcleo de recreio náutico do porto de S. Roque: Ilha do Pico

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil - Área de especialização de Hidráulica