Produção de hidrogénio por fotoeletrólise da água – aproveitamento do subproduto oxigénio

A noção de Economia relativa ao Hidrogénio no vocabulário dos líderes políticos e empresariais tem vindo a mudar sobretudo pela preocupação da poluição global, segurança energética e mudanças climáticas, para além do crescente domínio técnico dos cientistas e engenheiros. O interesse neste composto, que é o elemento mais simples e abundante no universo, está a crescer, devido aos avanços tecnológicos das células de combustível – as potenciais sucessoras das baterias dos aparelhos portáteis eletrónicos, centrais elétricas e motores de combustão interna. Existem métodos já bem desenvolvidos para produzir o hidrogénio. Contudo, destacase a eletrólise da água, não só por ser um método simples mas porque pode utilizar recursos energéticos renováveis, tais como, o vento ou os painéis fotovoltaicos, e aumentar a sua eficiência. Os desafios para melhorar a utilização deste método consistem em reduzir o consumo, a manutenção e os custos energéticos e aumentar a confiança, a durabilidade e a segurança. Mais ainda, consistem em rentabilizar o subproduto oxigénio pois é um gás industrial e medicinal muito importante. Neste trabalho, estudou-se a viabilidade económica da instalação de uma unidade de produção de hidrogénio e oxigénio puros por eletrólise da água, utilizando como fonte energética a energia solar, na empresa Gasoxmed – Gases Medicinais S.A., pretendendo num futuro próximo, comercializar o hidrogénio como fonte de energia, e por outro lado, aproveitar o subproduto oxigénio para utilização industrial. Projetou-se assim uma unidade utilizando um eletrolisador da marca Proton, modelo C30, com capacidade de produção gasosa de 3 kg/h (30 m3/h) de hidrogénio e 20 kg/h (15 m3/h) de oxigénio. Os gases produzidos são comprimidos num compressor da marca RIX a 200 bares para posterior armazenamento em cilindros pressurizados. Dimensionou-se ainda um sistema de miniprodução fotovoltaico com potência 250 kW para alimentar eletricamente a instalação. A realização do projeto na nova área de produção necessitará de 1.713.963€, os quais serão adquiridos por empréstimo bancário. Definiram-se todos os custos fixos associados ao projeto que perfazem um total de 62.554€/mês para os primeiros 5 anos (duração do crédito bancário) findo o qual diminuirão para 21.204€/mês. Da comercialização do hidrogénio, do oxigénio industrial e da eletricidade produzida no sistema de miniprodução de 250 kW, prevê-se um lucro mensal de 117.925€, perfazendo assim um total líquido mensal positivo de 55.371€ durante os primeiros 5 anos e a partir daí de 96.721€/mês, resultando uma amortização do investimento inicial no final do 3º ano.

Análise da eficiência energética num estabelecimento de ensino

Devido à crescente preocupação com a racionalização energética, torna-se importante adequar os edifícios à sua utilização futura, procedendo à escolha acertada de materiais e técnicas a utilizar na construção e/ou na remodelação. Atualmente, com o desenvolvimento tecnológico, os serviços profissionais e os materiais existentes ao dispor dos projectistas e construtores permitem a implementação eficaz de soluções de elevado impacto a nível da eficiência energética dos edifícios de uma forma acessível e não muito dispendiosa. Nesta área, a regulamentação é essencial para controlar e catalogar energeticamente os sistemas, mitigando o seu sobredimensionamento e consequentes desperdícios, de forma a contribuir eficazmente para as melhorias ambientais e económicas pretendidas. Sem dúvida, que a preocupação consiste em tornar a médio/longo prazo o investimento numa poupança acrescida, proporcionando os mesmos níveis de conforto. As técnicas de climatização e todo o equipamento que está associado têm um peso importante nos custos e na exploração ao longo do tempo. Os sistemas de gestão técnica só poderão tirar partido de toda a estrutura, tornando-a confiável, se forem corretamente projetados. Com este trabalho, pretende-se sensibilizar o leitor sobre as questões práticas associadas ao correto dimensionamento de soluções que contribuam para a eficiência energética dos edifícios, exemplificando-se com um caso de estudo: um edifício de um centro escolar construído obedecendo aos requisitos listados no programa de renovação do parque escolar que o governo incentivou. A sensibilização passa por propostas objetivas de soluções alternativas que poderiam ter sido adotadas ainda na fase de projeto do caso de estudo, tendo em conta os custos e operacionalidade dos sistemas e o local em que se encontram, e que poderiam ter contribuído para melhorar a eficiência energética de todo o edifício, bem como por soluções transversais que se poderiam aplicar em outras situações. Todas as sugestões passam pela simplificação, com o objetivo de contribuir para uma melhor racionalização a curto e longo prazo dos recursos disponibilizados.

Sintonia de controladores baseada em Sistemas de Inferência Difusa

Este trabalho de pesquisa e desenvolvimento tem como fundamento principal o Conceito de Controlo por Lógica Difusa. Utilizando as ferramentas do software Matlab, foi possível desenvolver um controlador com base na inferência difusa que permitisse controlar qualquer tipo de sistema físico real, independentemente das suas características. O Controlo Lógico Difuso, do inglês “Fuzzy Control”, é um tipo de controlo muito particular, pois permite o uso simultâneo de dados numéricos com variáveis linguísticas que tem por base o conhecimento heurístico dos sistemas a controlar. Desta forma, consegue-se quantificar, por exemplo, se um copo está “meio cheio” ou “meio vazio”, se uma pessoa é “alta” ou “baixa”, se está “frio” ou “muito frio”. O controlo PID é, sem dúvida alguma, o controlador mais amplamente utilizado no controlo de sistemas. Devido à sua simplicidade de construção, aos reduzidos custos de aplicação e manutenção e aos resultados que se obtêm, este controlador torna-se a primeira opção quando se pretende implementar uma malha de controlo num determinado sistema. Caracterizado por três parâmetros de ajuste, a saber componente proporcional, integral e derivativa, as três em conjunto permitem uma sintonia eficaz de qualquer tipo de sistema. De forma a automatizar o processo de sintonia de controladores e, aproveitando o que melhor oferece o Controlo Difuso e o Controlo PID, agrupou-se os dois controladores, onde em conjunto, como poderemos constatar mais adiante, foram obtidos resultados que vão de encontro com os objectivos traçados. Com o auxílio do simulink do Matlab, foi desenvolvido o diagrama de blocos do sistema de controlo, onde o controlador difuso tem a tarefa de supervisionar a resposta do controlador PID, corrigindo-a ao longo do tempo de simulação. O controlador desenvolvido é denominado por Controlador FuzzyPID. Durante o desenvolvimento prático do trabalho, foi simulada a resposta de diversos sistemas à entrada em degrau unitário. Os sistemas estudados são na sua maioria sistemas físicos reais, que representam sistemas mecânicos, térmicos, pneumáticos, eléctricos, etc., e que podem ser facilmente descritos por funções de transferência de primeira, segunda e de ordem superior, com e sem atraso.

Estratégias de implementação de plataformas de e-maintenance na indústria: desenvolvimento de uma aplicação para um sistema logístico de viaturas

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Licensing endogenous cost-reduction in a differentiated Stackelberg model

In this paper we consider a differentiated Stackelberg model, when the leader firm engages in an R&D process that gives an endogenous cost-reducing innovation. The aim is to study the licensing of the cost-reduction by a two-part tariff. By using comparative static analysis, we conclude that the degree of the differentiation of the goods plays an important role in the results. We also do a direct comparison between our model and Cournot duopoly model.

Análise de tecnologias de impermeabilização e isolamento em reabilitação da envolvente de edifícios

Neste trabalho é abordado o estágio efectuado por um período de sete meses na E.A. (Engenheiros Associados) e um estudo de caso sobre as tecnologias aplicadas no isolamento térmico de paredes exteriores. Na primeira parte deste relatório é efectuada uma breve caracterização da empresa e da sua actividade no mercado. A Engenheiros e Associados tem a sua estrutura assente nos seguintes sectores: Técnico-Comercial, de Aprovisionamento e de Gestão Administrativa; da qual foi efectuada uma descrição do trabalho desenvolvido em cada um desses sectores, nomeadamente a permanência na obra e as visitas e diligências às obras. A segunda parte deste relatório, que é a parte fulcral do trabalho desenvolvido, assenta sobre o sistema de ETICS (External Thermal Insulation Composite System), ou seja, o sistema de reboco delgado armado sobre isolamento térmico. Foi utilizado o sistema Cappotto na Obra de Requalificação da Urbanização de Vila d’Este – 1ª Fase. Após uma breve apresentação e evolução da história do ETICS ao longo do tempo, é exposta a caracterização da obra onde vai ser aplicado o sistema, que recai sobre a tipologia dos edifícios. Refira-se que, neste relatório, os edifícios por serem de construção túnel se dividem em três tipos: tipo plana ou corrente, tipo ângulo e tipo topo. Na Analise de Patologias efectuada evidenciam-se as fissuras e a humidade presentes em quase toda a extensão dos referidos edifícios antes do tratamento, tornando-as assim as principais anomalias destes edifícios. Foram elemento de foco as anomalias existentes nos edifícios, como: Deterioração do fibrocimento; Insuficiência das caleiras; Deficiências das impermeabilizações; Ausência de rufos; Deficiência das ligações; Degradação do revestimento e pintura; Fissuração do reboco; Degradação dos forros exteriores; Deterioração das padieiras; Deterioração dos peitoris; Deterioração das juntas de dilatação; Infiltrações e condensações; Ruptura das canalizações; Deslocamentos; Deficiências de ventilação; Deficiências de estanqueidade; Inexistência de Sistema de combate a incêndios. Para estas patologias são apresentadas as propostas de solução de forma a eliminar as mesmas. Sendo o ETICS escolhido por ser o sistema que elimina a maior parte destas patologias, tendo em conta uma relação de qualidade/preço, é abordada de uma forma detalhada e extensiva da aplicação do sistema antes, durante e depois da obra em si. Assim como, é feita uma descrição pormenorizada do material utilizado para a implementação do sistema. A análise dos pontos críticos refere-se a zonas sensíveis onde há a necessidade de reforço do sistema com vista a eliminar o aparecimento posterior de patologias, como por exemplo as características de suporte. Após a aplicação do sistema podem aparecer algumas patologias das quais se destaca o facto dos produtos serem preparados em obra, o erro humano nas dosagens do fabricante e no acrescento de água sem necessidade e a par das condições climatéricas, são as causas mais comuns do aparecimento de anomalias no sistema de ETICS, provocando fissurações e infiltrações, que são descritas neste relatório. É também abordada a manutenção e reparação do sistema, onde a manutenção refere-se à lavagem e à remoção de microorganismos das paredes e posterior pintura. A reparação dos danos divide-se em dois tipos, áreas até 2 cm2 e áreas maiores que 2 cm2. Por fim, são apresentados alguns rendimentos, que foram possíveis obter ao longo do desenvolvimento do trabalho, dos materiais e da mão-de-obra, dando origem aos custos directos. Sendo também abordadas as vantagens e desvantagens do sistema desde o seu início até à sua conclusão.

Maintenance and destrcution of R&D leadership

In the standard Schumpeterian-growth models only follower firms invest in R&D activities and larger economies grow faster. Since these results are counterfactual, this paper reveals that leader firms often support R&D activities and economic growth can be independent of the market size. In particular, the maintenance of R&D leadership increases with: (i) the technological-knowledge gap between leader and followers, since a firm-specific learning effect of accumulated technological knowledge from past R&D is considered, (ii) the leaders’ strategies that delay the next successful R&D supported by some follower firm, (iii) the market size, and (iv) the up-grade of each innovation.

Stochastic short-term maintenance scheduling of GENCOs in an oligopolistic electricity market

In the proposed model, the independent system operator (ISO) provides the opportunity for maintenance outage rescheduling of generating units before each short-term (ST) time interval. Long-term (LT) scheduling for 1 or 2 years in advance is essential for the ISO and the generation companies (GENCOs) to decide their LT strategies; however, it is not possible to be exactly followed and requires slight adjustments. The Cournot-Nash equilibrium is used to characterize the decision-making procedure of an individual GENCO for ST intervals considering the effective coordination with LT plans. Random inputs, such as parameters of the demand function of loads, hourly demand during the following ST time interval and the expected generation pattern of the rivals, are included as scenarios in the stochastic mixed integer program defined to model the payoff-maximizing objective of a GENCO. Scenario reduction algorithms are used to deal with the computational burden. Two reliability test systems were chosen to illustrate the effectiveness of the proposed model for the ST decision-making process for future planned outages from the point of view of a GENCO.

Operational modal monitoring of ancient structures using wireless technology

Operational Modal Analysis is currently applied in structural dynamic monitoring studies using conventional wired based sensors and data acquisition platforms. This approach, however, becomes inadequate in cases where the tests are performed in ancient structures with esthetic concerns or in others, where the use of wires greatly impacts the monitoring system cost and creates difficulties in the maintenance and deployment of data acquisition platforms. In these cases, the use of sensor platforms based on wireless and MEMS would clearly benefit these applications. This work presents a first attempt to apply this wireless technology to the structural monitoring of historical masonry constructions in the context of operational modal analysis. Commercial WSN platforms were used to study one laboratory specimen and one of the structural elements of a XV century building in Portugal. Results showed that in comparison to the conventional wired sensors, wireless platforms have poor performance in respect to the acceleration time series recorded and the detection of modal shapes. However, for frequency detection issues, reliable results were obtained, especially when random excitation was used as noise source.

Neural networks for condition monitoring of wind turbines gearbox

Wind energy is considered a hope in future as a clean and sustainable energy, as can be seen by the growing number of wind farms installed all over the world. With the huge proliferation of wind farms, as an alternative to the traditional fossil power generation, the economic issues dictate the necessity of monitoring systems to optimize the availability and profits. The relatively high cost of operation and maintenance associated to wind power is a major issue. Wind turbines are most of the time located in remote areas or offshore and these factors increase the referred operation and maintenance costs. Good maintenance strategies are needed to increase the health management of wind turbines. The objective of this paper is to show the application of neural networks to analyze all the wind turbine information to identify possible future failures, based on previous information of the turbine.

The importance of control monitoring systems in wind parks maintenance

The objective of every wind energy producer is to reduce operational costs associated to the production as a way to increase profits. One other issue that must be looked carefully is the equipment maintenance. Increase the availability of wind turbines by reducing the downtime associated to failures is a good strategy to achieve the main goal of increase profits. As a way to help in the definition of the best maintenance strategies, condition monitoring systems (CMS) have an important role to play. Informatics tools to make the condition monitoring of the wind turbines were developed and are now being installed as a way to help producers reducing the operational costs. There are a lot of developed systems to do the monitoring of a wind turbine or the whole wind park, in this paper will be made an overview of the most important systems.

A lightweight indoor localization model based on motley-keenan and COST

This paper presents a novel approach to WLAN propagation models for use in indoor localization. The major goal of this work is to eliminate the need for in situ data collection to generate the Fingerprinting map, instead, it is generated by using analytical propagation models such as: COST Multi-Wall, COST 231 average wall and Motley- Keenan. As Location Estimation Algorithms kNN (K-Nearest Neighbour) and WkNN (Weighted K-Nearest Neighbour) were used to determine the accuracy of the proposed technique. This work is based on analytical and measurement tools to determine which path loss propagation models are better for location estimation applications, based on Receive Signal Strength Indicator (RSSI).This study presents different proposals for choosing the most appropriate values for the models parameters, like obstacles attenuation and coefficients. Some adjustments to these models, particularly to Motley-Keenan, considering the thickness of walls, are proposed. The best found solution is based on the adjusted Motley-Keenan and COST models that allows to obtain the propagation loss estimation for several environments.Results obtained from two testing scenarios showed the reliability of the adjustments, providing smaller errors in the measured values values in comparison with the predicted values.

A survey of technologies and applications for climbing robots locomotion and adhesion

The interest in the development of climbing robots has grown rapidly in the last years. Climbing robots are useful devices that can be adopted in a variety of applications, such as maintenance and inspection in the process and construction industries. These systems are mainly adopted in places where direct access by a human operator is very expensive, because of the need for scaffolding, or very dangerous, due to the presence of an hostile environment. The main motivations are to increase the operation efficiency, by eliminating the costly assembly of scaffolding, or to protect human health and safety in hazardous tasks. Several climbing robots have already been developed, and other are under development, for applications ranging from cleaning to inspection of difficult to reach constructions. A wall climbing robot should not only be light, but also have large payload, so that it may reduce excessive adhesion forces and carry instrumentations during navigation. These machines should be capable of travelling over different types of surfaces, with different inclinations, such as floors, walls, or ceilings, and to walk between such surfaces (Elliot et al. (2006); Sattar et al. (2002)). Furthermore, they should be able of adapting and reconfiguring for various environment conditions and to be self-contained. Up to now, considerable research was devoted to these machines and various types of experimental models were already proposed (according to Chen et al. (2006), over 200 prototypes aimed at such applications had been developed in the world by the year 2006). However, we have to notice that the application of climbing robots is still limited. Apart from a couple successful industrialized products, most are only prototypes and few of them can be found in common use due to unsatisfactory performance in on-site tests (regarding aspects such as their speed, cost and reliability). Chen et al. (2006) present the main design problems affecting the system performance of climbing robots and also suggest solutions to these problems. The major two issues in the design of wall climbing robots are their locomotion and adhesion methods. With respect to the locomotion type, four types are often considered: the crawler, the wheeled, the legged and the propulsion robots. Although the crawler type is able to move relatively faster, it is not adequate to be applied in rough environments. On the other hand, the legged type easily copes with obstacles found in the environment, whereas generally its speed is lower and requires complex control systems. Regarding the adhesion to the surface, the robots should be able to produce a secure gripping force using a light-weight mechanism. The adhesion method is generally classified into four groups: suction force, magnetic, gripping to the surface and thrust force type. Nevertheless, recently new methods for assuring the adhesion, based in biological findings, were proposed. The vacuum type principle is light and easy to control though it presents the problem of supplying compressed air. An alternative, with costs in terms of weight, is the adoption of a vacuum pump. The magnetic type principle implies heavy actuators and is used only for ferromagnetic surfaces. The thrust force type robots make use of the forces developed by thrusters to adhere to the surfaces, but are used in very restricted and specific applications. Bearing these facts in mind, this chapter presents a survey of different applications and technologies adopted for the implementation of climbing robots locomotion and adhesion to surfaces, focusing on the new technologies that are recently being developed to fulfill these objectives. The chapter is organized as follows. Section two presents several applications of climbing robots. Sections three and four present the main locomotion principles, and the main "conventional" technologies for adhering to surfaces, respectively. Section five describes recent biological inspired technologies for robot adhesion to surfaces. Section six introduces several new architectures for climbing robots. Finally, section seven outlines the main conclusions.

A mobile robot platform for open learning based on serious games and remote laboratories

Within the pedagogical community, Serious Games have arisen as a viable alternative to traditional course-based learning materials. Until now, they have been based strictly on software solutions. Meanwhile, research into Remote Laboratories has shown that they are a viable, low-cost solution for experimentation in an engineering context, providing uninterrupted access, low-maintenance requirements, and a heightened sense of reality when compared to simulations. This paper will propose a solution where both approaches are combined to deliver a Remote Laboratory-based Serious Game for use in engineering and school education. The platform for this system is the WebLab-Deusto Framework, already well-tested within the remote laboratory context, and based on open standards. The laboratory allows users to control a mobile robot in a labyrinth environment and take part in an interactive game where they must locate and correctly answer several questions, the subject of which can be adapted to educators' needs. It also integrates the Google Blockly graphical programming language, allowing students to learn basic programming and logic principles without needing to understand complex syntax.