Estudo da Viabilidade Técnico-Económica de umm Sistema de Cogeração para um Complexo de Piscinas Interiores

A presente dissertação centrou-se no estudo técnico-económico de dois cenários futuros para a continuação de fornecimento de energia térmica a um complexo de piscinas existente na região do vale do Tâmega. Neste momento a central de cogeração existente excedeu a sua licença de utilização e necessita de ser substituída. Os dois cenários em estudo são a compra de uma nova caldeira, a gás natural, para suprir as necessidades térmicas da caldeira existente a fuelóleo, ou o uso de um sistema de cogeração compacto que poderá estar disponível numa empresa do grupo. No primeiro cenário o investimento envolvido é cerca de 456 640 € sem proveitos de outra ordem para além dos requisitos térmicos, mas no segundo cenário os resultados são bem diferentes, mesmo que tenha de ser realizado o investimento de 1 000 000 € na instalação. Para este cenário foi efetuado um levantamento da legislação nacional no que toca à cogeração, recolheram-se dados do edifício como: horas de funcionamento, número de utentes, consumos de energia elétrica, térmica, água, temperatura da água das piscinas, temperatura do ar da nave, assim como as principais características da instalação de cogeração compacta. Com esta informação realizou-se o balanço de massa e energia e criou-se um modelo da nova instalação em software de modelação processual (Aspen Plus® da AspenTech). Os rendimentos térmico e elétrico obtidos da nova central de cogeração compacta foram, respetivamente, de 38,1% e 39,8%, com uma percentagem de perdas de 12,5% o que determinou um rendimento global de 78%. A avaliação da poupança de energia primária para esta instalação de cogeração compacta foi de 19,6 % o que permitiu concluir que é de elevada eficiência. O modelo criado permitiu compreender as necessidades energéticas, determinar alguns custos associados ao processo e simular o funcionamento da unidade com diferentes temperaturas de ar ambiente (cenários de verão e inverno com temperaturas médias de 20ºC e 5ºC). Os resultados revelaram uma diminuição de 1,14 €/h no custo da electricidade e um aumento do consumo de gás natural de 62,47 €/h durante o período mais frio no inverno devido ao aumento das perdas provocadas pela diminuição da temperatura exterior. Com esta nova unidade de cogeração compacta a poupança total anual pode ser, em média, de 267 780 € admitindo um valor para a manutenção de 97 698 €/ano. Se assim for, o projeto apresenta um retorno do investimento ao fim de 5 anos, com um VAL de 1 030 430 € e uma taxa interna de rentabilidade (TIR) de 14% (positiva, se se considerar a taxa de atualização do investimento de 3% para 15 anos de vida). Apesar do custo inicial ser elevado, os parâmetros económicos mostram que o projeto tem viabilidade económica e dará lucro durante cerca de 9 anos.

Smart Grid Communication Technologies in the Brazilian Electrical Sector

Intelligent electrical grids can be considered as the next generation of electrical energy transportation. The enormous potential leads to worldwide focus of research on the technology of smart grids. This paper aims to present a review of the Brazilian electricity sector in context with the integration of communication technologies for smart grids. The work gives an overview of the generation, transmission and distribution of electrical energy in the Brazil and a brief summary of the current electricity market. Smart grid technologies are introduced and the requirements for the Brazilian power system are pointed out. Various technologies for communication within an intelligent network are presented and their characteristics, advantages and disadvantages are compared to the Brazilian conditions. In addition, a summary is given of current pilot projects for Smart Grid technologies within Brazil, as well as a presentation of individual selected projects.

Projeto e dimensionamento da tampa de ventilação de um motor elétrico

Nos dias de hoje a indústria tenta tornar-se cada vez mais competitiva baixando os custos de produção e aumentando a eficiência do produto. O presente trabalho visa desenvolver uma tampa de ventilação de um motor elétrico mais competitiva mas que cumpra com o desempenho mecânico e eficiência solicitados. Para tal, começou-se por analisar alguns motores elétricos e as suas aplicações. Seguidamente apresentam-se conceitos sobre aerodinâmica e processos de fabrico que permitem apoiar as opções tomadas ao longo do estudo. Após o fundamento teórico é apresentado todo o processo de desenvolvimento de uma nova peça. Recorrendo a softwares como o solidworks e Ansys, realizou-se uma análise analítica que permitiu validar as alterações propostas na tampa de ventilação. Foram, ainda, realizadas análises experimentais com o intuito de consolidar os resultados obtidos analiticamente e garantir que o componente cumpria os requisitos impostos por organizações internacionais ligadas à indústria do oil and gas. A primeira das análises experimentais realizada testa a capacidade do material resistir ao impacto de componentes de pequenas dimensões. Esta analise permitiu garantir a utilização da tampa de ventilação em todas as áreas sem limites de normalização. A segunda permite analisar experimentalmente as alterações de design assim como testar alguns trabalhos futuros. Esta análise permitiu definir se no novo projeto da tampa desenvolvido deveria comtemplar uma alteração do diâmetro da entrada de ar da tampa de ventilação. Como resultados aparecem as decisões tomadas na presente tese, assim como analisar as metas que foram atingidas e que melhorias se pretende atingir de futuro tentando visar novas metas. Os resultados obtidos permitiram definir uma nova tampa de ventilação com a nova que irá beneficiar a empresa na sua competitividade no mercado mantendo a performance do motor.

Modelação e identificação de motor DC

O modelo matemático de um sistema real permite o conhecimento do seu comportamento dinâmico e é geralmente utilizado em problemas de engenharia. Por vezes os parâmetros utilizados pelo modelo são desconhecidos ou imprecisos. O envelhecimento e o desgaste do material são fatores a ter em conta pois podem causar alterações no comportamento do sistema real, podendo ser necessário efetuar uma nova estimação dos seus parâmetros. Para resolver este problema é utilizado o software desenvolvido pela empresa MathWorks, nomeadamente, o Matlab e o Simulink, em conjunto com a plataforma Arduíno cujo Hardware é open-source. A partir de dados obtidos do sistema real será aplicado um Ajuste de curvas (Curve Fitting) pelo Método dos Mínimos Quadrados de forma a aproximar o modelo simulado ao modelo do sistema real. O sistema desenvolvido permite a obtenção de novos valores dos parâmetros, de uma forma simples e eficaz, com vista a uma melhor aproximação do sistema real em estudo. A solução encontrada é validada com recurso a diferentes sinais de entrada aplicados ao sistema e os seus resultados comparados com os resultados do novo modelo obtido. O desempenho da solução encontrada é avaliado através do método das somas quadráticas dos erros entre resultados obtidos através de simulação e resultados obtidos experimentalmente do sistema real.

Melhoria da eficiência energética nos ascensores: a recuperação de energia

A presente tese descreve diferentes soluções que permitem a reutilização da energia recuperada em ascensores eléctricos de roda de aderência dotados de conversores electrónicos de frequência e dessa forma contribuir para a melhoria da eficiência energética nos ascensores. Nos ascensores, a energia potencial é constantemente transferida enquanto a cabina está em movimento. Se a cabina se estiver a movimentar em sentido descendente com plena carga, ou em sentido ascendente, mas vazia, o motor estará em modo gerador. Quando a cabina se movimenta em sentido descendente, e o peso na cabina é superior ao peso do contrapeso, então o binário do motor encontra-se em sentido contrário à velocidade, isto é, o motor está a travar, havendo lugar à recuperação de energia. Igualmente, se a cabina subir vazia, também se poderá recuperar energia eléctrica. A energia acumulada em forma de energia potencial nas pessoas e no contrapeso pode ser recuperada, dado que o motor estará a funcionar como um gerador. De modo a estudar a viabilidade técnica e económica das diferentes soluções foram realizadas medições a uma amostra representativa de ascensores eléctricos de roda de aderência. Esta amostra é constituída por 39 ascensores que estão instalados em diferentes tipos de edifícios e que pertencem a diferentes categorias de utilização, de acordo com a norma VDI 4707:2009. Para cada ascensor foi medida a energia consumida e a energia gerada para uma manobra completa – a descida e a subida da cabina sem carga. A partir das medições, e com base na norma VDI 4707:2009 foram calculados os valores anualizados de energia eléctrica consumidos e produzidos por cada ascensor. A partir das 5 hipóteses identificadas para a utilização da energia recuperada (carregamento de bateria para alimentação dos circuitos em stand-by; carregamento de supercondensador para alimentação dos circuitos em stand-by; carregamento de supercondensador para alimentar o barramento DC; reinjecção da energia no barramento DC de um conjunto de ascensores em grupo; reinjecção da energia na rede eléctrica do edifício onde o ascensor está instalado) foi realizada a avaliação técnica e a avaliação económico-financeira para cada um dos ascensores. Por último, foi desenvolvido um simulador que permite definir a solução de recuperação de energia que seja técnica e economicamente mais viável, para um dado ascensor eléctrico de roda de aderência instalado, mediante a introdução dos parâmetros técnicos do ascensor em avaliação.

Controlo vetorial (foc) de um motor de indução trifásico aplicado a um veículo elétrico

Os motores de indução (MI) com rotor em gaiola de esquilo estão muito disseminados nos atuais sistemas de variação de velocidade (“drives”). A sua simplicidade e robustez, aliadas a baixos preços (comparativamente com outras máquinas) e ampla gama de potências disponíveis, são as principais razões. A evolução verificada nos domínios da eletrónica de potência e nos sistemas de controlo (em particular, o controlo digital), permitiram aplicar os MI em sistemas de elevado desempenho dinâmico (e.g., controlo de binário e/ou posição), substituindo os motores DC, cujas características dinâmicas e simplicidade de controlo os tornavam a primeira escolha em tais aplicações. Com efeito, as “drives” baseadas em MI apresentam características dinâmicas em tudo semelhantes aos sistemas DC, incluindo a possibilidade de funcionamento nos quatro quadrantes do plano (T, nr). No entanto, a complexidade do conversores e, sobretudo, dos sistemas de controlo é muito mais elevada nos sistemas AC. Os sistemas baseados no controlo vectorial são os mais usuais nas “drives” baseadas nas máquinas AC convencionais (assíncronas e síncronas). Existem outras metodologias também usadas na indústria (e.g., controlo direto do binário – DTC), mas neste trabalho somente o controlo vetorial será abordado.

Sol-Gel Chemistry in Biosensing Devices of Electrical Transduction: Application to CEA Cancer Biomarker

Sol-gel chemistry allows the immobilization of organic molecules of biological origin on suibtable solid supports, permitting their integration into biosensing devices widening the possibility of local applications. The present work is an application of this principle, where the link between electrical receptor platform and the antibody acting as biorecognition element is made by sol-gel chemistry. The immunosensor design was targeted for carcinoembryonic antigen (CEA), an important biomarker for screening the colorectal cancer, by electrochemical techniques, namely electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and square wave voltammetry (SVW). The device displayed linear behavior to CEA in EIS and in SWV assays ranging from 0.50 to 1.5ng/mL, and 0.25 to 1.5ng/mL, respectively. The corresponding detection limits were 0.42 and 0.043 ng/mL. Raman spectroscopy was used to characterize the surface modifications on the conductive platform (FTO glass). Overall, simple sol-gel chemistry was effective at the biosensing design and the presented approach can be a potential method for screening CEA in point-of-care, due to the simplicity of fabrication, short response time and low cost. - See more at: http://www.eurekaselect.com/127192/article#sthash.m1AWhINx.dpuf

Electrical Skin Phenomena: A Fractional Calculus Analysis

The internal impedance of a wire is the function of the frequency. In a conductor, where the conductivity is sufficiently high, the displacement current density can be neglected. In this case, the conduction current density is given by the product of the electric field and the conductance. One of the aspects the high-frequency effects is the skin effect (SE). The fundamental problem with SE is it attenuates the higher frequency components of a signal. The SE was first verified by Kelvin in 1887. Since then many researchers developed work on the subject and presently a comprehensive physical model, based on the Maxwell equations, is well established. The Maxwell formalism plays a fundamental role in the electromagnetic theory. These equations lead to the derivation of mathematical descriptions useful in many applications in physics and engineering. Maxwell is generally regarded as the 19th century scientist who had the greatest influence on 20th century physics, making contributions to the fundamental models of nature. The Maxwell equations involve only the integer-order calculus and, therefore, it is natural that the resulting classical models adopted in electrical engineering reflect this perspective. Recently, a closer look of some phenomas present in electrical systems and the motivation towards the development of precise models, seem to point out the requirement for a fractional calculus approach. Bearing these ideas in mind, in this study we address the SE and we re-evaluate the results demonstrating its fractional-order nature.

Projecto de Controladores usando Redes Neuronais

Neste documento descreve-se o projeto desenvolvido na unidade curricular de Tese e Dissertação durante o 2º ano do Mestrado de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores no ramo de Automação e Sistemas, no Departamento de Engenharia Eletrotécnica (DEE) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). O projeto escolhido teve como base o uso da tecnologia das redes neuronais para implementação em sistemas de controlo. Foi necessário primeiro realizar um estudo desta tecnologia, perceber como esta surgiu e como é estruturada. Por último, abordar alguns casos de estudo onde as redes neuronais foram aplicadas com sucesso. Relativamente à implementação, foram consideradas diferentes estruturas de controlo, e entre estas escolhidas a do sistema de controlo estabilizador e sistema de referência adaptativo. No entanto, como o objetivo deste trabalho é o estudo de desempenho quando aplicadas as redes neuronais, não se utilizam apenas estas como controlador. A análise exposta neste trabalho trata de perceber em que medida é que a introdução das redes neuronais melhora o controlo de um processo. Assim sendo, os sistemas de controlo utilizados devem conter pelo menos uma rede neuronal e um controlador PID. Os testes de desempenho são aplicados no controlo de um motor DC, sendo realizados através do recurso ao software MATLAB. As simulações efetuadas têm diferentes configurações de modo a tirar conclusões o mais gerais possível. Assim, os sistemas de controlo são simulados para dois tipos de entrada diferentes, e com ou sem a adição de ruído no sensor. Por fim, é efetuada uma análise das respostas de cada sistema implementado e calculados os índices de desempenho das mesmas.

Water jet based autonomous surface vehicle for coastal waters operations

This paper presents the design of low cost, small autonomous surface vehicle for missions in the coastal waters and specifically for the challenging surf zone. The main objective of the vehicle design described in this paper is to address both the capability of operation at sea in relative challenging conditions and maintain a very low set of operational requirements (ease of deployment). This vehicle provides a first step towards being able to perform general purpose missions (such as data gathering or patrolling) and to at least in a relatively short distances to be able to be used in rescue operations (with very low handling requirements) such as carrying support to humans on the water. The USV is based on a commercially available fiber glass hull, it uses a directional waterjet powered by an electrical brushless motor for propulsion, thus without any protruding propeller reducing danger in rescue operations. Its small dimensions (1.5 m length) and weight allow versatility and ease of deployment. The vehicle design is described in this paper both from a hardware and software point of view. A characterization of the vehicle in terms of energy consumption and performance is provided both from test tank and operational scenario tests. An example application in search and rescue is also presented and discussed with the integration of this vehicle in the European ICARUS (7th framework) research project addressing the development and integration of robotic tools for large scale search and rescue operations.

Is mental practice an effective adjunct therapeutic strategy for upper limb motor restoration after stroke? A systematic review and meta- analysis

Stroke is one of the most common conditions requiring rehabilitation, and its motor impairments are a major cause of permanent disability. Hemiparesis is observed by 80% of the patients after acute stroke. Neuroimaging studies showed that real and imagined movements have similarities regarding brain activation, supplying evidence that those similarities are based on the same process. Within this context, the combination of mental practice (MP) with physical and occupational therapy appears to be a natural complement based on neurorehabilitation concepts. Our study seeks to investigate if MP for stroke rehabilitation of upper limbs is an effective adjunct therapy. PubMed (Medline), ISI knowledge (Institute for Scientific Information) and SciELO (Scientific Electronic Library) were terminated on 20 February 2015. Data were collected on variables as follows: sample size, type of supervision, configuration of mental practice, setting the physical practice (intensity, number of sets and repetitions, duration of contractions, rest interval between sets, weekly and total duration), measures of sensorimotor deficits used in the main studies and significant results. Random effects models were used that take into account the variance within and between studies. Seven articles were selected. As there was no statistically significant difference between the two groups (MP vs control), showed a - 0.6 (95% CI: -1.27 to 0.04), for upper limb motor restoration after stroke. The present meta-analysis concluded that MP is not effective as adjunct therapeutic strategy for upper limb motor restoration after stroke.

Physical therapy with drug treatment in bell palsy: a focused review

ABSTRACT: The physical therapy (PT) associated with standard drug treatment (SDT) in Bell palsy has never been investigated. Randomized controlled trials or quasirandomized controlled trials have compared facial PT (except treatments such as acupuncture and osteopathic) combined with SDT against a control group with SDT alone. Participants included those older than 15 yrs with a clinical diagnosis of Bell palsy, and the primary outcome measure was motor function recovery by the House-Brackmann scale. The methodologic quality of each study was also independently assessed by two reviewers using the PEDro scale. Four studies met the inclusion criteria. Three trials indicate that PT in association with SDT supports higher motor function recovery than SDT alone between 15 days and 1 yr of follow-up. On the other hand, one trial showed that electrical stimulation added to conventional PT with SDT did not influence treatment outcomes. The present review suggests that the current practice of Bell palsy treatment by PT associated with SDT seems to have a positive effect on grade and time recovery compared with SDT alone. However, there is very little quality evidence from randomized controlled trials, and such evidence is insufficient to decide whether combined treatment is beneficial in the management of Bell palsy.

Efeito da compressão isquémica no ponto gatilho do trapézio superior no controlo motor do ombro

Introdução: A síndrome dolorosa miofascial (SDM) é uma das causas mais comuns de dor com origem músculo-esquelética, devendo-se sobretudo à existência de pontos gatilho (PG) miofasciais. O PG no músculo trapézio superior (TS), sob a sua forma latente, tem repercussões no equilíbrio muscular do complexo articular do ombro. A intervenção sobre este PG, através da compressão isquémica poderá ter benefícios no próprio músculo e no controlo motor do complexo articular do ombro. Objetivos: Pretende-se estudar a influência da intervenção no PG latente do músculo TS no controlo motor do ombro, analisando as alterações ao nível do timing de ativação muscular, das sequências em que o músculos ativam e do nível de atividade muscular ao longo do movimento. Métodos: Foi realizado um estudo do tipo experimental, aleatório e controlado com uma amostra dividida em dois grupos, grupo experimental (n=15) e grupo controlo (n=14). No grupo experimental foi realizada a técnica de compressão isquémica no PG do TS e no grupo controlo um procedimento placebo. Antes e após a intervenção foi recolhida a atividade eletromiográfica dos músculos grande dentado (GD), infra-espinhoso (IE), deltóide médio (DM), trapézio superior (TS) e trapézio inferior (TI), assim como os dados cinemáticos, durante o movimento de elevação do ombro no plano da omoplata. Foi analisado o timing de ativação muscular, as sequências de ativação e o nível de ativação muscular ao longo do arco de movimento, através da magnitude normalizada à contração muscular voluntária máxima. Resultados: Foi observada uma maior pré ativação do músculo GD, no grupo experimental após a intervenção (p=0,025) relativamente ao primeiro momento de avaliação. É de notar que após a intervenção, no GE, todos os músculos passaram a ativar no período típico dos ajustes posturais antecipatórios, não tendo o mesmo sido observado no grupo de controlo. Após a técnica, 37% dos indivíduos do grupo experimental passaram a ativar o GD em primeiro lugar, quando apenas um sujeito o fazia antes da intervenção. Destaca-se também um predomínio de 32% nas últimas posições, após a técnica, dos músculos trapézio superior e inferior. No GC não se verifica nenhuma tendência após a intervenção. Foram ainda observadas diferenças estatisticamente significativas entre os grupos nos arcos de movimento onde foi atingido 20% da contração isométrica voluntária máxima (CMVI) nos músculos DM (p=0,002), na primeira avaliação, e IE (p=0,021), após a intervenção, com um atraso da ativação do IE para valores superiores a 20% da CMVI. Conclusão: A compressão isquémica reflete-se na antecipação da atividade do músculo GD e num atraso do aumento da magnitude da atividade do IE para valores moderados,

Análise da Qualidade de Energia em Instalações Eléctricas com MiniProdução

Com a alteração da legislação energética em Portugal, nomeadamente a implementação da legislação de Micro e Minigeração, a produção distribuída cresceu de forma exponencial na rede elétrica nacional, diminuindo por um lado as perdas no transporte e distribuição, e por outro aumentando a complexidade na gestão do trânsito de potência ao Distribuidor. No entanto a motivação desta dissertação prende-se com o facto de que as centrais de produção distribuída, em particular as de tecnologia fotovoltaica, pela sua dimensão, serem instaladas nos pontos de consumo, em paralelo com a instalação elétrica de utilização do cliente e como tal, têm sido verificadas diversas anomalias no funcionamento e exploração das mesmas, por influência da má qualidade de energia resultante das más condições de funcionamento e exploração em que se encontram as instalações de consumo. A presente dissertação pretende apresentar uma descrição das anomalias mais frequentes verificadas nas centrais fotovoltaicas de minigeração com origem na qualidade da energia que transita das instalações elétricas de consumo ligadas ao mesmo ponto de interligação com a rede elétrica nacional. Como base de fundamento, foram demonstradas através de três casos práticos reais, algumas das mais frequentes e prejudiciais anomalias descritas na presente dissertação. Foram escolhidos 3 casos reais com diferentes tipos de instalação de consumo sendo que um deles não apresenta qualquer anomalia de forma a comprovar o bom funcionamento em condições normais de ambas as instalações. Foram encontradas e demonstradas várias soluções paras os diferentes tipos de anomalias, no entanto esta dissertação vai permitir não só a resolução deste tipo de anomalias em centrais fotovoltaicas em exploração e já com prejuízos avultados mas também introduzir em futuras instalações a análise da qualidade da energia nas instalações de consumo em fase preliminar de estudo de implementação de centrais fotovoltaicas de minigeração e de autoconsumo, precavendo futuros problemas de rentabilidade técnico-económica. Este estudo, irá certamente servir de motor de impulsão para a preocupação com a Qualidade da Energia essencialmente dentro das instalações elétricas de consumo sensibilizando os seus gestores energéticos. Poderá ainda impulsionar a reformulação do Regulamento de Qualidade de Serviço para exigências ainda mais apertadas de forma a incorporar algumas das anomalias aqui descritas, sendo por isso um elemento de alerta para todos os “Players” do Sistema Elétrico Nacional tendo como limite a melhoria continua da Segurança e da Qualidade da energia na rede elétrica beneficiando da sensibilização de todos os intervenientes.