Urubu: energy scavenging in wireless sensor networks

For the past years wireless sensor networks (WSNs) have been coined as one of the most promising technologies for supporting a wide range of applications. However, outside the research community, few are the people who know what they are and what they can offer. Even fewer are the ones that have seen these networks used in real world applications. The main obstacle for the proliferation of these networks is energy, or the lack of it. Even though renewable energy sources are always present in the networks environment, designing devices that can efficiently scavenge that energy in order to sustain the operation of these networks is still an open challenge. Energy scavenging, along with energy efficiency and energy conservation, are the current available means to sustain the operation of these networks, and can all be framed within the broader concept of “Energetic Sustainability”. A comprehensive study of the several issues related to the energetic sustainability of WSNs is presented in this thesis, with a special focus in today’s applicable energy harvesting techniques and devices, and in the energy consumption of commercially available WSN hardware platforms. This work allows the understanding of the different energy concepts involving WSNs and the evaluation of the presented energy harvesting techniques for sustaining wireless sensor nodes. This survey is supported by a novel experimental analysis of the energy consumption of the most widespread commercially available WSN hardware platforms.

Oxidative Leaching of metals from electronic waste with solutions based on quaternary ammonium salts

The treatment of electric and electronic waste (WEEE) is a problem which receives ever more attention. An inadequate treatment results in harmful products ending up in the environment. This project intends to investigate the possibilities of an alternative route for recycling of metals from printed circuit boards (PCBs) obtained from rejected computers. The process is based on aqueous solutions composed of an etchant, either 0.2 M CuCl2.2H2O or 0.2 M FeCl3.6H2O, and a quaternary ammonium salt (quat) such as choline chloride or chlormequat. These solutions are reminiscent of deep eutectic solvents (DES) based on quats. DES are quite similar to ionic liquids (ILs) and are used as well as alternative solvents with a great diversity of physical properties, making them attractive for replacement of hazardous, volatile solvents (e.g. VOCs). A remarkable difference between genuine DES and ILs with the solutions used in this project is the addition of rather large quantities of water. It is shown the presence of water has a lot of advantages on the leaching of metals, while the properties typical for DES still remain. The oxidizing capacities of Cu(II) stem from the existence of a stable Cu(I) component in quat based DES and thus the leaching stems from the activity of the Cu(II)/Cu(I) redox couple. The advantage of Fe(III) in combination with DES is the fact that the Fe(III)/Fe(II) redox couple becomes reversible, which is not true in pure water. This opens perspectives for regeneration of the etching solution. In this project the leaching of copper was studied as a function of gradual increasing water content from 0 - 100w% with the same concentration of copper chloride or iron(III) chloride at room temperature and 80ºC. The solutions were also tested on real PCBs. At room temperature a maximum leaching effect for copper was obtained with 30w% choline chloride with 0.2 M CuCl2.2H2O. The leaching effect is still stronger at 80°C, b ut of course these solutions are more energy consuming. For aluminium, tin, zinc and lead, the leaching was faster at 80ºC. Iron and nickel dissolved easily at room temperature. The solutions were not able to dissolve gold, silver, rhodium and platinum.

Optimização de recursos numa industria de curtumes

O presente relatório descreve o trabalho de estágio efectuado na empresa Curtumes Aveneda, Lda com o objectivo de optimizar recursos como a água e energia. Foi realizado um diagnóstico energético que permitiu concluir que o consumo de energia na empresa é de 300 tep/ano, pelo que a empresa não é obrigada a adoptar as medidas de Regulamento de Gestão do Consumo de Energia (RGCE). O mesmo diagnóstico aponta para a existência de ineficiências, nomeadamente na tinturaria. Assim, foi projectado um sistema de controlo para adição de água na tinturaria com o intuito de reduzir o consumo de energia e água, e também melhorar a qualidade dos processos de tinturaria, dado que a adição de água é feita manualmente sem controlo de quantidade. Após consulta de fornecedor, o investimento em equipamento para tal sistema é de 10.012,00€ Foi desenvolvido um processo de recurtume compacto no sentido de promover a redução do consumo de água e de energia. Tal processo, quando comparado com um processo normal da empresa, gera uma redução de energia eléctrica no valor de 6.157,05 €/ano, uma redução no consumo de energia térmica da ordem de 904,00 €/ano, e ainda uma redução do consumo de água na ordem de 962 m3/ano correspondente a uma redução de 2.998,76 €/ano no tratamento de efluentes. Outras medidas foram sugeridas, mas sem uma fundamentação técnica e científica suficiente pelo que carecem de um estudo pormenorizado, como a instalação de arrancadores progressivos nos motores dos fulões, a optimização do aquecimento do ar de secagem na estufa com eventual recurso a painéis solares, e a optimização do funcionamento da caldeira dado o seu baixo rendimento.

Auditoria energética e da QAI no âmbito do SCE de um edifício de serviços

Este trabalho foi realizado no âmbito da disciplina de Dissertação/Estágio do ramo de Optimização Energética na Indústria Química, do Mestrado em Engenharia Química do Instituto Superior de Engenharia do Porto e foi desenvolvido na empresa GreenWatt. O principal objectivo é efectuar uma auditoria energética e uma auditoria QAI a uma clínica de fisiatria de forma a preparar as ferramentas necessárias para a Certificação Energética e da QAI no enquadramento do Sistema de Certificação Energética. Na auditoria QAI foram analisados parâmetros físicos - temperatura, humidade relativa e partículas respiráveis PM10, parâmetros químicos - CO2, CO, O3, COVs, HCOH e o radão, e ainda parâmetros microbiológicos - bactérias, fungos e legionella. Na auditoria energética foi feita a caracterização dos vectores de energia utilizados no edifício, nomeadamente, gás natural e electricidade. Para esta caracterização efectuou-se um levantamento de toda a informação disponível relativa aos combustíveis utilizados, iluminação instalada, outros equipamentos consumidores de energia e perfis de utilização. Com recurso a analisadores de energia foram ainda medidos os consumos eléctricos do edifício. Com suporte nos dados provenientes da auditoria energética e das facturas anuais efectuou-se a validação da simulação dinâmica do edifício. Esta simulação é a base do cálculo do IEEnominal do edifício. Os resultados da auditoria QAI, permitiram verificar que existem valores nãoregulamentares em relação aos compostos orgânicos voláteis, fungos e bactérias. Da auditoria energética concluiu-se que o principal consumo de energia é o gás natural utilizado pelas caldeiras existentes. Este valor representa cerca de 81% do consumo total de energia, reproduzindo os mesmos resultados obtidos pela desagregação das facturas energéticas. No que respeita à electricidade concluiu-se que as bombas de água e os equipamentos eléctricos são os maiores consumidores deste vector, com, respectivamente, 53% e 23% do consumo total de energia eléctrica. Após a realização da simulação dinâmica, com base nos levantamentos realizados no edifício e na auditoria energética efectuada, obteve-se uma fotografia do edifício no que respeita ao seu desempenho energético, e calculou-se um IEEnominal de 40,54 kgep/m2.ano o que qualifica o edifício com uma Classe Energética E. O valor de CO2 emitido por este edifício em termos nominais, anualmente, é de 76,39 toneladas.

Leilão de direitos de transmissão financeiros de energia eléctrica em ambiente de mercado

Os direitos de transmissão (Transmission Rigths – TRs) correspondem, na sua essência, a contratos que conferem aos seus proprietários o direito de transmitir energia eléctrica, por um determinado caminho, a um preço fixo. Na actualidade vive-se uma era de liberalização dos mercados de energia eléctrica nos quais, no caso concreto dos mercados de TRs, os diversos agentes podem ceder os TRs que possuem a outros agentes desde que cumpram certos requisitos impostos pelo sistema na figura do seu operador de sistema (Independent System Operator – ISO). Neste sentido, o ISO oferece, aos diversos agentes do mercado, algumas ferramentas que lhes permite transaccionar, sob sua orientação, os seus respectivos TRs fazendo-se cumprir todos os requisitos indispensáveis para o efeito. A mais popular dessas ferramentas, nos principais mercados energético da actualidade, é o leilão. Com o presente trabalho de dissertação é pretendido apresentar-se um modelo para a resolução do problema inerente a um leilão de TRs em ambiente de mercado, neste caso concreto de direitos de transmissão financeiros de energia eléctrica (Financial Transmission Rigths – FTRs). Neste sentido foi desenvolvido um simulador informático (SIM_AuctFTR) que implementa um modelo para este tipo de problemas. Este trabalho foi estruturado essencialmente em três etapas com objectivos inerentes. Assim, numa primeira fase da realização deste trabalho, foi realizado um estudo de diversos conceitos e metodologias inerentes ao problema de leilão de FTRs em ambiente de mercado, suportado por uma sólida base bibliográfica. A segunda fase tratou-se do desenvolvimento do algoritmo da aplicação computacional que solucione um problema de um leilão de FTRs. O SIM_AuctFTR foi desenvolvido sobre o pressuposto da maximização dos rendimentos financeiros provenientes da atribuição dos FTRs propostos a leilão, tendo estes últimos de coabitar no sistema respeitando as restrições técnicas a que este são inerentes, mesmo na eventualidade da ocorrência de contingências de nível ‘n-1’. Por último, numa terceira fase, partindo da aplicação desenvolvida, foram realizados 4 casos de estudos com outras tantas redes eléctricas de forma a testar a robustez da ferramenta desenvolvida.

Análise técnica e económico-financeira de um sistema de abastecimento de veículos zero emissões integrando um sistema fotovoltaico

Com o aumento da população mundial registado nos últimos anos surgiu também uma maior procura energética. Esse aumento foi inicialmente colmatado recorrendo essencialmente a fontes de origem fóssil, pelo facto destas serem mais baratas. No entanto, essa tendência de preços baixos sofreu o primeiro abalo nos anos 70 do século passado, altura em que o preço do petróleo disparou, devido a questões políticas. Nessa altura ficou visível para os países ocidentais o quanto estes eram dependentes dos países produtores de petróleo que, em geral, são instáveis politicamente. Começou então a procura de fontes energéticas alternativas. Além da questão económica do aumento do preço dos combustíveis, existe também o problema ambiental. Os maiores responsáveis pela emissão de gases efeito estufa (GEE) são os combustíveis fósseis. Os GEE contribuem para o aquecimento global, o que origina fenómenos ambientais severos que poderão levar a mudanças climáticas significativas. As energias renováveis apresentam-se como a solução mais viável ao problema energético e ambiental que se verifica actualmente, porque permitem colmatar o aumento da procura energética de uma forma limpa e sustentável. Na sequência destes problemas surgiram nos últimos anos veículos que permitem reduzir ou mesmo eliminar o consumo de combustíveis fósseis, como os veículos híbridos eléctricos, eléctricos e a hidrogénio. Nesta dissertação analisa-se um sistema que foi pensado para ser implementado em áreas de serviço, que permite efectuar o carregamento de electric vehicles (EV) utilizando energia eléctrica de origem fotovoltaica e a produção de hidrogénio para os fuels cell electric vehicles (FCEV). É efectuada uma análise económica do sistema, uma análise ambiental e analisou-se também o impacto na redução da dependência do país em relação ao exterior, sendo ainda efectuada uma pequena análise ao sistema MOBIE. No caso dos veículos a hidrogénio, foi determinada qual seria a melhor opção em termos económicos, para a produção de hidrogénio considerando três regimes de produção: recorrendo apenas à energia eléctrica proveniente do sistema fotovoltaico, apenas à energia eléctrica da rede, ou uma combinação dos dois regimes. O sistema estudado nesta dissertação apresenta um enorme potencial a nível energético e ambiental, surgindo como alternativa para abastecer os veículos que irão permitir, no futuro, eliminar a dependência energética em relação às fontes fósseis e ao mesmo tempo diminuir a quantidade de gases efeito estufa emitidos para a atmosfera.

Levantamento e integração energética do processo de refinação de açúcar

Este trabalho foi realizado no âmbito da disciplina de Dissertação/Estágio do ramo de Optimização Energética na Indústria Química, do Mestrado em Engenharia Química do Instituto Superior de Engenharia do Porto e foi desenvolvido na empresa Refinarias de Açúcar Reunidas, S.A (RAR Açúcar). Face à crise energética mundial e à globalização, o custo de produção aumentou consideravelmente nos processos industriais e os mercados ficaram mais competitivos. Estes aspectos levam a que cada vez mais os responsáveis industriais se concentrem em encontrar soluções que contrariem estes aspectos. Nesta perspectiva, a questão da conservação da energia na indústria torna-se uma medida fundamental a adoptar na política interna de uma indústria. Na década de 80 as técnicas de integração revelaram-se como uma ferramenta muito útil na área da integração térmica de processos. O conceito destas técnicas focaliza-se numa maior recuperação de energia, um menor consumo de utilidades e consequentemente uma diminuição de custos. Este trabalho tem como objectivo realizar um Levantamento e uma Integração Energética do Processo de Refinação de Açúcar. O conhecimento profundo do processo de refinação do açúcar, assim como o conhecimento de todas as fases do processo da empresa foram um ponto de partida fundamental para o desenrolar do trabalho. O levantamento energético, a nível térmico, a todos os equipamentos das linhas de produção forneceu os dados necessários para a Integração do Processo de Refinação de Açúcar através da Metodologia de Pinch. Como resultado da aplicação da Metodologia Pinch foram introduzidos oito permutadores de calor obtendo-se uma recuperação de calor igual a (confidencial) kJ/dia aliada a um investimento de (confidencial). A recuperação energética alcançada traduz-se numa poupança de (confidencial)de nafta/ano sendo o investimento proposto recuperado em 1,2 anos.

Integração energética unidades 0300 e 0400 da Fábrica de Aromáticos Refinaria de Matosinhos

Mestrado em Engenharia Química - Ramo optimização energética na indústria química

Problema da energia nas obras musicais

Ao descrever muitas das obras dos séculos XVIII e XIX, os musicólogos, para indicar uma força, utilizam metáforas indicadoras de energia. Esta comunicação pretende clarificar o fenómeno energético em algumas obras musicais pertencentes a estes dois séculos da história da música. Tentaremos identificar todos os elementos ou processos musicais que produzem essa sensação de energia: a manifestação, no interior de um discurso musical, de uma mudança rápida e/ou radical; a criação de um estado de extrema tensão; o surgimento de uma situação paradoxal. A análise e funcionamento dessa energia, de facto, não depende de nenhum léxico musical, pondo algumas dificuldades metodológicas. A energia intervém na composição musical de uma obra. De facto, a unidade que define a energia é formada pela combinação de massa, tempo e espaço. Nesse sentido, factores tais como a dinâmica, a altura, o ritmo, a velocidade e o registo, serão estudados.

Estudo económico das energias renováveis: o caso português

Dissertação de Mestrado apresentado ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Empreendedorismo e Internacionalização, sob orientação de Maria Clara Dias Pinto Ribeiro

Eficiência energética na iluminação pública

A iluminação pública é responsável por 3% do consumo de energia elétrica, em Portugal, tendo havido um crescimento no consumo de energia elétrica neste setor, entre 2000 e 2011, de cerca de 55%, com uma taxa média de crescimento anual de cerca de 5,1%. No ano de 2011, os custos com a iluminação pública rondaram os 170 M€, sendo que grande parte foram assegurados pelos Municípios. Atendendo ao panorama financeiro delicado de grande parte das autarquias do País, e sabendo que a iluminação pública tem um peso considerável nas despesas anuais de energia, faz sentido que se concentre aqui um esforço para tornar mais eficientes estas instalações. A nível nacional, a Estratégia Nacional para a Energia 2020 (ENE 2020) define estratégias que visam o cumprimento das medidas impostas pela União Europeia no sentido de cumprir objetivos que respeitem a sustentabilidade A ENE 2020 define uma agenda para a competitividade, o crescimento e a independência energética e financeira do país através da aposta nas energias renováveis e da promoção integrada da eficiência energética, assegurando a segurança de abastecimento e a sustentabilidade económica e ambiental do modelo energético. Um dos eixos em que se divide a ENE 2020 visa diretamente a promoção da eficiência energética na Iluminação Pública (IP), com o objetivo de promover e apoiar projetos inovadores de iluminação pública com prioridade para os centros históricos. Existem no mercado diversas soluções e tecnologias que permitem melhorar a eficiência energética da IP, facilitando uma gestão mais eficiente. Estes sistemas podem também permitir economias diretas nos consumos de energia e/ou levar a um aumento da vida útil das lâmpadas, permitindo uma redução dos custos de manutenção das instalações de IP.

ITED – infra‐estruturas de telecomunicações em edifícios. Novos horizontes alcançados

Ao longo das últimas décadas, o nosso estilo e hábitos de vida tem vindo, paulatinamente, a ser alterados e melhorados, a par do desenvolvimento das economias, e dos progressos tecnológicos, contribuindo, sobremaneira para uma melhoria generalizada das condições sociais. Com desenvolvimento do sector económico tem‐se assistido em Portugal à implementação de ambientes liberalizados em áreas tradicionalmente controladas pelo estado e, assim, sujeitas a um verdadeiro regime de monopólio, como eram os casos do sector energético e das telecomunicações. A publicação do Decreto‐Lei n.º 59/2000, de 19 de Abril e a subsequente publicação das Prescrições Técnicas de Instalações e Especificações Técnicas de Equipamentos e Materiais, projectou Portugal para a vanguarda de um verdadeiro ambiente concorrencial ao nível das telecomunicações. O presente artigo visa, sucintamente, reflectir sobre o novo enquadramento das Infra‐estruturas de Telecomunicações em Edifício (ITED) criado pelo DL n.º 59/2000, de 19 de Abril, assim como, evidenciar os aspectos mais específicos desse mesmo enquadramento.

Projecto de instalações eléctricas. Secção técnica Vs secção económica de canalizações eléctricas

O projecto das instalações eléctricas deve responder a critérios de ordem técnica, nomeadamente no que se refere a garantia da protecção das pessoas e instalações, mas contrapõem-se necessariamente os aspectos de ordem económica; resultara do compromisso entre estas duas posições contrastantes a definição daquela que será a solução mais acertada para uma dada instalação. No capitulo dos custos associados a uma instalação eléctrica tem um peso crucial a energia desperdiçada durante o funcionamento da mesma, duração esta que pode em media considerar-se compreendida entre 20 e 30 anos. Este desperdício tem duas origens: perdas excessivas por ineficiente concepção das instalações e selecção não criteriosa de equipamentos que utilizam a energia eléctrica e malbaratamento da energia eléctrica por funcionamento alem do necessário. Poe-se, portanto, também neste domínio a questão da eficiência energética. Assim, o responsável pela concepção de uma instalação eléctrica devera procurar não somente a solução técnica funcional da mesma mas preocupar-se que essa solução seja igualmente eficiente do ponto de vista energético. A abordagem dum projecto eléctrico eficiente sob o ponto de vista energético devera contemplar os seguintes pontos: a) Minimização de perdas no sistema de distribuição b) Redução das perdas devido ao desperdício na utilização do equipamento eléctrico c) Redução das perdas associadas aos problemas associados a qualidade da energia d) Prever as instalações para incorporarem aparelhagem de contagem e medida para fins de monitorização e de realização de auditorias eléctricas.

Ascensores. Optimização energética

Segundo um estudo recente da União Europeia , o sector dos edifícios será responsável por cerca de 40% do consumo total de energia neste espaço geográfico. Cerca de 70% do consumo de energia deste sector verificarse‐ á nos edifícios residenciais. Em Portugal, mais de 28% da energia final e 60% da energia eléctrica é consumida em edifícios. Por forma a dar cumprimento ao Protocolo de Kyoto, no qual se definiu uma drástica redução da emissão de CO2, a Comunidade Europeia emanou várias directivas que se relacionam directa ou indirectamente com a temática da utilização de energia. As mais importantes são entre outras, a Directiva 2002/91/CE de 16 de Dezembro de 2002 ‐ “EPB ‐ Energy Performance of Buildings” (Desempenho Energético de Edifícios) , transposta parcialmente para o direito nacional pelo Decreto‐Lei nº 78/2006 de 04 de Abril, e a Directiva 2005/32/CE de 06 de Julho de 2005 – “EuP – Energy Using Products” (Requisitos de concepção ecológica dos produtos que consomem energia). Os ascensores não são referidos explicitamente nestas duas directivas, quando se aborda a temática do aumento da eficiência energética. Na Directiva EPB são referidos essencialmente equipamentos técnicos dos edifícios como sistemas de aquecimento, climatização e iluminação, bem como sistemas de isolamento térmico dos edifícios. Na EuP, por sua vez, também não se indicam especificamente os ascensores, embora sejam referidos por exemplo motores eléctricos, que farão parte integrante de um ascensor. De acordo com um estudo da S.A.F.E – “Agência Suiça para a Utilização Eficiente da Energia”, realizado em 2005, os ascensores podem representar uma parte significativa do consumo de energia num edifício (o consumo energético de um ascensor poder representar em média 5% do consumo total de energia de um edifício de escritórios). Na Suiça estima‐se que o somatório do consumo de energia dos cerca de 150.000 ascensores instalados represente cerca de 0,5% do total de 280 GWh de consumo energético do país. A redução do consumo de energia nos edifícios poderá ser obtida através da melhoria das características construtivas, reduzindo dessa forma as necessidades energéticas, através de medidas de gestão da procura, no sentido de reduzir os consumos na utilização e através do recurso a equipamentos energeticamente mais eficientes. No preâmbulo da Directiva EuP refere‐se que “a melhoria da eficiência energética – de que uma das opções disponíveis consiste na utilização final mais eficiente da electricidade – é considerada um contributo importante para a realização dos objectivos de redução das emissões de gases com efeito de estufa na Comunidade.” Daí que seja importante estudar também a optimização energética de ascensores. No presente artigo será apresentado um resumo do estudo sobre o consumo energético realizado a uma amostra composta por 20 ascensores eléctricos instalados pela Schmitt‐Elevadores, Lda. em Portugal. Para a determinação do consumo anual de energia a partir dos dados obtidos, foi utilizado um modelo, desenvolvido com base na norma alemã VDI 4707:2009. Com base nos dados obtidos foram então identificadas diversas hipóteses de optimização, que poderão e deverão ser implementadas.

Optimização energética em novos ascensores

De acordo com um estudo da S.A.F.E – “Agência Suíça para a Utilização Eficiente da Energia”, realizado em 2005, os ascensores podem representar uma parte significativa do consumo de energia num edifício (o consumo energético de um ascensor poder representar em média 5% do consumo total de energia de um edifício de escritórios). Na Suíça estima‐se que o somatório do consumo de energia dos cerca de 150.000 ascensores instalados represente cerca de 0,5% do total de 280 GWh de consumo energético do país. A redução do consumo de energia nos edifícios poderá ser obtida através da melhoria das características construtivas, reduzindo dessa forma as necessidades energéticas, através de medidas de gestão da procura, no sentido de reduzir os consumos na utilização e através do recurso a equipamentos energeticamente mais eficientes. No preâmbulo da Directiva 2005/32/CE de 06 de Julho de 2005 – “EuP – Energy Using Products” (Requisitos de concepção ecológica dos produtos que consomem energia)1 refere‐se que “a melhoria da eficiência energética – de que uma das opções disponíveis consiste na utilização final mais eficiente da electricidade – é considerada um contributo importante para a realização dos objectivos de redução das emissões de gases com efeito de estufa na Comunidade.” Daí que seja importante estudar também a optimização energética em novos ascensores.