PM Motors for High Efficiency Applications

PM motors are suitable for nearly all applications, like pumps, elevators, compressors, blowers, extruders, generators, electric vehicles, servodrives, cooling towers, household appliances, etc. This paper will present some applications where the use of PM motors allowed for enhancements in energy efficiency and process quality.

Bifacial dye-sensitized solar cells: a strategy to enhance overall efficiency based on transparent polyaniline electrode

Dye-sensitized solar cell (DSSC) is a promising solution to global energy and environmental problems because of its clean, low-cost, high efficiency, good durability, and easy fabrication. However, enhancing the efficiency of the DSSC still is an important issue. Here we devise a bifacial DSSC based on a transparent polyaniline (PANI) counter electrode (CE). Owing to the sunlight irradiation simultaneously from the front and the rear sides, more dye molecules are excited and more carriers are generated, which results in the enhancement of short-circuit current density and therefore overall conversion efficiency. The photoelectric properties of PANI can be improved by modifying with 4-aminothiophenol (4-ATP). The bifacial DSSC with 4-ATP/PANI CE achieves a light-to-electric energy conversion efficiency of 8.35%, which is increased by ,24.6% compared to the DSSC irradiated from the front only. This new concept along with promising results provides a new approach for enhancing the photovoltaic performances of solar cells.

Melhoria do processo com recurso a metodologia Kaizen

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

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.

Reabilitação energética de edifícios

A reabilitação é uma intervenção que confere ao edifício uma qualidade superior à que possuía aquando da sua construção. Desta forma, e com a entrada em vigor em final de 2013 da nova legislação referente à certificação energética dos edifícios, surge novamente o interesse na temática de reabilitar energeticamente o parque habitacional. Esta nova legislação aparece na sequencia das novas exigências da Comissão Europeia e do Parlamento Europeu face às alterações climáticas e consequentemente, em relação à eficiência energética. A reabilitação energética de edifícios, visa principalmente a melhoria das condições de conforto térmico, a redução dos consumos energéticos com aquecimento, arrefecimento e as águas quentes sanitárias. Tais melhorias são alcançáveis com intervenções que se foquem na envolvente dos edifícios, com a aplicação de sistemas de alta eficiência para o aquecimento, arrefecimento, iluminação e águas quentes sanitárias e com a integração de fontes de energias renováveis. Assim é possível alcançar edifícios com necessidades nulas ou quase nulas de energia, tal como exigem as metas impostas a nível europeu.

Avaliação das melhores técnicas disponíveis relativas à refrigeração industrial e às emissões resultantes da armazenagem

Esta dissertação foi realizada em colaboração com o grupo empresarial Monteiro, Ribas e teve como principais objetivos efetuar uma avaliação das melhores técnicas disponíveis relativas à refrigeração industrial e às emissões resultantes da armazenagem. O primeiro objetivo teve como alvo todas as instalações da Monteiro, Ribas enquanto que o segundo objetivo se debruçou sobre Monteiro, Ribas, Embalagens Flexíveis, S.A.. Para cumprir estes objetivos, inicialmente efetuou-se um levantamento das melhores técnicas disponíveis apresentadas nos respetivos documentos de referência. Em seguida selecionaram-se as técnicas que se adequavam às condições e às instalações em estudo e procedeu-se a uma avaliação de forma a verificar o grau de implementação das medidas sugeridas no BREF (Best Available Techniques Reference Document). Relativamente aos sistemas de refrigeração industrial verificou-se que estão implementadas quase todas as medidas referenciadas no respetivo documento de referência. Isto prende-se com o facto dos sistemas de refrigeração existentes no complexo industrial Monteiro, Ribas serem relativamente recentes. Foram implementados no ano de 2012, e são caracterizados por apresentarem uma conceção moderna com elevada eficiência. No que diz respeito à armazenagem de produtos químicos perigosos, a instalação em estudo, apresenta algumas inconformidades, uma vez que a maioria das técnicas mencionadas no BREF não se encontram implementadas, pelo que foi necessário efetuar uma avaliação de riscos ambientais, com recurso à metodologia proposta pela Norma Espanhola UNE 150008:2008 – Análise e Avaliação do Risco Ambiental. Para isso procedeu-se então à formulação de vários cenários de riscos e à quantificação de riscos para à Monteiro, Ribas Embalagens Flexíveis S.A., tendo-se apurado que os riscos estavam avaliados como moderados a altos. Por fim foram sugeridas algumas medidas de prevenção e de minimização do risco que a instalação deve aplicar, como por exemplo, o parque de resíduos perigosos deve ser equipado com kits de contenção de derrames (material absorvente), procedimentos a realizar em caso de emergência, fichas de dados de segurança e o extintor deve ser colocado num local de fácil visualização. No transporte de resíduos perigosos, para o respetivo parque, é aconselhável utilizar bacias de contenção de derrames portáteis e kits de contenção de derrames. Relativamente ao armazém de produtos químicos perigosos é recomendado que se proceda a sua reformulação tendo em conta as MTD apresentadas no subcapítulo 5.2.3 desta dissertação.

Desenvolvimento e Controlo de um Veículo Autónomo Aéreo Quadrotor

A crescente necessidade de meios de inspecção e recolha de informação de infraestruturas e do meio ambiente natural, origina o recurso a meios tecnológicos cada vez mais evoluídos. Neste contexto, os robôs móveis autónomos aéreos surgem como uma ferramenta importante. Em particular, os veículos aéreos de asa móvel, pela sua manobrabilidade e controlo podem-se utilizar eficazmente em meios complexos como cenários interiores onde o ambiente é parcialmente controlado. A sua utilização em coordenação com outros veículos robóticos móveis e em particular com a crescente autonomia de decisão, permitem uma eficiência elevada, por exemplo, em tarefas de recolha automática de informação, vigilância, apoio a comunicações, etc. A inexistência de um veículo autónomo de asa móvel no cenário multi-robótico desenvolvido pelo Laboratório de Sistemas Autónomos do Instituto Superior de Engenharia do Porto, aliada às suas aplicações referidas, criou a necessidade do desenvolvimento de um veículo desta gama. Identificou-se, pois, o desenvolvimento de um veículo autónomo aéreo do tipo quadrotor com capacidade de vôo base estabilizado como o problema a resolver. Foi efectuado um levantamento de requisitos do sistema, a caracterização de um veículo autónomo aéreo Vertical Take-off and Landing - VTOL, e efectuado um trabalho de pesquisa a fim de possibilitar o conhecimento das técnicas e tecnologias envolvidas. Tendo em vista o objectivo de controlo e estabilização do veículo, foi efectuada a modelização do sistema que serviu não só para a melhor compreensão da sua dinâmica mas também para o desenvolvimento de um simulador que possibilitou a validação de estratégias de controlo e avaliação de comportamentos do veículo para diferentes cenários. A inexistência de controladores de motores brushless adequada (frequência de controlo), originou o desenvolvimento de um controlador dedicado para motores brushless, motores esses utilizados para a propulsão do veículo. Este controlador permite uma taxa de controlo a uma frequência de 20KHz, possui múltiplas interfaces de comunicação (CAN, RS232, Ethernet, SPI e JTAG), é de reduzido peso e dimensões e modular, visto ter sido implementado em dois módulos, i.e., permite a sua utilização com diferentes interfaces de potência. Projectou-se um veículo autónomo aéreo em termos físicos com a definição da sua arquitectura de hardware e software bem como o sistema de controlo de vôo. O sistema de estabilização de vôo compreende o processamento de informação fornecida por um sistema de navegação inercial, um sonar e o envio de referências de velocidade para cada um dos nós de controlo ligados a um barramento CAN instalado no veículo. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software. O UAV foi equipado com um sistema computacional dotando-o de capacidades para o desempenho de tarefas previamente analisadas. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Effect of the compact Ti layer on the efficiency of dye-sensitized solar cells assembled using stainless steel sheets

Titanium films have been deposited on stainless steel metal sheets using dc magnetron sputtering technique at different substrate temperatures. The structure of the titanium films strongly depend on the substrate temperature. The titanium film deposited at the substrate temperature lower than 300 ◦C has a loose flat sheet grains structure and the titanium film prepared at the substrate temperature higher than 500 ◦C has a dense nubby grains structure. The DSSC assembled using stainless steel sheet coated with titanium film deposited at high substrate temperature has a low charge transfer resistance in the TiO2/Ti interface and results in a high conversion efficiency. The DSSC assembled using stainless steel sheet coated with titanium film deposited at temperature higher than 500 ◦C has higher conversion efficiency than that assembled using titanium metal sheet as the substrate. The maximum conversion efficiency, 2.26% is obtained for DSSC assembled using stainless steel sheet coated with titanium film deposited at 700 ◦C substrate temperature, which is about 70% of the conversion efficiency of the FTO reference cell used in this study.

Simultaneous distillation–extraction of high-value volatile compounds from Cistus ladanifer L.

The present paper describes a procedure to isolate volatiles from rock-rose (Cistus ladanifer L.) using simultaneous distillation–extraction (SDE). High-value volatile compounds (HVVC) were selected and the influence of the extraction conditions investigated. The effect of the solvent nature and extraction time on SDE efficiency was studied. The best performance was achieved with pentane in 1 h operation. The extraction efficiencies ranged from 65% to 85% and the repeatability varied between 4% and 6% (as a CV%). The C. ladanifer SDE extracts were analysed by headspace solid phase microextraction (HS-SPME) followed by gas chromatography with flame ionization detection (GC-FID). The HS-SPME sampling conditions such as fiber coating, temperature, ionic strength and exposure time were optimized. The best results were achieved with an 85 µm polyacrylate fiber for a 60 min headspace extraction at 40ºC with 20% (w/v) of NaCl. For optimized conditions the recovery was in average higher than 90% for all compounds and the intermediate precision ranged from 4 to 9% (as CV %). The volatiles α-pinene (22.2 mg g−1 of extract), 2,2,6-trimethylcyclohexanone (6.1 mg g−1 of extract), borneol (3.0 mg g−1 of extract) and bornyl acetate (3.9 mg g−1 of extract) were identified in the SDE extracts obtained from the fresh plant material.

Response of high-risk of recurrence/progression bladder tumours expressing sialyl-Tn and sialyl-6-T to BCG immunotherapy

High risk of recurrence/progression bladder tumours is treated with Bacillus Calmette-Guérin (BCG) immunotherapy after complete resection of the tumour. Approximately 75% of these tumours express the uncommon carbohydrate antigen sialyl-Tn (Tn), a surrogate biomarker of tumour aggressiveness. Such changes in the glycosylation of cell-surface proteins influence tumour microenvironment and immune responses that may modulate treatment outcome and the course of disease. The aim of this work is to determine the efficiency of BCG immunotherapy against tumours expressing sTn and sTn-related antigen sialyl-6-T (s6T). METHODS: In a retrospective design, 94 tumours from patients treated with BCG were screened for sTn and s6T expression. In vitro studies were conducted to determine the interaction of BCG with high-grade bladder cancer cell line overexpressing sTn. RESULTS: From the 94 cases evaluated, 36 had recurrence after BCG treatment (38.3%). Treatment outcome was influenced by age over 65 years (HR=2.668; (1.344-5.254); P=0.005), maintenance schedule (HR=0.480; (0.246-0.936); P=0.031) and multifocality (HR=2.065; (1.033-4.126); P=0.040). sTn or s6T expression was associated with BCG response (P=0.024; P<0.0001) and with increased recurrence-free survival (P=0.001). Multivariate analyses showed that sTn and/or s6T were independent predictive markers of recurrence after BCG immunotherapy (HR=0.296; (0.148-0.594); P=0.001). In vitro studies demonstrated higher adhesion and internalisation of the bacillus to cells expressing sTn, promoting cell death. CONCLUSION: s6T is described for the first time in bladder tumours. Our data strongly suggest that BCG immunotherapy is efficient against sTn- and s6T-positive tumours. Furthermore, sTn and s6T expression are independent predictive markers of BCG treatment response and may be useful in the identification of patients who could benefit more from this immunotherapy.

Structural modification of TiO2 nanorod films with an influence on the photovoltaic efficiency of a dye-sensitized solar cell (DSSC).

TiO2 nanorod films have been deposited on ITO substrates by dc reactive magnetron sputtering technique. The structures of these nanorod films were modified by the variation of the oxygen pressure during the sputtering process. Although all these TiO2 nanorod films deposited at different oxygen pressures show an anatase structure, the orientation of the nanorod films varies with the oxygen pressure. Only a very weak (101) diffraction peak can be observed for the TiO2 nanorod film prepared at low oxygen pressure. However, as the oxygen pressure is increased, the (220) diffraction peak appears and the intensity of this diffraction peak is increased with the oxygen pressure. The results of the SEM show that these TiO2 nanorods are perpendicular to the ITO substrate. At low oxygen pressure, these sputtered TiO2 nanorods stick together and have a dense structure. As the oxygen pressure is increased, these sputtered TiO2 nanorods get separated gradually and have a porous structure. The optical transmittance of these TiO2 nanorod films has been measured and then fitted by OJL model. The porosities of the TiO2 nanorod films have been calculated. The TiO2 nanorod film prepared at high oxygen pressure shows a high porosity. The dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been assembled using these TiO2 nanorod films prepared at different oxygen pressures as photoelectrode. The optimum performance was achieved for the DSSC using the TiO2 nanorod film with the highest (220) diffraction peak and the highest porosity.

Towards high-available and energy-efficient virtual computing environments in the cloud

Empowered by virtualisation technology, cloud infrastructures enable the construction of flexi- ble and elastic computing environments, providing an opportunity for energy and resource cost optimisation while enhancing system availability and achieving high performance. A crucial re- quirement for effective consolidation is the ability to efficiently utilise system resources for high- availability computing and energy-efficiency optimisation to reduce operational costs and carbon footprints in the environment. Additionally, failures in highly networked computing systems can negatively impact system performance substantially, prohibiting the system from achieving its initial objectives. In this paper, we propose algorithms to dynamically construct and readjust vir- tual clusters to enable the execution of users’ jobs. Allied with an energy optimising mechanism to detect and mitigate energy inefficiencies, our decision-making algorithms leverage virtuali- sation tools to provide proactive fault-tolerance and energy-efficiency to virtual clusters. We conducted simulations by injecting random synthetic jobs and jobs using the latest version of the Google cloud tracelogs. The results indicate that our strategy improves the work per Joule ratio by approximately 12.9% and the working efficiency by almost 15.9% compared with other state-of-the-art algorithms.

Integração de um sistema de gestão de informação clínica hospitalar numa unidade de cuidados continuados

O crescimento da população idosa impõe o desenvolvimento de serviços de qualidade orientados para as necessidades comuns desta faixa etária. A área dos cuidados continuados corresponde a um segmento em crescimento com um forte potencial de desenvolvimento no que concerne ao domínio dos sistemas de informação (SI). O presente trabalho pressupõe o acompanhamento do processo de integração de um SI de uma Unidade Hospitalar (UH) numa Unidade de Cuidados Continuados (UCC) para idosos. A análise envolveu o recurso à Teoria Actor-network (ANT), enquanto posicionamento teórico de relevo para o desenvolvimento de SI. Esta teoria coloca, equitativamente, em destaque os factores humano e não humano como concorrentes para o sucesso no desenvolvimento de um SI. O processo em destaque neste trabalho envolveu a análise compreensiva dos SI das unidades de saúde envolvidas; monitorização e descrição do processo de integração do SI de inspiração hospitalar na UCC; avaliação do resultado final; estabelecimento de requisitos fundamentais para o desenho de um SI adaptado a uma organização prestadora de cuidados continuados a idosos. Estas etapas foram desenvolvidas tendo por base a concretização de 3 ciclos, integradores dos conceitos da ANT com o processo de Engenharia de Requisitos: Ciclo 1 - análise do sistema sócio-técnico; Ciclo 2 – desenho do novo sistema sócio-técnico; Ciclo 3 – transformação da rede sócio-técnica. A metodologia inerente ao processo envolveu a análise documental, realização de notas de campo, entrevista e questionário. Os requisitos são apresentados através da conceptualização de um SI denominado Gestão de Cuidados Residenciais (GCR). Conclui-se, que para que um SI resulte com eficácia, eficiência e efetividade para uma organização, deverá revelar-se adaptado ao propósito e missão da organização em causa, sob pena de induzir fragilidade ao ciclo operacional e ao modelo de gestão de informação.

Minimização do impacto ambiental do processo de curtume de pele de bovino

O presente trabalho teve como objectivo a minimização do impacto ambiental do processo de curtume da pele de bovino. A indústria de curtumes transforma a pele, material putrescível, em couro, material nobre, termicamente estável e imputrescível. A transformação da pele em couro origina uma carga poluente apreciável quer quanto a efluentes líquidos quer quanto a resíduos sólidos. O fluxo produtivo da indústria de curtumes pode dividir-se em quatro sectores: ribeira, curtume, tinturaria e acabamento, sendo que os três primeiros geram efluentes líquidos com elevada carga poluente. Neste trabalho, foram avaliadas as fases do processo que geram efluentes líquidos: molho, caleiro, curtume e tinturaria. Na avaliação do processo do molho testou-se uma protease e uma lipase contra um molhante e um desengordurante tradicional, agentes químicos normalmente utilizados no molho mas menos biodegradáveis que as enzimas testadas. Salienta-se o bom resultado obtido quanto à eficiência do molho Na avaliação do processo de caleiro testaram-se várias alternativas no sentido da redução da quantidade de sulfureto de sódio utilizada e da minimização da carga poluente. Entre as alternativas, depilação por oxidação, depilação enzimática com e sem destruição do pêlo, elegeu-se a depilação enzimática sem destruição do pêlo que conduziu a resultados com menor impacto ambiental, nomeadamente a redução da % da quantidade de sulfureto de sódio, sendo a redução da carga poluente de 4,19 % de sulfureto, 32.80% de sólidos suspensos totais (SST),27.09% de sólidos totais (ST) e de 76.90% da carência química de oxigénio (CQO) no efluente de caleiro. No processo do curtume da pele é utilizado crómio como agente de curtume em cerca de 80% das peles tratadas, sendo este metal problemático em termos ambientais. No sentido de reduzir a quantidade de crómio utilizada no processo foi realizado um planeamento factorial onde as variáveis a estudar foram a concentração de crómio e a temperatura, tendo este como objectivo observar qual a quantidade mínima de crómio necessária para termos um produto final nas condições desejadas e gerando um menor impacto ambiental. Concluiu-se desenvolvendo um processo que mostra ser possível reduzir a quantidade de sal de crómio de 7% para 5%, além de ter um impacto ambiental claramente menos agressivo nos efluentes de curtume gerado. Este processo quando comparado com o processo tradicional permite a redução de 27% na CQO, 79% nos SST, 11% nos ST e 38% no teor de crómio Na avaliação do processo de tinturaria foi estudado um processo compacto contra o processo tradicional, tendo-se concluído pelo menor impacto ambiental do processo estudado, nomeadamente ao nível da redução do consumo de água e da carga poluente gerada. A comparação dos dois processos, no que respeita à carga poluente gerada, permitiu concluir por uma redução de 39% da CQO, 50% dos SST, e 12% dos ST quando aplicado o processo compacto Por fim foi feita uma avaliação do impacto ambiental do efluente global gerado pelos processos considerados com menor impacto ambiental contra o processo tradicional, normalmente aplicado na indústria. A aplicação do conjunto dos processos desenvolvidos, quando comparada com a aplicação do conjunto dos processos tradicionais, mostra uma redução de 1% no sulfureto, 40% na CQO, 60 % nos SST, 42 % no crómio e 11% nos ST, mostrando claramente que é possível reduzir a carga poluente da indústria de curtumes atuando no processo. Este trabalho mostrou a importância de atuar no processo para minimizar os custos de tratamento e mesmo de investimento dos efluentes da indústria de curtumes. Importa salientar que os processos desenvolvidos necessitam de validação a uma escala semi-industrial.