Maximização da valorização energética em aterros sanitários recorrendo a equipamentos baseados no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC)

Atualmente, os aterros sanitários representam uma solução para a gestão e tratamento dos resíduos sólidos urbanos. Da deposição, ocorrem duas formas de emissões ao longo do tempo, a produção de biogás e de lixiviados, que resultam sobretudo da decomposição da matéria orgânica. Um dos principais constituintes do biogás é o metano, o qual tem elevado poder calorífico. O presente trabalho aborda, a maximização da valorização energética em aterros sanitários, recorrendo a equipamentos baseados no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC) para a produção de eletricidade. É apresentado como caso de estudo a central de valorização energética da Suldouro, em Sermonde, que produz eletricidade a partir do biogás resultante da decomposição da matéria orgânica depositada em aterro. O biogás é utilizado como combustível para os motogeradores utilizados para o seu aproveitamento energético, sendo que apenas cerca de 40% do potencial energético contido no biogás é transformado em eletricidade, registando-se perdas sobretudo nas emissões dos gases de exaustão e na água de arrefecimento dos motores. Para avaliação do potencial da recuperação energética dos gases de escape é avaliado o desempenho termodinâmico do ciclo ORC. Para tal foi desenvolvida uma ferramenta em MATLAB utilizando como modelo a configuração do ORC com recuperador de calor. O cálculo das propriedades termodinâmicas dos fluidos foi obtido através da criação de uma sub-rotina que chama o programa CoolProp. Este programa restitui propriedades como a entalpia, entropia, pressões e temperaturas em cada ponto do ciclo, permitindo assim ao utilizador otimizar o tempo na obtenção de resultados. A avaliação económica é fundamental na tomada de decisões por parte do investidor e dos financiadores do projeto. É então apresentada a análise económica e efetuada uma análise de sensibilidade, onde foram efetuadas variações nos vetores mais importantes de forma a poder avaliar-se o impacto em termos da sua rentabilidade. A ferramenta desenvolvida permite obter de forma prática, os três indicadores económicos extremamente influentes no que se refere à tomada de decisão. A utilização dos sistemas ORC e os seus benefícios não se esgotam na maximização dos aproveitamentos da valorização energética em aterros sanitários. Também a recuperação de calor para a produção de energia elétrica pode ter um impacto importante em muitos setores intensivos de energia, contribuindo significativamente para a redução do consumo e aumentando a eficiência de todo o processo de produção.

Dynamical analysis of the global warming

Global warming is a major concern nowadays. Weather conditions are changing, and it seems that human activity is one of the main causes. In fact, since the beginning of the industrial revolution, the burning of fossil fuels has increased the nonnatural emissions of carbon dioxide to the atmosphere. Carbon dioxide is a greenhouse gas that absorbs the infrared radiation produced by the reflection of the sunlight on the Earth’s surface, trapping the heat in the atmosphere. Global warming and the associated climate changes are being the subject of intensive research due to their major impact on social, economic, and health aspects of human life. This paper studies the global warming trend in the perspective of dynamical systems and fractional calculus, which is a new standpoint in this context. Worldwide distributed meteorological stations and temperature records for the last 100 years are analysed. It is shown that the application of Fourier transforms and power law trend lines leads to an assertive representation of the global warming dynamics and a simpler analysis of its characteristics.

Estudo do comportamento térmico de uma caldeira com ante-fornalha alimentada a biomassa florestal

As caldeiras são equipamentos de extrema importância na maioria das indústrias portuguesas. É prática frequente os projectos de caldeiras possuírem apenas cálculos de materiais ou estruturais, nunca abordando as questões térmicas das mesmas. Neste contexto surge o presente trabalho que teve como principal objectivo estudar e modelar o comportamento térmico de uma caldeira alimentada a biomassa florestal. A caldeira em estudo é uma caldeira tubos de fumo com ante-fornalha, alimentada a biomassa e com pressão de funcionamento de 10 bar. A primeira parte do trabalho consistiu no levantamento de toda a informação relativa aos aspectos construtivos da caldeira e as condições de operação da mesma, através da consulta do seu projecto. O estudo do comportamento térmico da caldeira foi dividido em 2 partes: a modelação do comportamento térmico na ante-fornalha seguido da modelação do comportamento térmico do feixe tubular. Na ante fornalha admitiu-se que o calor seria transferido do gás para as paredes da mesma por convecção e por radiação, tendo-se utilizado o Método de Hottel para modelar a transferência de calor por radiação. No feixe tubular a transferência de calor por radiação foi desprezada, tendo-se considerado apenas transferência de calor por condução e convecção entre os gases quentes e a água. Os resultados obtidos mostram que, na ante-fornalha, o peso da potência transferida por radiação (96%) é muito superior à potência transferida por convecção (4%), tendo-se obtido os valores de 384,8 kW e de 16,0 kW para a potência térmica transferida por radiação e por convecção, respectivamente. O valor obtido para a temperatura dos gases na ante-fornalha foi de 1085 K. No feixe tubular a potência térmica transferida por convecção foi de 2559 kW tendo-se obtido o valor de 240ºC para a temperatura de exaustão dos gases pela chaminé. As perdas para o exterior foram estimadas em 1,5 %. O balanço global de energia à caldeira indicou um peso para a potência transferida por convecção de 86,3% e para a potência transferida por radiação de 13,6%. O rendimento da caldeira foi calculado pelo método das perdas tendo-se obtido o valor de 39%.

Evaluation of atmospheric deposition and patterns of polycyclic aromatic hydrocarbons in façades of historic monuments of Oporto (Portugal)

Atmospheric pollution by motor vehicles is considered a relevant source of damage to architectural heritage. Thus the aim of this work was to assess the atmospheric depositions and patterns of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in façades of historical monuments. Eighteen PAHs (16 PAHs considered by US EPA as priority pollutants, dibenzo[a,l]pyrene and benzo[j]fluoranthene) were determined in thin black layers collected from façades of two historical monuments: Hospital Santo António and Lapa Church (Oporto, Portugal). Scanning electron microscopy (SEM) was used for morphological and elemental characterisation of thin black layers; PAHs were quantified by microwave-assisted extraction combined with liquid chromatography (MAE-LC). The thickness of thin black layers were 80–110 μm and they contained significant levels of iron, sulfur, calcium and phosphorus. Total concentrations of 18 PAHs ranged from 7.74 to 147.92 ng/g (mean of 45.52 ng/g) in thin black layers of Hospital Santo António, giving a range three times lower than at Lapa Church (5.44– 429.26 ng/g; mean of 110.25 ng/g); four to six rings compounds accounted at both monuments approximately for 80–85% of ΣPAHs. The diagnostic ratios showed that traffic emissions were significant source of PAHs in thin black layers. Composition profiles of PAHs in thin black layers of both monuments were similar to those of ambient air, thus showing that air pollution has a significant impact on the conditions and stone decay of historical building façades. The obtained results confirm that historical monuments in urban areas act as passive repositories for air pollutants present in the surrounding atmosphere.

Analysis of temperature time-series: embedding dynamics into the MDS method

Global warming and the associated climate changes are being the subject of intensive research due to their major impact on social, economic and health aspects of the human life. Surface temperature time-series characterise Earth as a slow dynamics spatiotemporal system, evidencing long memory behaviour, typical of fractional order systems. Such phenomena are difficult to model and analyse, demanding for alternative approaches. This paper studies the complex correlations between global temperature time-series using the Multidimensional scaling (MDS) approach. MDS provides a graphical representation of the pattern of climatic similarities between regions around the globe. The similarities are quantified through two mathematical indices that correlate the monthly average temperatures observed in meteorological stations, over a given period of time. Furthermore, time dynamics is analysed by performing the MDS analysis over slices sampling the time series. MDS generates maps describing the stations’ locus in the perspective that, if they are perceived to be similar to each other, then they are placed on the map forming clusters. We show that MDS provides an intuitive and useful visual representation of the complex relationships that are present among temperature time-series, which are not perceived on traditional geographic maps. Moreover, MDS avoids sensitivity to the irregular distribution density of the meteorological stations.

Polycyclic aromatic hydrocarbons: levels and phase distributions in preschool microenvironment

This work aims to characterize levels and phase distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in indoor air of preschool environment and to assess the impact of outdoor PAH emissions to indoor environment. Gaseous and particulate (PM1 and PM2.5) PAHs (16 USEPA priority pollutants, plus dibenzo[a,l]pyrene, and benzo[j]fluoranthene) were concurrently sampled indoors and outdoors in one urban preschool located in north of Portugal for 35 days. The total concentration of 18 PAHs (ΣPAHs) in indoor air ranged from 19.5 to 82.0 ng/m3; gaseous compounds (range of 14.1–66.1 ng/m3) accounted for 85% ΣPAHs. Particulate PAHs (range 0.7–15.9 ng/m3) were predominantly associated with PM1 (76% particulate ΣPAHs) with 5-ring PAHs being the most abundant. Mean indoor/outdoor ratios (I/O) of individual PAHs indicated that outdoor emissions significantly contributed to PAH indoors; emissions from motor vehicles and fuel burning were the major sources.

Imparidades em inventários

Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Contabilidade e Finanças, sob orientação da Doutora Albertina Paula Monteiro Esta versão contém as críticas e sugestões dos elementos do júri.

Polycyclic aromatic hydrocarbons in gas and particulate phases of indoor environments influenced by tobacco smoke: levels, phase distributions, and health risks

As polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) have a negative impact on human health due to their mutagenic and/or carcinogenic properties, the objective of this work was to study the influence of tobacco smoke on levels and phase distribution of PAHs and to evaluate the associated health risks. The air samples were collected at two homes; 18 PAHs (the 16 PAHs considered by U.S. EPA as priority pollutants, dibenzo[a,l]pyrene and benzo[j]fluoranthene) were determined in gas phase and associated with thoracic (PM10) and respirable (PM2.5) particles. At home influenced by tobacco smoke the total concentrations of 18 PAHs in air ranged from 28.3 to 106 ngm 3 (mean of 66.7 25.4 ngm 3),∑PAHs being 95% higher than at the non-smoking one where the values ranged from 17.9 to 62.0 ngm 3 (mean of 34.5 16.5 ngm 3). On average 74% and 78% of ∑PAHs were present in gas phase at the smoking and non-smoking homes, respectively, demonstrating that adequate assessment of PAHs in air requires evaluation of PAHs in both gas and particulate phases. When influenced by tobacco smoke the health risks values were 3.5e3.6 times higher due to the exposure of PM10. The values of lifetime lung cancer risks were 4.1 10 3 and 1.7 10 3 for the smoking and nonsmoking homes, considerably exceeding the health-based guideline level at both homes also due to the contribution of outdoor traffic emissions. The results showed that evaluation of benzo[a]pyrene alone would probably underestimate the carcinogenic potential of the studied PAH mixtures; in total ten carcinogenic PAHs represented 36% and 32% of the gaseous ∑PAHs and in particulate phase they accounted for 75% and 71% of ∑PAHs at the smoking and non-smoking homes, respectively.

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.