Previsão de vento baseado em técnicas de Data Mining

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Estudo do reaproveitamento energético de ar quente numa Olaria

Como o sector cerâmico é um consumidor intensivo de energia, este trabalho teve como objectivo principal a elaboração de um plano de optimização do desempenho energético da olaria número três da Fábrica Cerâmica de Valadares. Para o efeito, efectuou-se o levantamento energético desta fracção autónoma. O valor total obtido para os ganhos térmicos foi de 8,7x107 kJ/dia, sendo 82% desta energia obtida na combustão do gás natural. Por outro lado, as perdas energéticas rondam os 8,2x107 kJ/dia, sendo o ar de exaustão e a envolvente os principais responsáveis, com um peso de 42 % e 38%, respectivamente. Tendo em conta estes valores, estudaram-se várias medidas de isolamento da cobertura, pavimento, paredes e saída de ar através de fendas do edifício. No caso do isolamento da cobertura sugeriu-se a substituição das telhas de fibrocimento e do isolamento actualmente existentes por painéis sandwich de cobertura. Esta acção permite uma poupança de 64.796€/ano, com um investimento de 57.029€ e o seu período de retorno de 0,9 anos. O Valor Actualizado Líquido (VAL) no 5º ano foi de 184.069€, com uma Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) de 92%. Para isolar o pavimento, sugeriu-se a utilização de placas de poliuretano expandido (PU) de 20mm de espessura. Assim, consegue-se uma poupança de 7.442 €/ano, com um investimento de 21.708€, e um tempo de retorno 2,9 anos. No final do 5º ano de vida útil do projecto, o VAL é de 4.070€ e a TIR 7%. Relativamente ao isolamento das paredes e pilares, sugeriu-se a utilização de placas de PU (30mm), recobertas com chapa de ferro galvanizado. O tempo de retorno do investimento é de 1,5 anos, uma vez que, o investimento é de 13.670€ e a poupança anual será de 9.183€. Esta solução apresenta no último ano um VAL de 12.835€ e uma TIR de 22%. No isolamento das fendas do edifício, sugeriu-se a redução de 20% da sua área livre. Esta medida de optimização implica um investimento de 8.000€, revelando-se suficientemente eficaz, pois apresenta um tempo de retorno de 0,67 anos. O VAL e a TIR da solução no último ano de vida útil do projecto de investimento são de 36.835€ e 35%, respectivamente. Por fim, sugeriu-se ainda a instalação de um sistema de controlo que visa o aproveitamento de ar quente proveniente do forno, instalado no piso inferior à olaria, para pré-aquecer o ar alimentado aos geradores de calor. Esta medida implicaria um investimento de 4.000€, com um tempo de retorno de 2,4 anos e uma poupança anual é de 1.686€. O investimento é aconselhável, já que, no 5º ano, o VAL é de 1.956€ e a TIR é de 17%.

Métodos construtivos de pontes

Para a construção de uma estrutura há diversos factores que influenciam a sua concepção, tais como o vão, a topografia do local, acessibilidades, os possíveis acidentes do terreno, como cursos de água ou a sua função. É de ressalvar ainda que o enquadramento paisagístico cada vez mais é tido em conta, embora não seja determinante para a sua função ou dimensionamento. Na construção de pontes existe uma grande variedade de métodos construtivos a usar variando estes com a dimensão da obra ou com a disponibilidade de equipamento por parte do empreiteiro. Cada vez mais deverá ser bem analisado o sistema a usar, uma vez que o custo do processo construtivo constitui uma percentagem elevada do valor final da obra, podendo ser reduzidos os custos pela escolha acertada do método. Com a presente dissertação pretende-se analisar os diferentes métodos construtivos existentes no mercado, sendo estes distinguidos entre sistemas com aplicação de préfabricação ou com betonagem in-situ, e ainda o processo a usar em função do vão a vencer.

Dermic diffusion and stratum corneum: a state of the art review of mathematical models

Transdermal biotechnologies are an ever increasing field of interest, due to the medical and pharmaceutical applications that they underlie. There are several mathematical models at use that permit a more inclusive vision of pure experimental data and even allow practical extrapolation for new dermal diffusion methodologies. However, they grasp a complex variety of theories and assumptions that allocate their use for specific situations. Models based on Fick's First Law found better use in contexts where scaled particle theory Models would be extensive in time-span but the reciprocal is also true, as context of transdermal diffusion of particular active compounds changes. This article reviews extensively the various theoretical methodologies for studying dermic diffusion in the rate limiting dermic barrier, the stratum corneum, and systematizes its characteristics, their proper context of application, advantages and limitations, as well as future perspectives.

Engineering real-time applications with WorldFIP: tools and analysis

WorldFIP is standardised as European Norm EN 50170 - General Purpose Field Communication System. Field communication systems (fieldbuses) started to be widely used as the communication support for distributed computer-controlled systems (DCCS), and are being used in all sorts of process control and manufacturing applications within different types of industries. There are several advantages in using fieldbuses as a replacement of for the traditional point-to-point links between sensors/actuators and computer-based control systems. Indeed they concern economical ones (cable savings) but, importantly, fieldbuses allow an increased decentralisation and distribution of the processing power over the field. Typically DCCS have real-time requirements that must be fulfilled. By this, we mean that process data must be transferred between network computing nodes within a maximum admissible time span. WorldFIP has very interesting mechanisms to schedule data transfers. It explicit distinguishes to types of traffic: periodic and aperiodic. In this paper we describe how WorldFIP handles these two types of traffic, and more importantly, we provide a comprehensive analysis for guaranteeing the real-time requirements of both types of traffic. A major contribution is made in the analysis of worst-case response time of aperiodic transfer requests.

Energy efficient scheduling for cluster-tree wireless sensor networks with time-bounded data flows: application to IEEE 802.15.4/ZigBee

Cluster scheduling and collision avoidance are crucial issues in large-scale cluster-tree Wireless Sensor Networks (WSNs). The paper presents a methodology that provides a Time Division Cluster Scheduling (TDCS) mechanism based on the cyclic extension of RCPS/TC (Resource Constrained Project Scheduling with Temporal Constraints) problem for a cluster-tree WSN, assuming bounded communication errors. The objective is to meet all end-to-end deadlines of a predefined set of time-bounded data flows while minimizing the energy consumption of the nodes by setting the TDCS period as long as possible. Sinceeach cluster is active only once during the period, the end-to-end delay of a given flow may span over several periods when there are the flows with opposite direction. The scheduling tool enables system designers to efficiently configure all required parameters of the IEEE 802.15.4/ZigBee beaconenabled cluster-tree WSNs in the network design time. The performance evaluation of thescheduling tool shows that the problems with dozens of nodes can be solved while using optimal solvers.

A wireless sensor network platform for structural health monitoring: enabling accurate and synchronized measurements through COTS+custom-based design

Structural health monitoring has long been identified as a prominent application of Wireless Sensor Networks (WSNs), as traditional wired-based solutions present some inherent limitations such as installation/maintenance cost, scalability and visual impact. Nevertheless, there is a lack of ready-to-use and off-the-shelf WSN technologies that are able to fulfill some most demanding requirements of these applications, which can span from critical physical infrastructures (e.g. bridges, tunnels, mines, energy grid) to historical buildings or even industrial machinery and vehicles. Low-power and low-cost yet extremely sensitive and accurate accelerometer and signal acquisition hardware and stringent time synchronization of all sensors data are just examples of the requirements imposed by most of these applications. This paper presents a prototype system for health monitoring of civil engineering structures that has been jointly conceived by a team of civil, and electrical and computer engineers. It merges the benefits of standard and off-the-shelf (COTS) hardware and communication technologies with a minimum set of custom-designed signal acquisition hardware that is mandatory to fulfill all application requirements.

Prescribed burning impact on forest soil properties – a fuzzy boolean nets approach

The Portuguese northern forests are often and severely affected by wildfires during the Summer season. These occurrences significantly affect and negatively impact all ecosystems, namely soil, fauna and flora. In order to reduce the occurrences of natural wildfires, some measures to control the availability of fuel mass are regularly implemented. Those preventive actions concern mainly prescribed burnings and vegetation pruning. This work reports on the impact of a prescribed burning on several forest soil properties, namely pH, soil moisture, organic matter content and iron content, by monitoring the soil self-recovery capabilities during a one year span. The experiments were carried out in soil cover over a natural site of Andaluzitic schist, in Gramelas, Caminha, Portugal, which was kept intact from prescribed burnings during a period of four years. Soil samples were collected from five plots at three different layers (0–3, 3–6 and 6–18) 1 day before prescribed fire and at regular intervals after the prescribed fire. This paper presents an approach where Fuzzy Boolean Nets (FBN) and Fuzzy reasoning are used to extract qualitative knowledge regarding the effect of prescribed fire burning on soil properties. FBN were chosen due to the scarcity on available quantitative data. The results showed that soil properties were affected by prescribed burning practice and were unable to recover their initial values after one year.

A qualitative description of soil parameters variation due to a prescribed fire in Portuguese northwestern forests using Fuzzy Boolean Nets — The case study of Cabreira mountain

In this paper we study the modifications that occurred in some forest soil properties after a prescribed fire. The research focused on the alterations of soil pH, soil moisture and soil organic matter content during a two-year span, from 2008 to 2009. The study site is located in Anjos, Vieira do Minho municipality, a forest site that has suffered from recurrent wildfires for several decades. Furze (Ulex, sp.), broom (Cytisus, sp.), gorse (Chamaespartum tridentatum) and a very few disperse adult pine (Pinus sylvestris) are the predominant vegetation type in the study area. The average height of this shrub vegetation is around 1.5 m. The prescribed fire was conducted by the National Forestry Authority (AFN) in November 2008. Fuzzy Boolean Nets (FBN) were used to evaluate the alteration in soil parameters when compared with adjacent spots where: i) no fire occurrence was registered since 1998; ii) fire occurrence was registered in 2008; and iii) vegetation pruning by mechanical cut was done in Spring six months prior to the prescribed fire event. Results suggest that in the particular case of the studied site, Anjos, the observed soil properties alterations cannot be related with the prescribed fire.

Impact of design options in zero energy building conception: the case of large buildings in Portugal

The new recast of Directive 2010/31/EU in order to implement the new concept NZEB in new buildings, is to be fully respected by all Member States, and is revealed as important measure to promote the reduction of energy consumption of buildings and encouraging the use of renewable energy. In this study, it was tested the applicability of the nearly zero energy building concept to a big size office building and its impact after a 50-years life cycle span.

Análise numérica e experimental de um modelo dinâmico da ponte ferroviária de Antuã

Mestrado em Engenharia Civil – Ramo Estruturas

Projeto de uma ponte atirantada rodoferroviária sobre o rio Lima, Viana do Castelo

Trabalho académico com o objetivo do autor desenvolver um estudo prévio e um projeto de uma travessia sobre o rio Lima, na cidade de Viana do Castelo constituída por uma ponte de tirantes rodoferroviária. O projeto académico visa, também, desenvolver e compreender: os conceitos básicos, as metodologias de conceção, e o funcionamento de estruturas desse género. O motivo principal da escolha do tema é a necessidade de uma alternativa à ponte Eiffel em Viana do Castelo, e juntando o facto de em Portugal não existir nenhuma obra de arte de tirantes rodoferroviária até ao presente, seria interessante estudar e projetar uma estrutura rodoferroviária de tirantes. Das diversas possibilidades de sistemas estruturais estudados, adotou-se uma ponte que acomodará 4 vias rodoviárias e 2 vias ferroviárias, com um desenvolvimento total de 660 metros, constituída por dois vãos laterais com 165 metros cada um, e com um vão central de 330 metros. A obra de arte será em semi-leque com dois planos de tirantes, ancorados a duas torres de betão em Y invertido de altura aproximadamente de 110 metros. O tabuleiro será duplo misto aço-betão, constituído por duas vigas trianguladas do tipo Warren, e por carlingas, afastadas entre si de 15 metros com secções tubulares metálicas de espessura variável. As carlingas ao nível superior suportam a laje de betão, que constitui a rodovia, e inferiormente, suportam outra laje de betão para a parte ferroviária. O trabalho inicia-se com o enquadramento conceptual geral da envolvente da obra de arte, seguidamente com apresentação da evolução histórica ao longo do tempo das pontes de tirantes, e à apresentação de algumas pontes rodoferroviárias de tirantes. É realizada uma análise preliminar, onde se estudam as restrições, as condicionantes, o local de implantação, e o sistema da configuração geométrica a adotar na conceção estrutural. São descritos todos os tipos de materiais, equipamentos a utilizar, bem como as suas características mecânicas necessárias para o cálculo estrutural. A quantificação das ações e das combinações de cálculo efetuaram-se de acordo com as normas em vigor nacionais e europeias, designadamente os Eurocódigos das várias especialidades e o Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes. Efetuou-se um pré-dimensionamento e uma otimização de vários sistemas estruturais possíveis de todos os elementos estruturais, tendo em conta variáveis de estudo como a economia e a resistência estrutural das secções, por forma a chegar à solução final. A estrutura foi discretizada e analisada num modelo estático tridimensional num programa de cálculo automático. A análise de resultados foi efetuada longitudinalmente para a verificação dos Estados Limites Últimos e Estados Limites de Utilização dos elementos estruturais que constituem a ponte. Foi ainda efetuada uma estimativa orçamental da ponte no rio Lima na cidade de Viana do Castelo.

Impacto das opções de conceção em edifícios zero energy o caso dos grandes edifícios de serviços

Atualmente, o parque edificado é responsável pelo consumo de 40% da energia total consumida em toda a União Europeia. As previsões apontam para o crescimento do sector da construção civil, nomeadamente a construção de edifícios, o que permite perspetivar um aumento do consumo de energia nesta área. Medidas importantes, como o lançamento da Diretiva 2010/31/EU do Parlamento Europeu e do Conselho de 19 de Maio de 2010 relativa ao desempenho energético dos edifícios, abrem caminho para a diminuição das necessidades energéticas e emissões de gases de efeito de estufa. Nela são apontados objetivos para aumentar a eficiência energética do parque edificado, tendo como objetivo que a partir de 2020 todos os novos edifícios sejam energeticamente eficientes e de balanço energético quase zero, com principal destaque para a compensação usando produção energética própria proveniente de fontes renováveis. Este novo requisito, denominado nearly zero energy building, apresenta-se como um novo incentivo no caminho para a sustentabilidade energética. As técnicas e tecnologias usadas na conceção dos edifícios terão um impacto positivo na análise de ciclo de vida, nomeadamente na minimização do impacto ambiental e na racionalização do consumo energético. Desta forma, pretendeu-se analisar a aplicabilidade do conceito nearly zero energy building a um grande edifício de serviços e o seu impacto em termos de ciclo de vida a 50 anos. Partindo da análise de alguns estudos sobre o consumo energético e sobre edifícios de balanço energético quase nulo já construídos em Portugal, desenvolveu-se uma análise de ciclo de vida para o caso de um edifício de serviços, da qual resultou um conjunto de propostas de otimização da sua eficiência energética e de captação de energias renováveis. As medidas apresentadas foram avaliadas com o auxílio de diferentes aplicações como DIALux, IES VE e o PVsyst, com o objetivo de verificar o seu impacto através da comparação com estado inicial de consumo energético do edifício. Nas condições iniciais, o resultado da análise de ciclo de vida do edifício a 50 anos no que respeita ao consumo energético e respetivas emissões de CO2 na fase de operação foi de 6 MWh/m2 e 1,62 t/m2, respetivamente. Com aplicação de medidas propostas de otimização, o consumo e as respetivas emissões de CO2 foram reduzidas para 5,2 MWh/m2 e 1,37 t/m2 respetivamente. Embora se tenha conseguido reduzir ao consumo com as medidas propostas de otimização de energia, chegou-se à conclusão que o sistema fotovoltaico dimensionado para fornecer energia ao edifício não consegue satisfazer as necessidades energéticas do edifício no final dos 50 anos.

Sistema financeiro e crescimento económico

Os resultados que a atual crise, iniciada em 2008, de cariz inicialmente financeira mas que teve, e tem, importantes repercursões na economia real a nivel mundial, tornaram protagonista a discussão sobre a possível relação entre o Sistema Financeiro e o Crescimento Económico. Os varios países afetados, em particular os países da União Europeia, têm reunido esforços para reformular as políticas económicas e financeiras como forma de recuperar as economias e evitar futuras crises. Os custos e efeitos da crise fizeram emergir vários estudos que põem em causa a correlação assumida como sempre positiva entre o desenvolvimento da vertente financeira e o crescimento da economia real que até aqui era tida como certa. O principal objetivo desta dissertação é analisar a forma como o rápido crescimento e uma sobredimensão do Setor Financeiro, motivado essencialmente pela desrugulação financeira e pelo boom financeiro registado a partir dos anos 90, podem influenciar o crescimento da economia real, fazendo emergir a tese da existência de um limiar a partir do qual o efeito das finanças no crescimento económico pode ser perverso. A literatura sobre a relação entre o Sistema Financeiro e o Crescimento Económico não é unívoca quanto ao sinal entre as duas vertentes, hevendo uma leitura recente em que a taxa de crescimento e a excessiva dimensão financeira, desviando demasiados recursos dos outros setores da economia, podem ser um entrave à sustentação do crescimento da economia real. Tentando confirmar ou infirmar a existência de um limiar de crescimento da economia real decorrente da vertente financeira (transmitido, sobretudo, pelo crédito ao setor privado e pelo emprego financeiro), foi feita uma análise econométrica, com dados em painel com base nos países da União Europeia no período de 1990 a 2010. Os resultados obtidos apontam para a confirmação da hipótese da existência de um limiar de crescimento, em particular a relação “parabólica” existente entre o Financiamento e o Crescimento. Adicionalmente, o estudo revela uma influência negativa dos gastos públicos sobre o crescimento.

O Papel da Memória de Trabalho na Perturbação do Desenvolvimento da Coordenação, em Crianças Com Diagnóstico de Perturbação de Hiperatividade e Défice de Atenção

Este estudo pretende (1) encontrar a prevalência da Perturbação do Desenvolvimento da Coordenação (PDC) em crianças com Perturbação de Hiperatividades e Défice de Atenção (PHDA); (2) analisar qual a prevalência de défices de memória de trabalho verbal e não-verbal, em crianças com PHDA e comparar o desempenho entre as crianças que só apresentam PHDA e aquelas que apresentam também PDC; (3) verificar se a ocorrência de PDC é agravada, de acordo com a presença ou ausência de alterações de memória de trabalho e se estas podem ser consideradas fatores de risco ou de proteção para a manifestação de PDC, enquanto comorbilidade de PHDA. Foram selecionadas 37 crianças com diagnóstico de PHDA, com idades compreendidas entre os 7 e os 14 anos. A componente motora foi avaliado com a versão curta do Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency (BOTMP) e o Questionário de Perturbação do Desenvolvimento da Coordenação 2007 (DCDQ’07); a memória de trabalho foi avaliada através da Figura Complexa de Rey, Trail Making Test - parte B e Memória de Dígitos – sentido inverso. Para determinar o impacto da memória de trabalho na componente motora, recorreu-se a uma regressão logística. Encontrou-se uma prevalência de PDC de 51% e de défices ao nível da memória de trabalho verbal e não-verbal de 60% e 80%, respetivamente, para a amostra total de crianças com PHDA. A terapêutica farmacológica para a PHDA revelou-se fator protetor para a manifestação de PDC, principalmente quando a primeira se encontra associada com o nascimento de termo. Um mau desempenho no teste Memória de Dígitos – sentido inverso é fator de risco para a manifestação de PDC, em crianças com PHDA. Este estudo permitiu verificar que crianças com PHDA+PDC apresentam défices motores genuínos, característicos de manifestação de PDC. Parecem também existir relações bastante complexas entre a memória de trabalho e os mecanismos de controlo motor na PHDA, sendo que estes podem ser distintos quando está presente uma comorbilidade de PDC.