Projeto e implementação de um pré-regulador de fator de potência com controlo digital

Hoje em dia as fontes de alimentação possuem correção do fator de potência, devido às diversas normas regulamentares existentes, que introduziram grandes restrições no que respeita à distorção harmónica (THD) e fator de potência (FP). Este trabalho trata da análise, desenvolvimento e implementação de um Pré-Regulador de fator de potência com controlo digital. O controlo digital de conversores com recurso a processamento digital de sinal tem vindo a ser ao longo dos últimos anos, objeto de investigação e desenvolvimento, estando constantemente a surgirem modificações nas topologias existentes. Esta dissertação tem como objetivo estudar e implementar um Pré-Regulador Retificador Boost e o respetivo controlo digital. O controlo do conversor é feito através da técnica dos valores médios instantâneos da corrente de entrada, desenvolvido através da linguagem de descrição de hardware VHDL (VHSIC HDL – Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) e implementado num dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array) Spartan-3E. Neste trabalho são apresentadas análises matemáticas, para a obtenção das funções de transferência pertinentes ao projeto dos controladores. Para efetuar este controlo é necessário adquirir os sinais da corrente de entrada, tensão de entrada e tensão de saída. O sinal resultante do módulo de controlo é um sinal de PWM com valor de fator de ciclo variável ao longo do tempo. O projeto é simulado e validado através da plataforma MatLab/Simulink e PSIM, onde são apresentados resultados para o regime permanente e para transitórios da carga e da tensão de alimentação. Finalmente, o Pré-Regulador Retificador Boost controlado de forma digital é implementado em laboratório. Os resultados experimentais são apresentados para validar a metodologia e o projeto desenvolvidos.

Sustainability and economic evaluation of microalgae grown in brewery wastewater

This article evaluates the sustainability and economic potential of microalgae grown in brewery wastewater for biodiesel and biomass production. Three sustainability and two economic indicators were considered in the evaluation within a life cycle perspective. For the production system the most efficient process units were selected. Results show that harvesting and oil separation are the main process bottlenecks. Microalgae with higher lipid content and productivity are desirable for biodiesel production, although comparable to other biofuel’s feedstock concerning sustainability. However, improvements are still needed to reach the performance level of fossil diesel. Profitability reaches a limit for larger cultivation areas, being higher when extracted biomass is sold together with microalgae oil, in which case the influence of lipid content and areal productivity is smaller. The values of oil and/or biomass prices calculated to ensure that the process is economically sound are still very high compared with other fuel options, especially biodiesel.

Energy resource scheduling considering reactive power management

The reactive power management is an important task in future power systems. The control of reactive power allows the increase of distributed energy resources penetration as well as the optimal operation of distribution networks. Currently, the control of reactive power is only controlled in large power units and in high and very high voltage substations. In this paper a reactive power control in smart grids paradigm is proposed, considering the management of distributed energy resources and of the distribution network by an aggregator namely Virtual Power Player (VPP).

Validade e fiabilidade da versão portuguesa do Stroke Aphasic Depression Questionnaire-21

O objectivo deste estudo é determinar as propriedades psicométricas da versão portuguesa do Stroke Aphasic Depression Questionnaire-21 (SADQ-21). Envolveu 120 sujeitos, 33 dos quais com afasia. Os resultados demonstraram que o SADQ-21 revela uma consistência interna muito elevada (α=0,87). A validade de construção identificou cinco domínios. A variância total explicada pelos factores foi elevada (65,85%). A correlação entre a medida de ouro e o SADQ-21 é estatisticamente significativa (p<0,05). Os indivíduos com afasia estão significativamente mais deprimidos que os sem afasia (p=0,0001). Conclui-se que o SADQ-21 é um instrumento adequado para a avaliação da sintomatologia depressiva em pessoas com afasia.

Avaliação e substituição de produtos químicos no sector BOF da Swedwood Portugal

A crescente preocupação com aspectos ambientais tornou-se uma questão incontornável para as empresas. Assim, a legislação aplicável obriga a maior controlo de qualquer tipo de perigo que ponha em causa a saúde humana ou o ambiente. Deste modo, a Swedwood Portugal é obrigada a implementar algumas medidas de controlo dos produtos químicos. Assim, os objectivos deste estágio curricular fundamentamse em identificar, avaliar e substituir ou minimizar os impactos dos produtos químicos (PQ’s) que, de acordo com especificações REACH (Regulamento da Comissão Europeia, relativo a Registo, Avaliação, Autorização e restrição de substâncias Químicas) e da Swedwood Internacional não podem ser utilizados. Como tal, o trabalho descrito nesta dissertação foi dividido em várias etapas. A primeira etapa consistiu em identificar todos os PQ’s utilizados no sector Board On Frame (BOF) da Swedwood Portugal. Feito este inventário, foi então criada uma base de dados em formato Microsoft Office Access que permitiu compilar a informação mais relevante dos PQ’s, para uma consulta mais simples e expedita, substituindo a já existente e desactualizada base de dados de PQ’s em formato Microsoft Office Excel. No total foram inventariados 243 PQ’s. Contudo, não foi possível obter as Fichas de Segurança de todos e, por isso, apenas 185 foram registados na base de dados. Estes 185 PQ’s existentes no sector BOF da Swedwood Portugal, foram submetidos a uma avaliação das substâncias que os compõem de acordo com uma ferramenta informática criada pela Swedwood Internacional – Substitution Evaluation Key (SEK). Esta ferramenta usa três listas europeias de substâncias químicas que permitem a avaliação de produtos químicos indirectos: Substances of Very High Concern (SVHC) da Agência Europeia de Produtos Químicos (ECHA), Substitute It Now (SIN) da ChemSec (Organização sueca dedicada ao ambiente) e PRIO da Agência Sueca de Produtos Químicos (Kemi). As três listas incluem substâncias de carácter de tal forma perigoso que a sua utilização deve ser restringida ou até eliminada. Logo, os PQ’s indirectos que contenham substâncias presentes em, pelo menos, uma destas listas devem ser imediatamente substituídos por outros cuja avaliação seja positiva. Por outro lado, para produtos químicos directos, as restrições encontram-se numa especificação imposta pela IKEA, IOS-MAT-0066. Concluída a avaliação, foi então necessário encontrar alternativas viáveis aos PQ’s avaliados negativamente. Como tal, a primeira abordagem consistiu em contactar os fabricantes dos PQ’s a substituir de modo a que estes pudessem apresentar as suas próprias alternativas. Caso estes não apresentassem alternativas viáveis, então contactarse- iam novos fornecedores. Dos 185 PQ’s registados na base de dados e avaliados, 30 produtos químicos indirectos existentes nas fábricas não obedeciam aos critérios impostos pela SEK, estando os produtos químicos directos todos de acordo com as imposições da IOS-MAT-0066. Os 30 PQ’s indirectos do Sector BOF da Swedwood Portugal que incluem as substâncias químicas com carácter perigoso apresentam características Cancerígenas, Mutagénicas e tóxicas para a Reprodução (CMR), irritantes e/ou sensibilizantes e perigosas, a longo prazo, para o ambiente. Para estes PQ’s foram apresentadas alternativas viáveis no que concerne a impactos para a saúde ou para o ambiente e os respectivos custos associados (admitindo quantidades mínimas vendidas). Contudo, não foi possível em tempo útil testar estas alternativas no funcionamento da empresa de modo a avaliar a sua eficiência técnica.

Software de apoio à implementação de sistemas híbridos de produção de energia eléctrica baseados em energias renováveis

O aumento da população Mundial, particularmente em Países emergentes como é o caso da China e da Índia, tem-se relevado um problema adicional no que confere às dificuldades associadas ao consumo mundial de energia, pois esta situação limita inequivocamente o acesso destes milhões de pessoas à energia eléctrica para os bens básicos de sobrevivência. Uma das muitas formas de se extinguir esta necessidade, começa a ser desenvolvida recorrendo ao uso de recursos renováveis como fontes de energia. Independentemente do local do mundo onde nos encontremos, essas fontes de energia são abundantes, inesgotáveis e gratuitas. O problema reside na forma como esses recursos renováveis são geridos em função das solicitações de carga que as instalações necessitam. Sistemas híbridos podem ser usados para produzir energia em qualquer parte do mundo. Historicamente este tipo de sistemas eram aplicados em locais isolados, mas nos dias que correm podem ser usados directamente conectados à rede, permitindo que se realize a venda de energia. Foi neste contexto que esta tese foi desenvolvida, com o objectivo de disponibilizar uma ferramenta informática capaz de calcular a rentabilidade de um sistema híbrido ligado à rede ou isolado. Contudo, a complexidade deste problema é muito elevada, pois existe uma extensa panóplia de características e distintos equipamentos que se pode adoptar. Assim, a aplicação informática desenvolvida teve de ser limitada e restringida aos dados disponíveis de forma a poder tornar-se genérica, mas ao mesmo tempo permitir ter uma aplicabilidade prática. O objectivo da ferramenta informática desenvolvida é apresentar de forma imediata os custos da implementação que um sistema híbrido pode acarretar, dependendo apenas de três variáveis distintas. A primeira variável terá de ter em consideração o local de instalação do sistema. Em segundo lugar é o tipo de ligação (isolado ou ligado à rede) e, por fim, o custo dos equipamentos (eólico, solar e restantes componentes) que serão introduzidos. Após a inserção destes dados a aplicação informática apresenta valores estimados de Payback e VAL.

Impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios

Este trabalho surgiu do âmbito da Tese de Dissertação do Mestrado em Energias Sustentáveis do Instituto Superior de Engenharia do Porto, tendo o acompanhamento dos orientadores da empresa Laboratório Ecotermolab do Instituto de Soldadura e Qualidade e do Instituto Superior de Engenharia do Porto, de forma a garantir a linha traçada indo de acordo aos objectivos propostos. A presente tese abordou o estudo do impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios, tendo como base de apoio à análise a simulação dinâmica do edifício em condições reais num programa adequado, acreditado pela norma ASHRAE 140-2004. Este trabalho pretendeu evidenciar qual o impacto da influência do ar novo na climatização de um edifício com a conjugação de vários factores, tais como, ocupação, actividades e padrões de utilização (horários), iluminação e equipamentos, estudando ainda a possibilidade do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. O princípio partiu fundamentalmente por determinar até que ponto se pode climatizar recorrendo único e exclusivamente à introdução de ar novo em regime de “Free-Cooling”, através de um sistema tudo-ar de Volume de Ar Variável - VAV, sem o apoio de qualquer outro sistema de climatização auxiliar localizado no espaço, respeitando os caudais mínimos impostos pelo RSECE (Decreto-Lei 79/2006). Numa primeira fase foram identificados todos os dados relativos à determinação das cargas térmicas do edifício, tendo em conta todos os factores e contributos alusivos ao valor da carga térmica, tais como a transmissão de calor e seus constituintes, a iluminação, a ventilação, o uso de equipamentos e os níveis de ocupação. Consequentemente foram elaboradas diversas simulações dinâmicas com o recurso ao programa EnergyPlus integrado no DesignBuilder, conjugando variáveis desde as envolventes à própria arquitectura, perfis de utilização ocupacional, equipamentos e taxas de renovação de ar nos diferentes espaços do edifício em estudo. Obtiveram-se vários modelos de forma a promover um estudo comparativo e aprofundado que permitisse determinar o impacto do ar novo na climatização do edifício, perspectivando a capacidade funcional do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. Deste modo, a análise e comparação dos dados obtidos permitiram chegar às seguintes conclusões: Tendo em consideração que para necessidades de arrefecimento bastante elevadas, o “Free-Cooling” diurno revelou-se pouco eficaz ou quase nulo, para o tipo de clima verificado em Portugal, pois o diferencial de temperatura existente entre o exterior e o interior não é suficiente de modo a tornar possível a remoção das cargas de forma a baixar a temperatura interior para o intervalo de conforto. Em relação ao “Free-Cooling” em horário nocturno ou pós-laboral, este revelou-se bem mais eficiente. Obtiveram-se prestações muito interessantes sobretudo durante as estações de aquecimento e meia-estação, tendo em consideração o facto de existir necessidades de arrefecimento mesmo durante a estação de aquecimento. Referente à ventilação nocturna, isto é, em períodos de madrugada e fecho do edifício, concluiu-se que tal contribui para um abaixamento do calor acumulado durante o dia nos materiais construtivos do edifício e que é libertado ou restituído posteriormente para os espaços em períodos mais tardios. De entre as seguintes variáveis, aumento de caudal de ar novo insuflado e o diferencial de temperatura existente entre o ar exterior e interior, ficou demonstrado que este último teria maior peso contributivo na remoção do calor. Por fim, é ponto assente que de um modo geral, um sistema de climatização será sempre indispensável devido a cargas internas elevadas, requisitos interiores de temperatura e humidade, sendo no entanto aconselhado o “Free- Cooling” como um opção viável a incorporar na solução de climatização, de forma a promover o arrefecimento natural, a redução do consumo energético e a introdução activa de ar novo.

Building a microscope for the data center

Managing the physical and compute infrastructure of a large data center is an embodiment of a Cyber-Physical System (CPS). The physical parameters of the data center (such as power, temperature, pressure, humidity) are tightly coupled with computations, even more so in upcoming data centers, where the location of workloads can vary substantially due, for example, to workloads being moved in a cloud infrastructure hosted in the data center. In this paper, we describe a data collection and distribution architecture that enables gathering physical parameters of a large data center at a very high temporal and spatial resolutionof the sensor measurements. We think this is an important characteristic to enable more accurate heat-flow models of the data center andwith them, _and opportunities to optimize energy consumption. Havinga high resolution picture of the data center conditions, also enables minimizing local hotspots, perform more accurate predictive maintenance (pending failures in cooling and other infrastructure equipment can be more promptly detected) and more accurate billing. We detail this architecture and define the structure of the underlying messaging system that is used to collect and distribute the data. Finally, we show the results of a preliminary study of a typical data center radio environment.

Efficient computation of min and max sensor values in multihop networks

Consider a wireless sensor network (WSN) where a broadcast from a sensor node does not reach all sensor nodes in the network; such networks are often called multihop networks. Sensor nodes take individual sensor readings, however, in many cases, it is relevant to compute aggregated quantities of these readings. In fact, the minimum and maximum of all sensor readings at an instant are often interesting because they indicate abnormal behavior, for example if the maximum temperature is very high then it may be that a fire has broken out. In this context, we propose an algorithm for computing the min or max of sensor readings in a multihop network. This algorithm has the particularly interesting property of having a time complexity that does not depend on the number of sensor nodes; only the network diameter and the range of the value domain of sensor readings matter.

Exploiting a prioritized MAC protocol to efficiently compute min and max in multihop networks

Consider a wireless sensor network (WSN) where a broadcast from a sensor node does not reach all sensor nodes in the network; such networks are often called multihop networks. Sensor nodes take sensor readings but individual sensor readings are not very important. It is important however to compute aggregated quantities of these sensor readings. The minimum and maximum of all sensor readings at an instant are often interesting because they indicate abnormal behavior, for example if the maximum temperature is very high then it may be that a fire has broken out. We propose an algorithm for computing the min or max of sensor reading in a multihop network. This algorithm has the particularly interesting property of having a time complexity that does not depend on the number of sensor nodes; only the network diameter and the range of the value domain of sensor readings matter.

Diagnóstico de funcionamento e otimização das ETARs do concelho da Póvoa de Varzim

O tratamento das águas residuais é uma matéria de extrema importância para o município da Póvoa de Varzim, não só por uma questão de saúde pública e conservação do meio ambiente como também pela vertente turística deste concelho, que tem na sua orla costeira seis praias às quais foram atribuídas bandeiras azuis pela sua qualidade. O concelho da Póvoa de Varzim engloba doze freguesias e possui quinze estações de tratamento de águas residuais (ETARs), sendo catorze delas compactas. O seu controlo é assegurado pela divisão de saneamento básico da câmara municipal da Póvoa de Varzim. O objetivo deste trabalho foi o diagnóstico de funcionamento das ETARs do município tendo em vista a identificação dos problemas existentes e a sua resolução/otimização. De forma a poder identificar o princípio de funcionamento e a presença de anomalias nas estações de tratamento, foram realizadas várias visitas a cada uma delas ao longo do período de estágio. A recolha de amostras para análises dos diferentes parâmetros foi feita por um funcionário e estas foram enviadas para o laboratório com parceria com a Câmara Municipal. Após uma extensa recolha de informação no local e de um estudo exaustivo de toda a documentação associada a cada ETAR concluiu-se que apenas quatro delas apresentavam problemas revelantes. As ETARs do parque industrial de Laúndos e do centro histórico de Rates apresentam caudais de admissão bastante elevados devido à descarga pontual de camiões cisterna o que faz com que o tratamento não seja eficaz. Como solução sugeriu-se a construção de um tanque de equalização em ambas as ETARs, com agitador e regulador de caudal, de forma a garantir, respetivamente, a mistura e uniformização das águas residuais domésticas e industriais e que apenas será bombeado o caudal adequado para tratamento. As ETARs da Incondave e das Fontaínhas apresentam sobretudo anomalias a nível do equipamento, o que leva a um mau desempenho da instalação. Aconselhou-se o conserto dos equipamentos danificados e uma inspeção mais frequente das instalações para que mal ocorra uma avaria, esta seja reparada o mais depressa possível. O estágio na câmara municipal da Póvoa de Varzim (CMPV) teve a duração de 10 meses, entre Outubro e Julho de 2012 e foi realizado no âmbito da disciplina de dissertação/ estágio do mestrado de tecnologias de proteção ambiental no Instituto Superior de Engenharia do Porto. Este estágio foi uma mais-valia para mim na medida em que pude consolidar os conhecimentos adquiridos ao longo de todo o meu percurso académico e conhecer a realidade do mercado de trabalho.

Siderophore Production by Bacillus megaterium: Effect of Growth Phase and Cultural Conditions

Siderophore production by Bacillus megaterium was detected, in an iron-deficient culture medium, during the exponential growth phase, prior to the sporulation, in the presence of glucose; these results suggested that the onset of siderophore production did not require glucose depletion and was not related with the sporulation. The siderophore production by B. megaterium was affected by the carbon source used. The growth on glycerol promoted the very high siderophore production (1,182 μmol g−1 dry weight biomass); the opposite effect was observed in the presence of mannose (251 μmol g−1 dry weight biomass). The growth in the presence of fructose, galactose, glucose, lactose, maltose or sucrose, originated similar concentrations of siderophore (546–842 μmol g−1 dry weight biomass). Aeration had a positive effect on the production of siderophore. Incubation of B. megaterium under static conditions delayed and reduced the growth and the production of siderophore, compared with the incubation in stirred conditions.

Autoconsumo fotovoltaico, um elemento de eficiência energética. Caso de estudo: ISEP

Mestrado em Energias Sustentáveis

Estudo da influência de variáveis do processo de corte em ‘wafers’ para semicondutores nas avarias eléctricas devidas a ‘curling’

Mestrado em Engenharia Mecânica - Materiais e Tecnologias de Fabrico

Avaliação e Otimização Energética das Fornalhas da Fábrica de Aromáticos

O consumo energético verificado nas refinarias petrolíferas é muito elevado, sendo as fornalhas os equipamentos que mais contribuem para esse consumo. Neste estudo foi efetuada uma avaliação e otimização energética às fornalhas da Fábrica de Aromáticos da Refinaria de Matosinhos. Numa primeira fase foi efetuado um levantamento exaustivo de dados de todas as correntes de entrada e saída dos equipamentos para posteriormente efetuar os balanços de massa e energia a cada uma das fornalhas. Os dados relativos ao levantamento compreenderam dois períodos de funcionamento distintos da unidade fabril, o período de funcionamento normal e o período relativo ao arranque. O período de funcionamento normal foi relativo ao ano de 2012 entre os meses de janeiro a setembro, por sua vez o período de arranque foi de dezembro de 2012 a março de 2013. Na segunda fase foram realizados os balanços de massa e energia quantificando todas as correntes de entrada e saída das fornalhas em termos mássicos e energéticos permitindo o cálculo do rendimento térmico das fornalhas para avaliar a sua performance. A avaliação energética permitiu concluir que existe um consumo maior de energia proveniente da combustão do Fuel Gás do que do Fuel Óleo, tanto no período de funcionamento normal como no arranque. As fornalhas H0101, H0301 e a H0471 possuem os consumos mais elevados, sendo responsáveis por mais de 70% do consumo da Fábrica de Aromáticos. Na terceira fase foram enunciadas duas medidas para a otimização energética das três fornalhas mais consumidoras de energia, a limpeza mensal e o uso exclusivo de Fuel Gás como combustível. As poupanças energéticas obtidas para uma limpeza mensal foram de 0,3% na fornalha H0101, 0,7% na fornalha H0301 e uma poupança de 0,9 % na fornalha H0471. Para o uso exclusivo de Fuel Gás obteve-se uma poupança de 0,9% na fornalha H0101 e uma poupança de 1,3% nas fornalhas H0301 e H0471. A análise económica efetuada à sugestão de alteração do combustível mostra que os custos de operação sofrerão um aumento anual de 621 679 €. Apesar do aumento dos custos, a redução na emissão de 24% de dióxido de carbono, poderá justificar este aumento na despesa.