A remote engineering solution for automating a roller hearth kiln

Remote engineering (also known as online engineering) may be defined as a combination of control engineering and telematics. In this area, specific activities require computacional skills in order to develop projects where electrical devives are monitored and / or controlled, in an intercative way, through a distributed network (e.g. Intranet or Internet). In our specific case, we will be dealing with an industrial plant. Within the last few years, there has been an increase in the number of activities related to remote engineering, which may be connected to the phenomenon of the large extension experienced by the Internet (e.g. bandwith, number of users, development tools, etc.). This increase opens new and future possibilities to the implementation of advance teleworking (or e-working) positions. In this paper we present the architecture for a remote application, accessible through the Internet, able to monitor and control a roller hearth kiln, used in a ceramics industry for firing materials. The proposed architecture is based on a micro web server, whose main function is to monitor and control the firing process, by reading the data from a series of temperature sensors and by controlling a series of electronic valves and servo motors. This solution is also intended to be a low-cost alternative to other potential solutions. The temperature readings are obtained through K-type thermopairs and the gas flow is controlled through electrovalves. As the firing process should not be stopped before its complete end, the system is equipped with a safety device for that specific purpose. For better understanding the system to be automated and its operation we decided to develop a scale model (100:1) and experiment on it the devised solution, based on a Micro Web Server.

Caracterización y determinación del proceso para la producción de cal comercial a partir de la piedra caliza

La cal es un material producido a partir de la calcinación de la roca caliza y tiene diversas utilidades en el mundo de la industria como la siderúrgica, papelera, alimentaria, en la construcción, entre otras. Es fundamental conocer todas las características de la caliza para poder determinar su grado de calcinación. Con el presente trabajo se pretende estudiar las propiedades de la caliza para su posterior calcinación y el dimensionamiento de una planta de producción de cal desde que el mineral llega de la explotación hasta que sale al mercado. Para determinar los equipos se calcularon sus dimensiones para una producción de 600 t/h de cal, sabiendo que la planta principal de machaqueo solo trabajará 5 días de la semana en jornadas de 8 horas, mientras que a partir del horno de calcinación estará en funcionamiento los 7 días de la semana, 24 horas al día. A partir de esas consideraciones se obtienen las dimensiones de todos los equipos y se realiza un estudio para la elección de un horno, o un horno de eje vertical y un horno rotativo, así como el combustible empleado, ya que es una parte fundamental para determinar los costes para la producción de cal. También fue objeto de este trabajo, el estudio ambiental de la instalación de la planta, en función de la mezcla de combustible empleada y del impacto en el entorno de la misma, así como un estudio de viabilidad de la planta, estimando unos costes de la misma y un precio de mercado “ex‐Works”.

Caracterización y determinación del proceso para la producción de cal comercial a partir de la piedra caliza

La cal es un material producido a partir de la calcinación de la roca caliza y tiene diversas utilidades en el mundo de la industria como la siderúrgica, papelera, alimentaria, en la construcción, entre otras. Es fundamental conocer todas las características de la caliza para poder determinar su grado de calcinación. Con el presente trabajo se pretende estudiar las propriedades de la caliza para su posterior calcinación y el dimensionamento de una planta de producción de cal desde que el mineral llega de la explotación hasta que sale al mercado.Para determinar los equipos se calularon sus dimensiones para una producción de 600 t/h de cal, sabiendo que la planta principal de machaquero solo trabajará 5 días de la semana en jornadas de 8 horas, mientras que a partir del horno de calcinación estará en funcionamento los 7 dias de la semana, 24 horas al día. A partir de esas consideraciones se obtienen las dimensiones de todos los equipos y se realiza un estudio para la elección de un horno, o un horno de eje vertical y un horno rotativo, así como el combustible empleado, ya que es una parte fundamental para determinar los costes para la producción de cal.Tmbién fue objeto de este trabajo, el estudio ambiental de la instalación de la planta, en función de la mezcla de combustible empleada y del impacto en el entorno de la lisma, así como un estudio de viabilidad de la planta, estimando unos costes de la misma y un precio de mercado "ex Works".

Contribuição para o estudo da combinação de cal com cimento no tratamento de solos

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente

Optimização do tratamento de um efluente aquoso resultante da utilização de cola nas máquinas de produção de placas de madeira

O presente trabalho teve como principais objectivos, estudar e optimizar o processo de tratamento do efluente proveniente das máquinas da unidade Cold-press da linha de produção da Empresa Swedwood, caracterizar a solução límpida obtida no tratamento e estudar a sua integração no processo, e por fim caracterizar o resíduo de pasta de cola obtido no tratamento e estudar a possível valorização energética deste resíduo. Após caracterização inicial do efluente e de acordo com os resultados de um estudo prévio solicitado pela Empresa Swedwood a uma empresa externa, decidiu-se iniciar o estudo de tratabilidade do efluente pelo processo físico-químico a coagulação/floculação. No processo de coagulação/floculação estudou-se a aplicabilidade, através de ensaios Jar-test, dos diferentes agentes de coagulação/floculação: a soda cáustica, a cal, o cloreto férrico e o sulfato de alumínio. Os melhores resultados neste processo foram obtidos com a adição de uma dose de cal de 500 mg/Lefluente, seguida da adição de 400 mg/Lefluente de sulfato de alumínio. Contudo, após este tratamento o clarificado obtido não possuía as características necessárias para a sua reintrodução no processo fabril nem para a sua descarga em meio hídrico. Deste modo procedeu-se ao estudo de tratamentos complementares. Nesta segunda fases de estudo testaram-se os seguintes os tratamentos: a oxidação química por Reagente de Fenton, o tratamento biológico por SBR (sequencing batch reactor) e o leito percolador. Da análise dos resultados obtidos nos diferentes tratamentos conclui-se que o tratamento mais eficaz foi o tratamento biológico por SBR com adição de carvão activado. Prevê-se que no final do processo de tratamento o clarificado obtido possa ser descarregado em meio hídrico ou reintroduzido no processo. Como o estudo apenas foi desenvolvido à escala laboratorial, seria útil poder validar os resultados numa escala piloto antes da sua implementação industrial. A partir dos resultados do estudo experimental, procedeu-se ao dimensionamento de uma unidade de tratamento físico-químico e biológico à escala industrial para o tratamento de 20 m3 de efluente produzido na fábrica, numa semana. Dimensionou-se ainda a unidade (leito de secagem) para tratamento das lamas produzidas. Na unidade de tratamento físico-químico (coagulação/floculação) os decantadores estáticos devem possuir o volume útil de 4,8 m3. Sendo necessários semanalmente 36 L da suspensão de cal (Neutrolac 300) e 12,3 L da solução de sulfato de alumínio a 8,3%. Os tanques de armazenamento destes compostos devem possuir 43,2 litros e 96 litros, respectivamente. Nesta unidade estimou-se que são produzidos diariamente 1,4 m3 de lamas. Na unidade de tratamento biológico o reactor biológico deve possuir um volume útil de 6 m3. Para que este processo seja eficaz é necessário fornecer diariamente 2,1 kg de oxigénio. Estima-se que neste processo será necessário efectuar a purga de 325 litros de lamas semanalmente. No final da purga repõe-se o carvão activado, que poderá ser arrastado juntamente com as lamas, adicionando-se 100 mg de carvão por litro de licor misto. De acordo com o volume de lamas produzidos em ambos os tratamentos a área mínima necessária para o leito de secagem é de cerca de 27 m2. A análise económica efectuada mostra que a aquisição do equipamento tem o custo de 22.079,50 euros, o custo dos reagentes necessários neste processo para um ano de funcionamento tem um custo total de 508,50 euros e as necessidades energéticas de 2.008,45 euros.

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%.

Análise de metais em infusões de chás e ervas aromáticas por espectrofotometria de absorção atómica de alta resolução com fonte contínua

Actualmente tem-se verificado um grande aumento na procura e a utilização de produtos naturais contendo extractos de algas, com fins medicinais, sendo cada vez maior a diversidade de oferta desses produtos, vendidos em ervanária e afins. A bibliografia tem mostrado que as algas têm capacidade de acumulação de metais pesados. As algas, sendo organismos aquáticos, estão sujeitas a contaminações dos locais (não identificados) de onde provêm. O controlo e fiscalização para estes produtos é praticamente inexistente. O objectivo deste projecto foi o desenvolvimento de metodologias analíticas com vista à quantificação de metais em infusões de chás e ervas aromáticas. Foram analisadas 9 amostras: uma de chá verde, uma de chá preto, uma infusão de lima, uma de camomila, uma mistura de chá com ervas e quatro misturas contendo algas. A espectrofotometria de absorção atómica é o método de referência para a análise de metais. Neste trabalho foi utilizado um espectrofotómetro de absorção atómica com fonte de radiação contínua e monocromador de alta resolução. Sendo esta uma tecnologia inovadora foi necessário desenvolver metodologias para os métodos de análise. A atomização em chama foi a técnica utilizada para a quantificação do cálcio, potássio, magnésio, manganês e sódio. A atomização electrotérmica foi usada para o cádmio, cobalto, crómio, cobre, níquel e chumbo. Tendo em conta os limites legislados (Decreto-Lei Nº306/2007 de 27 de Agosto) obtiveram-se teores preocupantes para o níquel (iguais ou superiores ao limite legislado) em todas as amostras analisadas e para o manganês em duas das amostras (chá verde e chá preto). Todas as amostras contendo algas apresentaram teores de Ca, Mg e Na superiores aos das restantes. Para os restantes elementos não foi possível relacionar as concentrações com a composição das infusões, em particular a presença de algas.

Estudos de formulação de solo‐cimento e solo‐cal e respectivas aplicações

Este trabalho teve como objectivo descrever os aspectos mais relevantes, ligados ao tratamento de solos com cimento e ao melhoramento de solos com cal, com um destaque particular para a aplicação das técnicas num contexto de obras rodoviárias. Pretende‐se também, descrever a metodologia dos estudos de formulação em laboratório cujo objectivo é optimizar a percentagem de ligante hidráulico a utilizar no melhoramento ou tratamento dos solos. É também objectivo, descrever a aplicação das referidas técnicas em contexto de obra, bem como o controlo da qualidade das mesmas. Os casos práticos apresentados neste trabalho referem‐se a duas obras realizadas pela empresa Mota‐Engil, sendo que a soluçãorelacionada com o tratamento de solos com cimento foi aplicada numa obra rodoviária em regime de concessão na zona norte do país, enquanto que a solução de melhoramento de solos com cal foi aplicada numa obra aeroportuária localizada no aeroporto de Lisboa.

Thermodynamic pathway for the formation of SnSe and SnSe2 polycrystalline thin films by selenization of metal precursors

In this work, tin selenide thin films (SnSex) were grown on soda lime glass substrates by selenization of dc magnetron sputtered Sn metallic precursors. Selenization was performed at maximum temperatures in the range 300 °C to 570 °C. The thickness and the composition of the films were analysed using step profilometry and energy dispersive spectroscopy, respectively. The films were structurally and optically investigated by X-ray diffraction, Raman spectroscopy and optical transmittance and reflectance measurements. X-Ray diffraction patterns suggest that for temperatures between 300 °C and 470 °C, the films are composed of the hexagonal-SnSe2 phase. By increasing the temperature, the films selenized at maximum temperatures of 530 °C and 570 °C show orthorhombic-SnSe as the dominant phase with a preferential crystal orientation along the (400) crystallographic plane. Raman scattering analysis allowed the assignment of peaks at 119 cm−1 and 185 cm−1 to the hexagonal-SnSe2 phase and those at 108 cm−1, 130 cm−1 and 150 cm−1 to the orthorhombic-SnSe phase. All samples presented traces of condensed amorphous Se with a characteristic Raman peak located at 255 cm−1. From optical measurements, the estimated band gap energies for hexagonal-SnSe2 were close to 0.9 eV and 1.7 eV for indirect forbidden and direct transitions, respectively. The samples with the dominant orthorhombic-SnSe phase presented estimated band gap energies of 0.95 eV and 1.15 eV for indirect allowed and direct allowed transitions, respectively.

Photoluminescence and electrical study of fluctuating potentials in Cu2ZnSnS4-based thin films

In this work, we investigated structural, morphological, electrical, and optical properties from a set of Cu2ZnSnS4 thin films grown by sulfurization of metallic precursors deposited on soda lime glass substrates coated with or without molybdenum. X-ray diffraction and Raman spectroscopy measurements revealed the formation of single-phase Cu2ZnSnS4 thin films. A good crystallinity and grain compactness of the film was found by scanning electron microscopy. The grown films are poor in copper and rich in zinc, which is a composition close to that of the Cu2ZnSnS4 solar cells with best reported efficiency. Electrical conductivity and Hall effect measurements showed a high doping level and a strong compensation. The temperature dependence of the free hole concentration showed that the films are nondegenerate. Photoluminescence spectroscopy showed an asymmetric broadband emission. The experimental behavior with increasing excitation power or temperature cannot be explained by donor-acceptor pair transitions. A model of radiative recombination of an electron with a hole bound to an acceptor level, broadened by potential fluctuations of the valence-band edge, was proposed. An ionization energy for the acceptor level in the range 29–40 meV was estimated, and a value of 172 ±2 meV was obtained for the potential fluctuation in the valence-band edge.

Mo bilayer for thin film photovoltaics revisited

Thin film solar cells based on Cu(In,Ga)Se2 as an absorber layer use Mo as the back contact. This metal is widely used in research and in industry but despite this, there are only a few published studies on the properties of Mo. Properties such as low resistivity and good adhesion to soda lime glass are hard to obtain at the same time. These properties are dependent on the deposition conditions and are associated with the overall stress state of the film. In this report, a study of the deposition of a Mo bilayer is carried out by analysing first single and then bilayers. The best properties of the bilayer were achieved when the bottom layer was deposited at 10 × 10−3 mbar with a thickness of 500 nm and the top layer deposited at 1 × 10−3 mbar with a thickness of 300 nm. The films deposited under these conditions showed good adhesion and a sheet resistivity lower than 0.8 .

Study of optical and structural properties of Cu2ZnSnS4 thin films

Cu2ZnSnS4 is a promising semiconductor to be used as absorber in thin film solar cells. In this work, we investigated optical and structural properties of Cu2ZnSnS4 thin films grown by sulphurization of metallic precursors deposited on soda lime glass substrates. The crystalline phases were studied by X-ray diffraction measurements showing the presence of only the Cu2ZnSnS4 phase. The studied films were copper poor and zinc rich as shown by inductively coupled plasma mass spectroscopy. Scanning electron microscopy revealed a good crystallinity and compactness. An absorption coefficient varying between 3 and 4×104cm−1 was measured in the energy range between 1.75 and 3.5 eV. The band gap energy was estimated in 1.51 eV. Photoluminescence spectroscopy showed an asymmetric broad band emission. The dependence of this emission on the excitation power and temperature was investigated and compared to the predictions of the donor-acceptor-type transitions and radiative recombinations in the model of potential fluctuations. Experimental evidence was found to ascribe the observed emission to radiative transitions involving tail states created by potential fluctuations.

Assessment of the potential of tin sulphide thin films prepared by sulphurization of metallic precursors as cell absorbers

In this work, SnxSy thin films have been grown on soda-lime glass substrates by sulphurization of metallic precursors in a nitrogen plus sulphur vapour atmosphere. Different sulphurization temperatures were tested, ranging from 300 °C to 520 °C. The resulting phases were structurally investigated by X-Ray Diffraction and Raman spectroscopy. Composition was studied using Energy Dispersive Spectroscopy being then correlated with the sulphurization temperature. Optical measurements were performed to obtain transmittance and reflectance spectra, from which the energy band gaps, were estimated. The values obtained were 1.17 eV for the indirect transition and for the direct transition the values varied from 1.26 eV to 1.57 eV. Electrical characterization using Hot Point Probe showed that all samples were p-type semiconductors. Solar cells were built using the structure: SLG/Mo/SnxSy/CdS/ZnO:Ga and the best result for solar cell efficiency was 0.17%.

Cu2ZnSnS4 solar cells prepared with sulphurized dc-sputtered stacked metallic precursors

In the present work we report the details of the preparation and characterization results of Cu2ZnSnS4 (CZTS) based solar cells. The CZTS absorber was obtained by sulphurization of dc magnetron sputtered Zn/Sn/Cu precursor layers. The morphology, composition and structure of the absorber layer were studied by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction and Raman scattering. The majority carrier type was identified via a hot point probe analysis. The hole density, space charge region width and band gap energy were estimated from the external quantum efficiency measurements. A MoS2 layer that formed during the sulphurization process was also identified and analyzed in this work. The solar cells had the following structure: soda lime glass/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ZnO:Al/Al grid. The best solar cell showed an opencircuit voltage of 345 mV, a short-circuit current density of 4.42 mA/cm2, a fill factor of 44.29% and an efficiency of 0.68% under illumination in simulated standard test conditions: AM 1.5 and 100 mW/cm2.

Gestão de resíduos produzidos num sistema de drenagem e tratamento de águas residuais

O presente trabalho centra-se na gestão de resíduos produzidos no sistema de drenagem e tratamento de águas residuais do município de Vila Nova de Gaia. A entidade onde decorreu o trabalho é uma empresa responsável pela distribuição de água e pela drenagem e tratamento de águas residuais. A empresa está certificada pela norma NP EN ISO 14001, desde 2001, sendo então um dos objectivos o enquadramento da gestão dos resíduos em estudo na referida norma, acompanhando os requisitos da mesma com vista ao seu total cumprimento. Outros dos objectivos foi estudar qual a opção de tratamento mais adequada a aplicar ao resíduo no seu local de armazenamento temporário com vista a minorar os seus impactes ambientais. De acordo com a caracterização analítica do resíduo e com os aspetos legais aplicáveis, foram também analisados os destinos finais possíveis e ambientalmente adequados ao resíduo. A medida proposta para a minimização de impactes no local de armazenamento temporário do resíduo foi a estabilização com cal nos leitos de secagem, disponíveis numa antiga ETAR de loteamento. O doseamento de cal a aplicar ao resíduo será de 10 kg de cal apagada comercial (Ca (OH)2) por uma tonelada de resíduo fresco com um período mínimo de secagem de 2 meses. Outra das medidas de minimização de impactes selecionada foi a implantação de uma cortina arbórea ao redor da instalação. Sendo o resíduo em estudo muito heterogéneo, constituído principalmente por areias, terras e gradados, a valorização foi equacionada mas não foram encontrados alternativas viáveis. O destino final considerado como mais adequado tendo em conta todas as características do resíduo e eluato, analisadas de acordo com o previsto no Decreto-Lei n.º 183/2009 de 10 de Agosto, foi o aterro para resíduos não perigosos. Foi também objecto do estudo a identificação e análise de todos os aspectos ambientais relacionados com a gestão de resíduos e a avaliação da sua significância. Dos aspectos ambientais identificados como significativos, destacam-se aqueles que ocorrem presentemente, os resíduos armazenados (gradados/limpeza de redes), e os que podem ocorrer em situações de emergência, fuga/derrame de óleos/combustíveis e cheiros/odores. De forma a minimizar os aspectos ambientais identificados, e de acordo com a norma NP EN ISO 14001, foram propostas ações que constam de um programa de gestão elaborado para este trabalho, onde se definem os objectivos, metas e prazos. As principais medidas propostas no programa de gestão foram: Estabilização com cal (inicial e reforço se necessário); melhoria do espaço envolvente; análise de questões de saúde ocupacional/segurança; adjudicação de prestação de serviços da recolha por operador licenciado; implantação da cortina arbórea; registo no SIRAPA; criação de planos de emergência ambiental e de segurança.