Optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos‐eólicos em zonas insulares de diversidade climática‐Arquipélago da Madeira

Nesta tese apresento um estudo detalhado sobre vários aspectos relacionados com a optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos-eólicos em zonas insulares de diversidade climática-arquipélago da Madeira que foi desenvolvido no Laboratório Regional de Engenharia Civil e com algumas deslocações no Laboratório de Energia Solar da Universidade de Vigo entre 2002 e 2007. Foi baseado nos conhecimentos adquiridos ao longode 25 anos de prática profissional de estudo, projecto, montagem e monitorização de tecnologias solares e eólicas, para produção de electricidade em locais isolados, bem como pesquisa e análise climatológica. Como resultado final e após a criação de uma base de dados climáticos para fins energéticos, determinámos os dias característicos de radiação solar e temperatura para cada um dos doze meses do ano, nas seis estações meteorológicas estudadas. Estes dias são de grande utilidade também para a elaboração de outros estudos. Após o tratamento dos dados constatou-se que a evolução das temperaturas ao longo do ano, tanto no caso das médias como nas médias dos valores máximos e nas médias dos valores mínimos,segue uma tendência similar em todas as estações. Concluimos que, a altitude é o factor determinante nestas diferenças, de tal maneira que quanto maior for a altitude menor são, em geral, as temperaturas médias. No estudo da irradiação global constatámos que na ilha do Porto Santo há mais 4% de radiação solar que na ilha da Madeira. Já na costa norte da Madeira, mais precisamente em São Jorge a média diária mensal e anual é inferior em cerca de 16.5 % em relação ao Porto Santo. Contudo, a costa sul da Madeira apresenta valores de radiação interessantes para o aproveitamento energético. Na abordagem à produção fotovoltaica e eólica, desenvolvemos um novo conceito que relaciona a produção eléctrica por metro quadrado de terreno horizontal, referente à área dos módulos fotovoltaicos e à área de afectação dos aerogeradores. Este novo conceito permite facilmente comparar sistemas energéticos diferentes utilizando diferentes recursos energéticos, permitindo também comparar a energia eléctrica produzida com a energia solar recebida e, deste modo, extrapolar os resultados para a toda a superfície do arquipélago. Finalmente, no que diz respeito à optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos-eólicos nas seis zonas climáticas do arquipélago da Madeira, calculámos a produção eólica diária e a produção média diária para cada um dos doze meses do ano, bem como a média anual, isto por metro quadrado de área varrida pelo rótor do aerogerador, para que os resultados se pudessem comparar com os resultados anteriormente obtidos na produção fotovoltaica, reportados também a metro quadrado de área de módulo. No que concerne à produção máxima e comparativa de sistemas (100% fotovoltaicos e 100% eólicos), estudámos várias hipóteses para que os resultados fossem os mais gerais possíveis, tendo-se chegado à conclusão de que se se relacionar a procura de energia/consumo com a produção anual do sistema híbrido, não é necessário fazer a simulação dos sub-sistemas fotovoltaicos-eólicos em tamanho real, bastando apenas conhecer a proporção exacta destes, e extrapolar os resultados obtidos em percentagem para qualquer dimensão. Da análise comparativa dos resultados da produção energética das diferentes composições percentuais fotovoltaico-eólico, podemos avaliar facilmente o grau de cobertura de energia renovável. Conhecidas as percentagens de cobertura da procura que se obtêm com energias renováveis, é possível definir com segurança as percentagens solar-eólica que oferecem as melhores opções técnicas. Em termos de optimização técnica, concluímos que o único factor que diferencia um sistema híbrido de outro, nos 6 locais estudados, é a área do módulo fotovoltaico e a área varrida pelo rótor do aerogerador. Finalmente, concluímos que os custos das instalações híbridas e do kWh renovável produzido nos locais estudados, diminuem em todos os locais ao diminuir a percentagem do sub-sistema eólico no sistema híbrido fotovoltaico-eólico, sendo o custo mais baixo reportado sempre à Instalação toda solar (100% fotovoltaica).

Caracterização aromática de castas produtoras de vinho Madeira: boal, malvazia, sercial e verdelho

Maria Arminda Costa Alves e José Carlos Antunes Marques

A coordenação de segurança em estaleiros

O sector da construção é um dos sectores com maior taxa de sinistralidade em Portugal. Continua a ser um dos sectores que apresenta maiores taxas de acidentes no trabalho. Os trabalhadores da construção estão sujeitos a enfrentar vários perigos e riscos, aos quais devem ser aplicadas medidas de prevenção para tentar eliminá-los ou minimizá-los. Este trabalho tem por objectivo estudar a segurança em estaleiros, os vários riscos e perigos a que os trabalhadores estão permanentemente sujeitos em obra e abordar a legislação que regulamenta a segurança. Dada a orografia da ilha, foi escolhido como caso prático o estudo das medidas preventivas em estaleiros situados em zonas sujeitas a riscos naturais na Ilha da Madeira. Sendo muitas vezes a solução adequada, os estaleiros implantados em zonas de risco podem sofrer danos irreparáveis e trazer perigos adicionais toda a população envolvente.

Planeamento da execução de uma obra e a sua relevância no mercado

Esta tese procura compreender as diversas fases em que o planeamento intervém no ciclo da vida de uma obra/projeto com o intuito de desenvolver as potencialidades do planeamento no mercado. Visto que ainda se nota no setor construtivo em Portugal algumas falhas na execução das atividades duma obra, mais propriamente na fase de acabamentos. Existem obras que apresentam atividades danificadas ou com alguma imperfeição que prejudicam a imagem da empresa que a executa e o descontentamento do cliente. Nota-se que no mercado construtivo existe a preocupação de colmatar esta tendência, fruto dum desenvolvimento acelerado em que não permite analisar com cuidado o projeto da obra na fase de conceção e preparação de obra e assim surgem atrasos e falhas durante a execução da mesma. Pelo que o planeamento é utilizado para corrigir essas tendências mas não é ainda eficaz, uma vez que, existem constantemente condicionalismos durante a execução. O que se pretende com este trabalho é identificar e demonstrar as fases do planeamento ao longo da vida de uma obra: o planeamento de concurso, o planeamento de contrato e o planeamento de execução, sendo este último dividido em monitorização e controlo. No fundo este trabalho procura responder e identificar as causas que estão na origem dos atrasos e das atividades danificadas, responsáveis pela deterioração da execução duma obra como também realçar quais os impactos que estas provocam neste setor em particular.

Estado da arte da S.C.I.E. desde 1951 a 2008 e a sua aplicação como especialidade da engenharia

No âmbito da dissertação apresentada à Universidade da Madeira para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, foi desenvolvida uma pesquisa na área da Segurança Contra Incêndio em Edifícios, abreviadamente designada por SCIE, desde 1951 a 2008 e a sua aplicação como especialidade da Engenharia, designadamente ao nível da fenomenologia da combustão, no que concerne à evolução histórica dos organismos, legislação, normas técnicas e factos históricos marcantes ao nível socioeconómico. Foi feita uma abordagem às normas europeias e à sua transcrição para as normas portuguesas devido ao factor político com a entrada de Portugal na C.E.E. em 1986. Neste sentido, este trabalho pretende dar a conhecer a evolução da SCIE em Portugal e exemplifica a sua aplicação como especialidade obrigatória para o licenciamento de qualquer edifício, independentemente da sua Utilização-Tipo à excepção dos estabelecimentos prisionais, instalações das forças armadas, espaços destinados ao armazenamento de explosivos e pirotecnia. O estudo de caso escolhido foi de um edifício de utilização mista da 4ª Categoria de Risco. Identificaram-se as diferenças entre a legislação anterior e o novo Diploma, a evolução histórica e as medidas a implementar no estudo de caso, apresentado no (anexo II), de acordo com o novo quadro legislativo.

Estudo e concepção de sistemas de ventilação natural em edifícios de habitação

Pretende-se que este trabalho seja uma contribuição para o reconhecimento da importância da promoção da ventilação em edifícios de habitação, esta que é imprescindível para que haja um ambiente saudável e confortável no espaço interior. Pretende-se também que seja dado a conhecer alguns tipos de sistemas de ventilação que recorrem a processos naturais para o seu funcionamento, garantindo assim a sustentabilidade dos edifícios a nível energético. Nesta dissertação é inicialmente abordada a temática do conforto térmico, com o objectivo de compreender a adaptação e resposta de um indivíduo face às condições térmicas no interior de um edifício de habitação. Seguidamente foram estudados os factores que mais influenciam o processo de Ventilação Natural, ou seja, a acção do vento e a acção térmica (o sol). O passo seguinte foi o estudo do dimensionamento e concepção de sistemas de Ventilação Natural mais usuais (tais como aberturas exteriores, aberturas interiores e chaminés), e o estudo de vários exemplos de sistemas solar passivos e estratégias arquitectónicas que podem ser utilizados. Seguidamente foi estudada a modelação matemática dos processos de Ventilação Natural. Foram ainda estudados dois edifícios construídos na região autónoma da Madeira, mais concretamente na ilha de Porto Santo, estes que foram concebidos para se adaptarem ao clima da região através de algumas estratégias arquitectónicas e através de sistemas solar passivos. Finalmente foi elaborado um pequeno projecto para uma moradia a ser construída na ilha da Madeira. Para esta foram adoptadas algumas estratégias tendo em vista uma adaptação ao clima durante todo o ano, nomeadamente estratégias arquitectónicas e sistemas solar passivos para a promoção da Ventilação Natural.

Effect of the estufagem process on the chemical constituents of Madeira wines

Madeira wine is a product of well-established reputation, whose aroma and flavour is the result of unique combinations. Particularly, its maturation may include estufagem, wherein wine is usually heated at 45 °C for three months. During this period, several chemical changes may occur, so it is essential to assess its impact on the wine. In this sense, the main objective of the thesis was to evaluate the effect estufagem on the chemical constituents of Madeira wine, specifically on those molecules potentially important in the development of its typical features. Firstly, analytical methodologies capable of determining the target compounds, combining precision and reproducibility to execution effectiveness, were developed. Then various monovarietal Madeira wines were analysed during estufagem under standard and overheating conditions in order to assess its effect. The following compounds were evaluated: furans, amino acids, biogenic amines, polyphenols, organic acids and volatile compounds. In addition, the total polyphenolic composition, the antioxidant potential and the colour of these wines were also evaluated. The results show that most constituents change due to the heating process. Particularly, the heating promotes the development of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in sweet wines submitted to estufagem at higher temperatures. Moreover, estufagem provides the decrease of most amino acids, suggesting their involvement in the formation of the bouquet of these wines. Regarding the total polyphenol content and antioxidant potential of these wines they do not seem to be greatly affected by the heating step, however most monomeric polyphenols decrease during this process. The thermal processing of Madeira wines favours the development of the volatile composition, especially of volatiles usually reported as typical aromas of Madeira wines. Finally, it was demonstrated that the thermal degradation of sugars, especially of fructose, promotes the emergence of volatile compounds identified in baked wines.

Evolution of ethyl carbamate during Madeira wine ageing by GC-MS: a new methodology

Recently, ethyl carbamate (EC) was reclassified by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as "probably carcinogenic to humans" and occurs mainly in fermented beverages. Nowadays many countries have set limit values for EC in alcoholic beverages. In this sense and taking into account the low concentrations found in alcoholic beverages, the scientific community has shown interest for the development of new analytical methods, whereby its simplification plays an important role in the EC control and prevention. Firstly, a simple, rapid and sensitive methodology was developed for the EC quantification in fortified wines by microextraction by packed sorbent (MEPS) with gas chromatography coupled with a mass spectrometer detector (GC-MS). This method showed good linearity (R2 = 0.999) and sensitivity (LOD = 1.5 μg/L). The accuracy of the method was assessed by means of repeatability and reproducibility (RSD < 7%). Moreover, a good recovery has been demonstrated (97 – 106%) as well as its applicability (16 fortified wines). Thus, the developed methodology has proven to be an excellent approach for routine quantification of EC in fortified wines. The EC evolution was also evaluated during a year and half of Madeira wine ageing submitted to two traditional ageing methods, estufagem and canteiro, in order to evaluate the formation kinetic. The results revealed that estufagem process increased the formation kinetic and promoted a linear increase of the EC concentration (R2 ≥ 0.977), proportionally to the ageing time (4 months). However, when the wines are firstly submitted to estufagem and then undergo canteiro ageing, the EC values remain almost constant during the following 14 months. The results suggest that estufagem does not seem to be the critical factor in the EC formation, but instead the amount of precursors in the medium.

Color measurement using a smartphone applied to Madeira wines

Computer vision is a field that uses techniques to acquire, process, analyze and understand images from the real world in order to produce numeric or symbolic information in the form of decisions [1]. This project aims to use computer vision to prepare an app to analyze a Madeira Wine and characterize it (identify its variety) by its color. Dry or sweet wines, young or old wines have a specific color. It uses techniques to compare histograms in order to analyze the images taken from a test sample inside a special container designed for this purpose. The color analysis from a wine sample using an image captured by a smartphone can be difficult. Many factors affect the captured image such as, light conditions, the background of the sample container due to the many positions the photo can be taken (different to capture facing a white wall or facing the floor for example). Using new technologies such as 3D printing it was possible to create a prototype that aims to control the effect of those external factors on the captured image. The results for this experiment are good indicators for future works. Although it’s necessary to do more tests, the first tests had a success rate of 80% to 90% of correct results. This report documents the development of this project and all the techniques and steps required to execute the tests.

Olfactory perception threshold assessment of volatile acidity in Madeira wines

Madeira wine is a fortified wine with impact in the Madeira Island’s economy. Similarly to other wines, its acidity should be well controlled in order to ensure Madeira wine quality, mostly the volatile acidity. Due to Madeira wine complex flavour, it is crucial to get a better knowledge about the volatile acidity impact in its features, namely determine the perception limit of acetic acid and ethyl acetate, as both are the main contributors for volatile acidity. Firstly, the olfactory perception threshold of volatile acidity was assessed by a trained and an untrained panel, using 5 and 10 years-old Sercial and Malvasia wines. Moreover, the current work also presents the evolution of organic acids, acetic acid and ethyl acetate during 540 days of ageing of Madeira wines (Malvasia, Bual, Verdelho and Sercial), comparing the same wines aged by both traditional ageing processes: canteiro and estufagem. Other wine samples, aged in wood casks (canteiro) for at least 5 years, were also evaluated. HS-SPME followed by GC-MS analysis was used to determine ethyl acetate concentration and IEC-HPLC-DAD was used for the organic acids determination, including acetic acid. The results indicated that acetic acid and ethyl acetate olfactory perception threshold depends essentially on wine’s age. Concerning acetic acid, the untrained panel was in average 5.45 g/L (5 years-old) and 6.22 g/L (10 years-old). Training the expert panel to recognize acetic acid odour, the values decreased for 1.44 g/L (5 years-old) and 1.87 g/L (10 years-old), but still remained higher than the established volatile acidity legal limits. Ethyl acetate threshold was similar for both panels (in average 327.97 mg/L). Both compounds tend to increase exponentially with age, being more evident in sweet wines. Organic acids in young Madeira wines depend mostly on the nature of grape varieties, but this difference is minimized with wine ageing.

Estudo de soluções de monitorização automática de ribeiras para prevenção do risco de aluviões

As aluviões, também denominadas por fluxos de detritos ou enxurradas, são movimentos de vertente rápidos, que ocorrem por ação da água e são consideradas um dos fenómenos mais perigosos em regiões montanhosas, causando prejuízos por onde passam. Como forma de prevenção, mas também como forma de estudo das condições inerentes à formação destes fenómenos e do respetivo comportamento ao longo do seu percurso, deve ser atribuído um papel importante à monitorização automática dos cursos de água. Na Ilha da Madeira, a aluvião mais recente aconteceu a 20 de fevereiro de 2010, afetando os concelhos da vertente Sul, particularmente os do Funchal e Ribeira Brava. Este evento surgiu devido a uma situação meteorológica adversa, com precipitações de elevada intensidade, resultando no transporte de um elevado volume de material sólido que levou ao transbordamento das ribeiras, obstruindo completamente a baixa funchalense e outros locais. Portanto, esta dissertação surge como introdução à temática do estudo e monitorização dos fluxos de detritos na Ilha da Madeira, onde, inicialmente, foi realizada uma primeira abordagem ao fenómeno, referindo as suas causas e características, tendo sido, também, mencionadas algumas das aluviões que assolaram a ilha. Posteriormente, foram descritos alguns dos equipamentos incluídos num sistema de monitorização, com as respetivas vantagens e desvantagens, bem como a descrição de alguns sistemas existentes. Como objetivo deste trabalho, foi idealizada uma solução de monitorização automática para a bacia hidrográfica da Ribeira de Machico, tendo sido analisadas as propriedades morfológicas da bacia, seguindo-se uma descrição dos sensores utilizados e a sua localização. Por fim, como caso de estudo, foi apresentado o sistema de monitorização a ser implementado pelo LREC (Laboratório Regional de Engenharia Civil), onde foram definidos os aparelhos utilizados, bem como a respetiva localização.

Relationship between antioxidant capacity and total phenolic content of red, rosé and white wines

Phenolic compounds are one of the most important quality parameters of wines, since they contribute to wine organoleptic characteristics such as colour, astringency, and bitterness. Furthermore, several studies have pointed out that many show biological properties of interest, related to their antioxidant capacity. This antioxidant activity has been thoroughly studied and a wide variety of methods have been developed to evaluate it. In this study, the antioxidant activity of commercial Terras Madeirenses Portuguese wines (Madeira Island) was measured by three different analytical methods: [1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging assay, 2,2′-azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid (ABTSradical dot+)) radical cation decolourisation, and ferric reducing/antioxidant power (FRAP) for the evaluation of reducing power (PR) and correlate them with the total phenolic content determined with the Folin–Ciocalteu’s reagent using gallic acid as a standard. The total polyphenol concentration was found to vary from 252 to 1936 mg/l gallic acid equivalents (GAE). The antiradical activity varied from 0.042 to 0.715 mM Trolox equivalents and the antioxidant capacity varied from 344 to 1105 mg/l gallic acid equivalents (GAE). For the reduction power we obtained 3.45–3.86 mM quercetin equivalents.

Comparative study of the whisky aroma profile based on headspace solid phase microextraction using different fibre coatings

A dynamic headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) and gas chromatography coupled to ion trap mass spectrometry (GC–ITMS) method was developed and applied for the qualitative determination of the volatile compounds present in commercial whisky samples which alcoholic content was previously adjusted to 13% (v/v). Headspace SPME experimental conditions, such as fibre coating, extraction temperature and extraction time, were optimized in order to improve the extraction process. Five different SPME fibres were used in this study, namely, poly(dimethylsiloxane)(PDMS),poly(acrylate)(PA),Carboxen-poly(dimethylsiloxane)(CAR/PDMS),Carbowax-divinylbenzene(CW/DVB)and Carboxen-poly(dimethylsiloxane)-divinylbenzene (CAR/PDMS/DVB). The best results were obtained using a 75 m CAR/PDMS fibre during headspace extraction at 40◦C with stirring at 750rpm for 60min, after saturating the samples with salt. The optimised methodology was then appliedtoinvestigatethevolatilecompositionprofileofthreeScotchwhiskysamples—BlackLabel,BallantinesandHighlandClan.Approximately seventy volatile compounds were identified in the these samples, pertaining at several chemical groups, mainly fatty acids ethyl esters, higher alcohols, fatty acids, carbonyl compounds, monoterpenols, C13 norisoprenoids and some volatile phenols. The ethyl esters form an essential group of aroma components in whisky, to which they confer a pleasant aroma, with “fruity” odours. Qualitatively, the isoamyl acetate, with “banana” aroma,wasthemostinteresting.Quantitatively,significantcomponentsareethylestersofcaprilic,capricandlauricacids.Thehighestconcentration of fatty acids, were observed for caprilic and capric acids. From the higher alcohols the fusel oils (3-methylbutan-1-ol and 2.phenyletanol) are the most important ones.

Screening of volatile composition from portuguese multifloral honeys using headspace solid-phase microextraction-gas chromatography–quadrupole mass spectrometry

The volatile composition from four types of multifloral Portuguese (produced in Madeira Island) honeys was investigated by a suitable analytical procedure based on dynamic headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) followed by thermal desorption gas chromatography–quadrupole mass spectrometry detection (GC–qMS). The performance of five commercially available SPME fibres: 100 μm polydimethylsiloxane, PDMS; 85 μm polyacrylate, PA; 50/30 μm divinylbenzene/carboxen on polydimethylsiloxane, DVB/CAR/PDMS (StableFlex); 75 μm carboxen/polydimethylsiloxane, CAR/PDMS, and 65 μm carbowax/divinylbenzene, CW/DVB; were evaluated and compared. The highest amounts of extract, in terms of the maximum signal obtained for the total volatile composition, were obtained with a DVB/CAR/PDMS coating fibre at 60 °C during an extraction time of 40 min with a constant stirring at 750 rpm, after saturating the sample with NaCl (30%). Using this methodology more than one hundred volatile compounds, belonging to different biosynthetic pathways were identified, including monoterpenols, C13-norisoprenoids, sesquiterpenes, higher alcohols, ethyl esters and fatty acids. The main components of the HS-SPME samples of honey were in average ethanol, hotrienol, benzeneacetaldehyde, furfural, trans-linalool oxide and 1,3-dihydroxy-2-propanone.

Comparison of two extraction methods for evaluation of volatile constituents patterns in commercial whiskeys: Elucidation of the main odour-active compounds

An analytical procedure based on manual dynamic headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) method and the conventional extraction method by liquid–liquid extraction (LLE), were compared for their effectiveness in the extraction and quantification of volatile compounds from commercial whiskey samples. Seven extraction solvents covering a wide range of polarities and two SPME fibres coatings, has been evaluated. The highest amounts extracted, were achieved using dichloromethane (CH2Cl2) by LLE method (LLECH2Cl2)(LLECH2Cl2) and using a CAR/PDMS fibre (SPMECAR/PDMS) in HS-SPME. Each method was used to determine the responses of 25 analytes from whiskeys and calibration standards, in order to provide sensitivity comparisons between the two methods. Calibration curves were established in a synthetic whiskey and linear correlation coefficient (r ) were greater than 0.9929 for LLECH2Cl2LLECH2Cl2 and 0.9935 for SPMECAR/PDMS, for all target compounds. Recoveries greater than 80% were achieved. For most compounds, precision (expressed by relative standard deviation, R.S.D.) are very good, with R.S.D. values lower than 14.78% for HS-SPME method and than 19.42% for LLE method. The detection limits ranged from 0.13 to 19.03 μg L−1 for SPME procedure and from 0.50 to 12.48 μg L−1 for LLE. A tentative study to estimate the contribution of a specific compound to the aroma of a whiskey, on the basis of their odour activity values (OAV) was made. Ethyl octanoate followed by isoamyl acetate and isobutyl alcohol, were found the most potent odour-active compounds.