Optimização da gestão de energia e da segurança de um edifício baseada num sistema técnico centralizado

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Perfil Energia, Refrigeração e Climatização

Avaliação do desempenho energético de uma pequena fracção de serviços existente tendo por base as metodologias regulamentares do RSECE e do RECS

A dependência energética das grandes economias mundiais, alertaram o mundo para a necessidade de mudar o comportamento relativo ao consumo de energia. O sector dos edifícios representa 40% dos consumos globais de energia na União Europeia, já no panorama nacional, o sector dos edifícios representa 28% dos consumos globais da energia, constituindo uma parte significativa no consumo global de energia, sendo portanto, essencial avaliar o desempenho energético dos edifícios, no sentido de promover a sua eficiência energética e beneficiar do grande potencial de economia de energia. Portugal à luz das linhas de orientação da União Europeia com o objectivo de instigar o aumento da eficiência energética nos edifícios, lançou o programa nacional para a eficiência energética nos Edifícios (P3E). Posteriormente, da transposição da Directiva 2002/91/CE para a ordem jurídica nacional surgiu o SCE, o RCCTE e o RSECE. Já em 2013, com a necessidade de transpor para a ordem da jurídica nacional a Directiva n.º 2010/31/EU, surge o Decreto-Lei n.º 118/2013, reunindo num só diploma o SCE, o REH e o RECS, promovendo uma revisão da legislação nacional, garantindo e promovendo a melhoria do desempenho energético dos edifícios. Através da presente dissertação, pretende-se avaliar o desempenho energético de uma pequena fracção de serviços existente tendo por base a metodologia regulamentar revogada do RSECE e a vigente metodologia regulamentar do RECS. Após apresentação dos dois regulamentos e da identificação das principais diferenças entre as duas metodologias regulamentares, procedeu-se ao enquadramento da fracção em estudo no âmbito de aplicação do RSECE e do RECS. Segundo os dois regulamentos a fracção não está sujeita a requisitos mínimos de qualidade térmica, nem a quaisquer requisitos energéticos e de eficiência dos sistemas técnicos, ao tratar-se de uma pequena fracção de serviços existente. Recorrendo ao software DesignBuilder, gerou-se o modelo da fracção em estudo, que através da simulação dinâmica multizona permitiu obter os consumos de energia anuais e a sua desagregação por utilização final. A partir dos consumos energia, determinaram-se os indicadores de eficiência energética de acordo com as duas metodologias, permitindo deste modo, proceder à classificação energética da fracção em estudo. De acordo com o RSECE a fracção em estudo obteve a classificação D, já segundo o RECS alcançou a classe C. Para aumentar a eficiência energética da fracção e consequentemente diminuir o consumo energético, foi proposto proceder à substituição das lâmpadas existentes por lâmpadas tubulares de tecnologia LED e à substituição do sistema de ventilação mecânico por um sistema de ventilação dimensionado para os novos valores de caudal de ar novo regulamentares. Com a implementação destas duas medidas a fracção em estudo melhoraria a sua classificação energética, exigindo um investimento baixo e apresentando um período de retorno de 1 ano e 5 meses. Segundo o RSECE passaria para a classe B, e aplicando a metodologia regulamentar do RECS alcançaria a classe B-.

Avaliação do Desempenho Energético e da Qualidade do Ar Interior nos Paços do Concelho de Vila Nova de Gaia

A dissertação teve como finalidade a realização de uma Auditoria Energética e da Qualidade do Ar Interior ao edifício de serviços da Câmara Municipal de Vila Nova de Gaia. No intuito de alcançar esta finalidade foram seguidos, em todo o processo, os regulamentos em vigor até à presente data da dissertação, de apoio à especialidade, nomeadamente o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios, Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios e Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios e da Qualidade do Ar Interior. Na análise à Qualidade do Ar Interior foram verificados quase todos os parâmetros impostos por lei, exceto os das bactérias e dos fungos. Para as substâncias como dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), ozono (O3), formaldeído (HCOH) e radão, os valores em média foram iguais a 894 ppm, 1,23 ppm, 0,07 ppm, 0,01 ppm e 378 Bq/m3 e estavam dentro dos limites regulamentares (984 ppm, 10,7ppm, 0,10 ppm, 0,08 ppm e 400 Bq/m3). Para os compostos orgânicos voláteis (COVs) e partículas do tipo PM10, os valores respetivos foram em média de 0,70 ppm e 0,16 mg/m3 e estavam acima dos limites regulamentares (0,26 ppm, 0,15 mg/m3). Admite-se que existem fontes emissoras de COVs dentro do edifício e que, para uma adequação ao tipo de tratamento ou sugestão de melhoria, seria necessário realizar uma análise por cromatografia de forma a identificar os compostos em causa. As concentrações de PM10 mais elevadas explicam-se porque existe uma abertura direta desses espaços ao exterior e em alguns casos esta é permanente. A análise energética permitiu um levantamento de todos os consumos de energia elétrica do edifício, realizando deste modo a desagregação em percentagem de cada equipamento consumidor. Em paralelo e até para se poder realizar a certificação energética do edifício foi realizado um estudo de simulação térmica dinâmica recorrendo ao programa DesignBuilder v2. Criou-se um modelo do edifício que foi validado após simulação e comparação com o consumo elétrico do ano de referência (desvio de 2,78%). Pela simulação verificou-se que os maiores consumidores de energia são a iluminação interior e o sistema de arrefecimento e determinou-se os Indicadores de Eficiência Energética (IEE) Real (com correção climática) e Nominal com valores de 73,8 e 46,5 , respetivamente. Implementando as condições nominais de utilização e funcionamento no edifício, segundo o Regulamento dos Sistemas Energéticos de vi Climatização em Edifícios (RSECE), concluiu-se que a classe energética deste edifício é do tipo D. O valor do IEE nominal foi superior ao IEE referência de 35,5 , e o requisito legal não se verificou. Assim, foi necessário apresentar medidas para um plano de racionalização energética (PRE). Nas medidas estudadas de melhoria da eficiência energética (aplicação de películas solares, compensação do fator de potência, instalação de um sistema de minigeração fotovoltaico e aplicação de iluminação eficiente tanto no interior como no exterior do edifício) destaca-se a correção do fator de potência, pois o valor pago de energia reactiva em 2011 foi de cerca de 1500 €. Admitindo ser necessário redimensionar os condensadores e que o custo é 1.840,00 €, ter-se-á um retorno do investimento em 1,2 anos. Outra medida é a aplicação de películas solares nos envidraçados com um custo de 5.046,00 €, esta terá um período de retorno de 1 ano e uma poupança de 37,90 MWh/ano. Finalmente refere-se a instalação de reguladores de tensão e substituição de determinadas lâmpadas por LEDs na iluminação interior, que prevê uma poupança anual de 25 MWh/ano e um período de retorno do investimento de 3,7 anos.

Modelagem e simulação da câmara de reação de uma caldeira a carvão pulverizado

O presente trabalho é parte integrante de um projeto multidisciplinar cujo objetivo é construir uma ferramenta computacional capaz de simular a operação de uma Usina Termoelétrica tratando, especificamente, da câmara de reação (local da caldeira onde se desenvolve a queima do combustível). Foi desenvolvido um modelo matemático dinâmico, pseudo-homogêneo, unidimensional e, com propriedades físicas variáveis, com o objetivo de descrever a conversão do calor gerado pela combust em energia térmica, que está baseado em balanços de massa e energia. Este modelo foi implementado no simulador gPROMS e seus parâmetros foram estimados utilizando o módulo gEST deste software (método da máxima verossimilhança), com base em dados de operação da Usina e dados cinéticos de literatura. Para a simulação dinâmica da câmara de reação foi utilizado um método de integração implícita de passos múltiplos com ordem e passo variáveis. A câmara de combustão foi dividida em três zonas, sendo realizados, em cada zona, os balanços de massa e energia, adotando-se a hipótese de mistura perfeita. O modelo desenvolvido prevê o perfil de temperatura ao longo da câmara, as correntes de saída e a composição dos gases de combustão em cada zona; incluindo uma previsão aproximada da concentração dos poluentes formados, principalmente monóxido de nitrogênio e dióxido de enxofre. Os resultados apresentados mostraram que o modelo prediz satisfatoriamente a composição do gás de combustão na saída da câmara de reação e que a divisão da câmara em diferentes zonas de combustão é apropriada para avaliar a geração e o aproveitamento energético na caldeira.

Ferramentas para análise dinâmica e estrutural de um reboque de linha leve

Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia de projeto para identificar as regiões críticas da estrutura de um reboque de linha leve sendo tracionado em pavimentos do tipo rodovia de baixa qualidade e estrada secundária de muito baixa qualidade. Para tanto, são levantados alguns dados experimentais da estrutura, necessários para a aproximação e simulação dinâmica de um modelo simplificado. A excitação da base é realizada por atuadores que simulam as oscilações verticais de um perfil de estrada, a qual é definida de acordo com os estudos realizados por Dodds e Robson (1973). Isto permite a determinação de um histórico de carregamentos das regiões da estrutura do chassi sob a ação das molas da suspensão. Em seguida, é gerado um modelo estrutural simplificado do reboque em elementos finitos, chamado de global, no qual são determinadas as regiões sob ação das maiores tensões. Tendo identificada a região mais crítica da estrutura, é criado um modelo local desta parte, onde se pode observar a distribuição de tensões com mais detalhe, permitindo a identificação dos pontos de concentração de tensões. Desta forma, com a aplicação do método de análise global-local é possível a obtenção de resultados detalhados quanto aos esforços da estrutura com um menor custo computacional.

Simulação computacional de medidas estereológicas em estruturas de metal duro (WC-Co)

This work focuses on the creation and applications of a dynamic simulation software in order to study the hard metal structure (WC-Co). The technological ground used to increase the GPU hardware capacity was Geforce 9600 GT along with the PhysX chip created to make games more realistic. The software simulates the three-dimensional carbide structure to the shape of a cubic box where tungsten carbide (WC) are modeled as triangular prisms and truncated triangular prisms. The program was proven effective regarding checking testes, ranging from calculations of parameter measures such as the capacity to increase the number of particles simulated dynamically. It was possible to make an investigation of both the mean parameters and distributions stereological parameters used to characterize the carbide structure through cutting plans. Grounded on the cutting plans concerning the analyzed structures, we have investigated the linear intercepts, the intercepts to the area, and the perimeter section of the intercepted grains as well as the binder phase to the structure by calculating the mean value and distribution of the free path. As literature shows almost consensually that the distribution of the linear intercepts is lognormal, this suggests that the grain distribution is also lognormal. Thus, a routine was developed regarding the program which made possible a more detailed research on this issue. We have observed that it is possible, under certain values for the parameters which define the shape and size of the Prismatic grain to find out the distribution to the linear intercepts that approach the lognormal shape. Regarding a number of developed simulations, we have observed that the distribution curves of the linear and area intercepts as well as the perimeter section are consistent with studies on static computer simulation to these parameters.

Simulação computacional da interação fluido-estrutura em bombas de cavidades progressivas

The pumping through progressing cavities system has been more and more employed in the petroleum industry. This occurs because of its capacity of elevation of highly viscous oils or fluids with great concentration of sand or other solid particles. A Progressing Cavity Pump (PCP) consists, basically, of a rotor - a metallic device similar to an eccentric screw, and a stator - a steel tube internally covered by a double helix, which may be rigid or deformable/elastomeric. In general, it is submitted to a combination of well pressure with the pressure generated by the pumping process itself. In elastomeric PCPs, this combined effort compresses the stator and generates, or enlarges, the clearance existing between the rotor and the stator, thus reducing the closing effect between their cavities. Such opening of the sealing region produces what is known as fluid slip or slippage, reducing the efficiency of the PCP pumping system. Therefore, this research aims to develop a transient three-dimensional computational model that, based on single-lobe PCP kinematics, is able to simulate the fluid-structure interaction that occurs in the interior of metallic and elastomeric PCPs. The main goal is to evaluate the dynamic characteristics of PCP s efficiency based on detailed and instantaneous information of velocity, pressure and deformation fields in their interior. To reach these goals (development and use of the model), it was also necessary the development of a methodology for generation of dynamic, mobile and deformable, computational meshes representing fluid and structural regions of a PCP. This additional intermediary step has been characterized as the biggest challenge for the elaboration and running of the computational model due to the complex kinematic and critical geometry of this type of pump (different helix angles between rotor and stator as well as large length scale aspect ratios). The processes of dynamic generation of meshes and of simultaneous evaluation of the deformations suffered by the elastomer are fulfilled through subroutines written in Fortan 90 language that dynamically interact with the CFX/ANSYS fluid dynamic software. Since a structural elastic linear model is employed to evaluate elastomer deformations, it is not necessary to use any CAE package for structural analysis. However, an initial proposal for dynamic simulation using hyperelastic models through ANSYS software is also presented in this research. Validation of the results produced with the present methodology (mesh generation, flow simulation in metallic PCPs and simulation of fluid-structure interaction in elastomeric PCPs) is obtained through comparison with experimental results reported by the literature. It is expected that the development and application of such a computational model may provide better details of the dynamics of the flow within metallic and elastomeric PCPs, so that better control systems may be implemented in the artificial elevation area by PCP

Análise comparativa dos métodos da ISO 13790 e sua adequabilidade na estimativa das necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento e da temperatura do ar interior

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Simulação de desempenho luminoso para salas de aula em Natal-RN

The city of Natal has a significant daylight availability, although it use isn’t systematically explored in schools architecture. In this context, this research aims to determine procedures for the analysis of the daylight performance in school design in Natal-RN. The method of analysis is divided in Visible Sky Factor (VSF), simulating and analyzing the results. The annual variation of the daylight behavior requires the adoption of dynamic simulation as data procedure. The classrooms were modelled in SketchUp, simulated in Daysim program and the results were assessed by means of spreadsheets in Microsoft Excel. The classrooms dimensions are 7.20mx 7.20m, with windows-to-wall-ratio (WWR) of 20%, 40% and 50%, and with different shading devices, such as standard horizontal overhang, sloped overhang, standard horizontal overhang with side view protection, standard horizontal overhang with a dropped edge, standard horizontal overhang with three horizontal louvers, double standard horizontal overhang, double standard horizontal overhang with three horizontal louvers, plus the use of shelf light in half the models with WWR of 40% and 50%. The data was organized in spreadsheets, with two intervals of UDI: between 300lux and 2000 lux and between 300lux and 3000lux. The simulation was performed with the weather file of 2009 to the city of NatalRN. The graphical outputs are illuminance curves, isolines of UDI among 300lux and 2000 lux and tables with index of occurrences of glare and to an UDI among 300lux 3000lux. The best UDI300-2000lux performance was evidenced to: Phase 1 (models with WWR of 20%), Phase 2 (models with WWR of 40% and 50% with light shelf). The best UDI300-3000lux performance was evidenced to: Phase 1 (models with WWR of 20% and 40% with light shelf) and Phase 2 (models with WWR of 40% and 50% with light shelf). The outputs prove that the daylight quality mainly depends on the shading system efficacy to avoid the glare occurrence, which determines the daylight discomfort. The bioclimatic recommendations of big openings with partial shading (with an opening with direct sunlight) resulted in illuminances level higher than the acceptable upper threshold. The improvement of the shading system percentage (from 73% to 91%) in medium-size of openings (WWR 40% and 50%) reduced or eliminate the glare occurrence without compromising the daylight zone depth (7.20m). The passive zone was determined for classrooms with satisfactory daylight performance, it was calculated the daylight zone depth rule-of-thumb with the ratio between daylight zone depth and the height of the window for different size of openings. The ratio ranged from 1.54 to 2.57 for WWR of 20%, 40% and 50% respectively. There was a reduction or elimination of glare in the passive area with light shelf, or with awning window shading.

Performance Energética no contexto do sistema LEED

Com o aumento constante de procura de recursos naturais por parte dos vários setores da sociedade é urgente encontrar soluções para reduzir o seu consumo sem se travar a expansão demográfica que se tem vindo a sentir nos grandes centros urbanos. É através da implementação de medidas de sustentabilidade e pelo aumento da eficiência de utilização desses recursos que se tem vindo a combater esta tendência cada vez maior de consumismo global, sendo isto apenas possível com a implementação de ferramentas tecnológicas avançadas que permitem estabelecer limites ao considerado eficiente e premiando, em termos financeiros e de imagem de marketing, as entidades que o alcancem. O LEED é um sistema de certificação de sustentabilidade voluntário de edifícios residenciais e comerciais que estabelece métricas de comparação de parâmetros indicadores de consumos energéticos, hídricos e de materiais em todo o ciclo de vida do edifício e que tem vindo a ganhar destaque em crescendo a nível mundial. Esta dissertação teve como objetivo comparar a performance de consumo energético no âmbito do sistema LEED com a do sistema de certificação energética de edifícios nacional (SCE) de um grande edifício de serviços, estabelecendo um paralelismo de semelhanças e diferenças entre os dois e de avaliar os efeitos de potenciais medidas de eficiência energética e seus efeitos nas classificações de mérito obtidas em cada sistema. Os resultados obtidos na simulação que permitiu avaliar a performance foi muito satisfatório, tendo sido aproveitado pela empresa para efeitos de certificação LEED do edifício em estudo.

Simulação computacional de medidas estereológicas em estruturas de metal duro (WC-Co)

This work focuses on the creation and applications of a dynamic simulation software in order to study the hard metal structure (WC-Co). The technological ground used to increase the GPU hardware capacity was Geforce 9600 GT along with the PhysX chip created to make games more realistic. The software simulates the three-dimensional carbide structure to the shape of a cubic box where tungsten carbide (WC) are modeled as triangular prisms and truncated triangular prisms. The program was proven effective regarding checking testes, ranging from calculations of parameter measures such as the capacity to increase the number of particles simulated dynamically. It was possible to make an investigation of both the mean parameters and distributions stereological parameters used to characterize the carbide structure through cutting plans. Grounded on the cutting plans concerning the analyzed structures, we have investigated the linear intercepts, the intercepts to the area, and the perimeter section of the intercepted grains as well as the binder phase to the structure by calculating the mean value and distribution of the free path. As literature shows almost consensually that the distribution of the linear intercepts is lognormal, this suggests that the grain distribution is also lognormal. Thus, a routine was developed regarding the program which made possible a more detailed research on this issue. We have observed that it is possible, under certain values for the parameters which define the shape and size of the Prismatic grain to find out the distribution to the linear intercepts that approach the lognormal shape. Regarding a number of developed simulations, we have observed that the distribution curves of the linear and area intercepts as well as the perimeter section are consistent with studies on static computer simulation to these parameters.

Relatório de estágio em gabinete de engenharia na componente de climatização

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica com especialização em Energia, Climatização e Refrigeração

Estudo numérico e experimental sobre o comportamento dinâmico de um edifício

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Otimização de estruturas de destilação azeotrópica com recurso a planeamento experimental

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Comparação técnica da conceção/solução de projetos de climatização para um hotel rural

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia com a Especialidade em Energia, Climatização e Refrigeração