Aplicación de la energía solar térmica en una incubadora comercial de perdiz roja y supervisión de la actividad biológica mediante sensores inteligentes

La perdiz roja es la especie cinegética por excelencia en la península ibérica, cuya cría en cautividad y suelta controlada comenzó a regularse en los años 70 con la aparición del ICONA. La incubación controlada de huevos de perdiz es imprescindible, con fines cinegéticos y de preservación de la especie, y se desarrolla con incubadoras comerciales de pequeña y mediana escala, distribuidas en zonas rurales con acceso limitado y/o deficiente al suministro eléctrico. En nuestras latitudes el aporte de energía solar térmica se perfila como una posibilidad de mejorar la eficiencia energética de éstas y otras instalaciones y de reducir la dependencia energética exterior. Hay diversos factores físico-químicos que influyen en la calidad de la incubación: temperatura, humedad relativa, y concentración de gases, de los cuales sólo los dos primeros son habitualmente supervisados y controlados en este tipo de incubadoras. Esta Tesis surge en el marco de dos proyectos de cooperación con la AECID, y tiene como objetivos: la caracterización espacial de variables relevantes (temperatura (T), humedad relativa (HR)) en la incubadora comercial durante el proceso de incubación, la determinación de la relación existente entre la evolución de variables ambientales durante el proceso de incubación y la tasa de nacimientos (35-77%), así como el diseño y evaluación del sistema de apoyo solar térmico para determinar su potencial de utilización durante las incubaciones comerciales. La instalación de un número limitado de sensores permite la monitorización precisa del proceso de incubación de los huevos. Los resultados más relevantes indican que en incubaciones comerciales los gradientes de T y HR han sido despreciables (1ºC de diferencia entre las posiciones con mayor y menor T media y un 4,5% de diferencia entre las posiciones con mayor y menor HR), mientras que el seguimiento y ajuste (mediante modelos de crecimiento) de la concentración de CO2 (r2 entre 0,948 y 0,987 en las 5 incubaciones, para un total de 43315 huevos) permite valorar la actividad fisiológica de los huevos e incluso predecir la tasa de éxito (nacimientos), basándose en la concentración de CO2 estimada mediante modelos de crecimiento en el día 20 de incubación (r2 entre 0,997 y 0,994 según el modelo de estimación empleado). El sistema ha sido valorado muy positivamente por los productores (Finca Cinegética Dehesa Vieja de Galapagar). El aporte térmico se ha diseñado (con mínima intrusión en el sistema comercial) sobre la base de un sistema de enfriamiento de emergencia original de la incubadora, al que se han incorporado un colector solar, un depósito, un sistema de electroválvulas, una bomba de circulación y sensores de T en distintos puntos del sistema, y cuyo control ha sido automatizado. En esta Tesis se muestra que la contribución solar puede aportar hasta un 42% de las demandas de energía en nuestras condiciones geográficas para una temperatura de consigna dentro de la incubadora de 36.8ºC, sin afectar a la estabilidad de la temperatura. Además, el rendimiento del colector solar se ha acotado entre un 44% y un 85%, de acuerdo con los cálculos termodinámicos; valores que se mantienen dentro del rango aportado por el fabricante (61%). En el futuro se plantea evaluar el efecto de distintas estrategias de control, tales como controladores difusos, que incorporan el conocimiento experto al control automático. ABSTRACT The partridge is the quintessential game species in the Iberian Peninsula, which controlled breeding and release, began to be regulated in the 70s with the emergence of ICONA. The controlled incubation of eggs is essential, and takes place in commercial incubators of small and medium scale, distributed in rural areas with limited and/or inadequate access to power. In our latitudes the contribution of solar thermal energy is emerging as a possibility to improve the energy efficiency of the facilities and to reduce external energy dependence. There are various physicochemical factors influencing the quality of incubation: temperature, relative humidity and concentration of gases, of which only the first two are typically monitored and controlled in such incubators. This PhD comes within the framework of two cooperation projects with AECID and aims: the spatial characterization of relevant variables in a commercial incubator (temperature (T), and relative humidity (HR)), determining the relationships in the changes in environmental variables during incubation and birth rates (35-77%) as well as the design and evaluation of solar thermal support system to determine its potential use during commercial incubations; the installation of a limited number of sensors has allowed accurate monitoring of incubation of eggs. The most relevant results indicate that in commercial incubations, the gradients in T and HR have been negligible (1°C difference between the highest and lowest positions T and average 4.5% difference between the highest and lowest positions HR), while monitoring and fit using growth models of the concentration of CO2 (r2 between 0.948 and 0.987 in 5 incubations, for a total amount of 43,315 eggs) allows assessing the physiological activity of the eggs and even predict the success rate (hatchability), based on the estimated concentration of CO2 by using growth models on day 20 of incubation (r2 between 0.997 and 0.994 depending on the fit model).The system has been highly valued by producers (Finca Cinegética Dehesa Vieja de Galapagar). The hybrid heat system is designed (with minimal intrusion into the commercial system) based on an emergency cooling device, original in the incubator. New elements have been incorporated: a solar collector, a tank, a system of solenoid valves, a circulating pump and T sensors at various points of the system, whose control has been automated. This PhD shows that the solar contribution is responsible for up to 42% of energy demands in our geographical conditions for a setpoint temperature inside the incubator of 36.8ºC, without questioning the stability of the temperature. Furthermore, the efficiency of the solar collector has been bounded between 44% and 85%, according to thermodynamic calculations; values remain within the range provided by the manufacturer (61%). In the future it is proposed to evaluate the effect of different control strategies, such as fuzzy controllers, which incorporate the expertise to automated control.

Concentrating solar power + desalination plants (CSP+D): models and performance analysis

Tese submetida à Universidade de Lisboa, Instituto Superior Técnico e aprovada em provas públicas para a obtenção do Grau de Doutor em Sistemas Sustentáveis de Energia.

Interface em smartphone para supervisão de um sistema de controlo de uma instalação solar térmica

Dissertação de Mestrado, Engenharia Elétrica e Eletrónica, Especialização em Sistemas de Energia e Controlo, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2014

Projeto de AVAC e classificação energética de uma cafetaria

Trabalho Final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Estudo comparativo de sistemas em aquecimento

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Novos artigos e sistemas no processamento do couro

A necessidade de diminuir os consumos de energia, não só por questões financeiras mas também por questões ambientais, faz com que sejam feitos esforços no sentido da implementação de energias renováveis bem como da melhoria e expansão das soluções técnicas já conhecidas. Uma das maiores fontes de energia renovável, senão mesmo a maior, é a energia solar que, no futuro, terá uma contribuição muito significativa, quer na satisfação dos consumos energéticos, quer na racionalização da sua utilização, isto é, na melhoria da eficiência do consumo. O presente trabalho focou-se na procura de um sistema solar térmico para o pré-aquecimento da água quente a ser utilizada numa fábrica de curtumes, a empresa Curtumes Aveneda, Lda. Em simultâneo, desenvolveram-se e optimizaram-se processos de produtos específicos que o mercado exige actualmente, visando uma economia de recursos (matérias-primas, água e energia), objectivando sempre a sua viabilidade económica. No que respeita à procura do sistema solar térmico, inicialmente foram realizados levantamentos relativos ao consumo de água, quente e fria, na respectiva empresa. Esta avaliação focou-se em todos os sectores consumidores intensivos de água, tais como a ribeira, curtume e a tinturaria, excluindo o sector de acabamento uma vez que o consumo aqui é insignificante relativamente aos sectores citados anteriormente. Com base no levantamento efectuado foi dimensionado um sistema solar térmico para o pré aquecimento da água quente que conduz a uma economia anual de 107.808,3 kWh de energia térmica, representativa de 29% do consumo anual de energia térmica de aquecimento de água. Foi efectuada análise económica deste investimento que mostrou um índice de rentabilidade superior à unidade e um tempo de retorno do investimento de 9 anos. Desenvolveu-se com sucesso um produto de couro a partir de wet-blue, designado por crispado, produto normalmente produzido a partir da pele em tripa e muito difícil de obter a partir de wet-blue. Este produto caracteriza-se pela sua forma granular irregular e firme da pele. O processo desenvolvido foi ainda optimizado no sentido da redução do consumo de água e de energia. Tendo em conta a necessidade da empresa também se tentou melhorar as características do couro wet-white, muito solicitado actualmente, com resultados positivos no que respeita à temperatura de contracção do couro e às propriedades físico-mecânicas mas sem se atingir o principal objectivo que seria tornar a cor mais clara e mais pura. Foram desta forma dados contributos importantes para a empresa que, assim, dimensionou um sistema mais económico para o aquecimento de água que vai adoptar e ficou com um processo disponível para produzir um produto até então não conseguido.

Projecto integrado de AVAC e outras especialidades para um edifício com necessidades quase nulas de energia

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

A eficiência energética na reabilitação de edifícios

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas Ambientais

Eficiência energética, aplicação em edifícios de serviços: o caso do hospital do ICUF

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Integração de paineís solares térmicos soluções de pós-construção

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente,perfil de Gestão e Sistemas Ambientais

A contribuição dos sistemas solares térmicos e fotovoltaicos para o balanço energético dos edifícios residenciais unifamiliares

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Integração de energias renováveis num modelo de edifício de Balanço Energético Quase Zero (NZEB)

Neste estudo aborda-se o novo conceito dos edifícios com necessidades quase nulas de energia (Nearly Zero Energy Buildings, NZEB) no parque edificado Europeu, nomeadamente os edifícios de habitação que serão construídos a partir de 2020. Estes edifícios terão que respeitar os requisitos mínimos de eficiência energética de modo a reduzir a dependência dos combustíveis fósseis que tem vindo a aumentar significativamente ao longo dos últimos anos. Ao longo deste trabalho foi modelado e dimensionado um edifício de habitação unifamiliar situado na zona de Lisboa e recorreu-se a técnicas e estratégias que aumentam a eficiência energética do mesmo. Este dimensionamento foi feito recorrendo ao software DesignBuilder, tendo sido em seguida efetuada uma análise energética, com recurso ao software EnergyPlus. Posteriormente à análise estar feita, realizou-se um estudo utilizando o software SolTerm para se integrar sistemas de produção de energia renovável no edifício, de modo a tentar suprir as necessidades energéticas do edifício no que se refere a aquecimento ambiente, águas quentes sanitárias (AQS) e necessidades elétricas. Para suprir as necessidades de arrefecimento e aquecimento que o sistema solar térmico não tem capacidade de suprir foi introduzida uma bomba de calor, reduzindo assim o consumo elétrico tornando o edifício mais sustentável. Já para produção de energia elétrica foi inserido um sistema solar fotovoltaico. Foi avaliada também nesta fase a relação custo-benefício da aplicação de cada um destes sistemas, de modo a escolher aquele que maximiza o suprimento das necessidades e que ao mesmo tempo é economicamente viável. Por último foi realizada uma análise crítica aos resultados obtidos e é feito o enquadramento com o que é pretendido num edifício NZEB.

Taller de energías renovables.

El proyecto se lleva a cabo en el centro de educación concertado Nuestra Señora del Carmen de Valladolid, donde trabajan los once profesores y profesoras que lo han desarrollado. Los objetivos planteados son: - Formar y sensibilizar a los docentes sobre la problemática socio-ambiental de las fuentes energéticas contaminantes y acercar a estos a las energías renovables mediante experiencias sencillas que ellos mismos puedan desarrollar en sus domicilios. - Potenciar actitudes y capacidades para poder participar de una manera activa en la defensa del medio ambiente desarrollando e incentivando el pensamiento crítico y objetivo para poder pasar a la acción.- Potenciar hábitos de consumo responsable y sostenible y valores como la solidaridad, la tolerancia y la cooperación.- Valorar las Energías Renovables frente a las no Renovables, así como comprender los fenómenos y procesos naturales que son el germen de las primeras, así como las diferentes técnicas de aprovechamiento.- Reconocer la dependencia energética en la actividad diaria y fomentar hábitos de ahorro energético. - Promover la cultura del desarrollo energético sostenible basado en el uso de las fuentes renovables de energía y su uso eficiente.- Promover diversas vías de formación y capacitación de los recursos humanos en energías renovables. A lo largo del proyecto se ha realizado por parte de los profesores con conocimientos en programación del Centro y con la colaboración del resto, una aplicación multimedia dedicada a las energías renovables, donde aparecían las distintas prácticas llevadas a cabo por los alumnos. Esta aplicación cuenta con información relativa a las distintas fuentes renovables: energía solar térmica y fotovoltaica, energía eólica, energía hidráulica, energía geotérmica, biomasa, mareomotriz, etc. Todos los alumnos participantes en el proyecto Taller de Energías Renovables han recibido una copia de la aplicación de forma que tengan una herramienta a la hora de buscar información acerca de las fuentes renovables. Con el objeto de convocar a los participantes en el taller a las distintas prácticas e informar al resto de los compañeros de las distintas actividades que estaban llevándose a cabo, los profesores han elaborado un boletín energético que se situaba en las distintas aulas donde estaban los alumnos seleccionados. Este boletín energético constaba de las siguientes partes: - ¿Qué hemos hecho?, - Conclusiones,- Teoría de la sesión anterior,- ¿Qué vamos a hacer?, y un JuegoTambien se ha realizado un curso de introducción a las energías renovables que ha constado de una parte general, donde se explicaban los fundamentos de la energía, y una parte específica donde se ha enseñado los principios de las energías renovables. Los alumnos han ido copiando los distintos esquemas realizados durante la clase en un cuadernillo y han pegado dibujos, recortes de revistas, noticias, slogan y distintos materiales relacionados con las energías renovables. Así mismo se ha realizado un debate, Para el debate se dividió a los alumnos en varios grupos. Cada uno de estos grupos representaba un sector relacionado con la energía: un grupo ecologista, un ejecutivo de una central nuclear, una gran petrolera multinacional y una empresa dedicada a la instalación de sistemas renovables. Se les planteaba una determinada situación y tenían que argumentar según a quién representaban. Una vez realizado este debate se pusieron en común las principales ideas recogidas. Las prácticas del Taller de Energías Renovables han sido: Primera práctica. Propiedades del calor: Conducción, convección y radiación. Segunda práctica. Invernadero y muro de botellas. Tercera práctica. Panel solar térmico. Cuarta práctica. Panel solar térmico con depósito. Elaboración de boletines energéticos. Quinta práctica. Panel solar fotovoltaico. Sexta práctica. Principios de energía eólica - veleta, molinillo y anemómetro. Elaboración de boletines energéticos. Séptima práctica. Generación eléctrica eólica. Campaña de concienciación en el Centro. En el mes de mayo se han expuesto los materiales elaborados por los alumnos en el 'Taller de Energías Renovables' de forma que el resto de alumnos del Centro pudiesen contemplar los distintos avances conseguidos. Trabajo no publicado.

Energias renováveis para águas quentes sanitárias

Este trabalho tem como principais objetivos identificar alguns problemas ambientais, perceber as potencialidades das energias renováveis e as diversas maneiras de aproveitamento solar, estabelecer uma comparação entre o Decreto-Lei n.º 80/2006, que deixou de vigorar, e o Decreto-Lei n.º 118/2013, que veio substituí-lo e dimensionar um sistema solar térmico simples com pré-fabricados de pavimento com função de coletor, recentemente criado e desenvolvido. O conhecimento das técnicas do aproveitamento solar, tanto ao nível do aproveitamento ativo como passivo, aplicadas aos edifícios, são suficientes para uma diminuição significativa na fatura energética dos edifícios, responsáveis pelo consumo de 40% da energia final. No tratamento e análise dos decretos, foi possível estudar um caso de estudo, deste modo estabelecendo mais eficazmente as diferenças entre estes. Para tal foram comparados os valores das soluções adotadas no edifício com os valores limites regulamentares pelo Decreto-Lei com os valores dispostos no Decreto-Lei n.º 118/2013, procedendo a cálculos sempre que necessários. As maiores diferenças sentidas foram ao nível do cálculo das necessidades nominais anuais de energia. No caso de estudo, optou-se pela simplicidade aquando do dimensionamento dos pré-fabricados, pois este projeto está ainda numa fase inicial com muitas melhorias a serem feitas a nível do material a utilizar. A comercialização deste produto ainda não é possível, no entanto, prevê-se que o seu custo venha a ser apelativo. A conjugar com o baixo custo, existe o fator da versatilidade das peças, sendo possível uma instalação com variadas formas ou até mesmo padrões.

Contributos para a certificação energética de edifícios de habitação e de serviços

Na União Europeia, os edifícios de habitação e de serviços apresentam elevados consumo energéticos. Para minimizar estes consumos a Comissão Europeia criou Diretivas, com a consequente transposição para a legislação nacional no âmbito da certificação energética de modo a classificar os edifícios em função do seu desempenho energético. No presente trabalho é realizado o estudo do desempenho energético e da classificação de uma fração destinada a habitação e de uma fração de serviços, tendo presente a análise de uma medida de melhoria baseada na microprodução de energia solar. É referida a evolução legislativa em que se inserem os certificados energéticos, referindo os aspetos a ter em conta na metodologia de cálculo do desempenho energético Faz-se uma descrição sucinta do levantamento e tratamento dos dados de cada imóvel assim como da introdução destes em folhas de cálculo, sendo ainda sugerido medidas de melhoria de modo a obter um melhor desempenho e consequentemente uma classificação superior. O certificado energético destes edifícios permite-nos ter uma classificação da sua prestação energética comparativamente com um edifício “similar” de referência. As medidas de melhoria aplicadas, nomeadamente adoção de um sistema solar térmico termossifão no edifício de habitação e de um sistema fotovoltaico para autoconsumo no edifício de serviços, a médio longo prazo, permitem uma redução de custos da energia. A análise de viabilidade da instalação do sistema fotovoltaico foi executada com recurso ao software Homer Energy. O edifício de habitação obteve uma classificação D e com a aplicação da medida de melhoria obteve uma classificação C, tendo-se obtido uma redução das necessidades anuais de energia primária de 41,8% e de emissões de GEE de 42,9%. O edifício de serviços obteve uma classificação B- e com a medida de melhoria aplicada a classificação manteve-se. No entanto, permite uma redução da fatura energética anual significativa, com uma redução de necessidades de energia primária de 47,8% e de emissão de GEE de 18,6%.