Avaliação do desempenho energético de um grande edifício de serviços existente

Nesta dissertação pretende-se caracterizar o desempenho energético de um grande edifício de serviços existente, da tipologia ensino, avaliar e identificar potenciais medidas que melhorem aquele desempenho, permitindo, em complemento, determinar a sua classificação energética no âmbito da legislação vigente. A pertinência do estudo prende-se com a avaliação do desempenho energético dos edifícios e com o estudo de medidas de melhoria que permitam incrementar a eficiência energética, por recurso a um programa de simulação energética dinâmica certificado – DesignBuilder e tendo em conta a regulamentação portuguesa em vigor. Inicialmente procedeu-se à modelação do edifício com recurso ao programa DesignBuilder, e, simultaneamente, realizou-se um levantamento de todas as suas características ao nível de geometria, pormenores construtivos, sistemas AVAC e de iluminação e fontes de energia utilizadas. Com vista à caracterização do modo de operação do edifício, foi realizado um levantamento dos perfis reais de utilização em termos de ocupação, iluminação e equipamentos para os vários espaços. Foram realizadas medições de caudais de ar novo e da temperatura do ar, em alguns equipamentos e alguns espaços específicos. Foram realizadas medições em tempo real e leituras de contagens da energia eléctrica utilizada, quer em período de aulas quer em período de férias, que permitiram a desagregação das facturas da energia eléctrica que se apresentam globais para o campus do ISEP. Foram realizadas leituras de contagens de gás natural. Em sequência, foi realizada a simulação energética dinâmica com o intuito de ajustar o modelo criado aos consumos reais e de analisar medidas de melhoria que lhe conferissem um melhor desempenho energético. Essas medidas são agrupadas em quatro tipos: - Medidas de natureza comportamental; - Medidas de melhoria da eficiência energética nos sistemas de iluminação; - Medidas de melhoria de eficiência energética nos sistemas AVAC;- Medidas que visam a introdução de energias de fonte renovável; Em sequência, foi elaborada a simulação nominal e calculados os indicadores de eficiência energética com vista à respectiva classificação energética do edifício, tendo o edifício apresentado uma Classe Energética D de acordo com a escala do SCE. Finalmente, foi avaliado o impacto das diferentes medidas de melhoria identificadas e com potencial de aplicação, isto é, que apresentaram um retorno simples do investimento inferior a oito anos, tanto ao nível do desempenho energético real do edifício, como ao nível da sua classificação energética. De onde se concluiu que existe um potencial de 7% de redução nos consumos energéticos actuais do edifício e de 18% se o funcionamento do edifício for em pleno, ou seja, se todos os seus sistemas estiverem efectivamente em funcionamento, e que terá impacto na classificação energética alcançado uma Classe Energética C.

Preliminary study of synthesis gas production from water electrolysis, using the ELECTROFUEL (R) concept

This paper describes preliminary work on the generation of synthesis gas from water electrolysis using graphite electrodes without the separation of the generated gases. This is an innovative process, that has no similar work been done earlier. Preliminary tests allowed to establish correlations between the applied current to the electrolyser and flow rate and composition of the generated syngas, as well as a characterisation of generated carbon nanoparticles. The obtained syngas can further be used to produce synthetic liquid fuels, for example, methane, methanol or DME (dimethyl ether) in a catalytic reactor, in further stages of a present ongoing project, using the ELECTROFUEL® concept. The main competitive advantage of this project lies in the built-in of an innovative technology product, from RE (renewable energy) power in remote locations, for example, islands, villages in mountains as an alternative for energy storage for mobility constraints.

Syngas production by water electrolysis: preliminary tests on methane production

Master Thesis to obtain the Master degree in Chemical Engineering - Branch Chemical Processes

Estudo comparativo entre o sistema convencional de arrefecimento e o arrefecedor evaporativo para os edifícios industriais portugueses

Em Portugal existem muitos espaços comerciais e industriais em que as necessidades térmicas de arrefecimento são muito superiores às necessidades de aquecimento devido aos ganhos internos que advêm da existência de equipamentos e da iluminação dos edifícios, assim como, da presença das pessoas. A instalação de sistemas convencionais de ar condicionado para espaços comerciais e industriais de grande dimensão está geralmente associada ao transporte de grandes caudais de ar, e consequentemente, a elevados consumos de energia primária, e também, elevados custos de investimento, de manutenção e de operação. O arrefecedor evaporativo é uma solução de climatização com elevada eficiência energética, cujo princípio de funcionamento promove a redução do consumo de energia primária nos edifícios. A metodologia utilizada baseou-se na criação de uma ferramenta informática de simulação do funcionamento de um protótipo de um arrefecedor evaporativo. Foi efetuada a modelação matemática das variáveis dinâmicas envolvidas, dos processos de transferência de calor e de massa, assim como dos balanços de energia que ocorrem no arrefecedor evaporativo. A ferramenta informática desenvolvida permite o dimensionamento do protótipo do arrefecedor evaporativo, sendo determinadas as caraterísticas técnicas (potência térmica, caudal, eficiência energética, consumo energético e consumo e água) de acordo com o tipo de edifício e com as condições climatéricas do ar exterior. Foram selecionados três dimensionamentos de arrefecedores evaporativos, representativos de condições reais de uma gama baixa, média e elevada de caudais de ar. Os resultados obtidos nas simulações mostram que a potência de arrefecimento (5,6 kW, 16,0 kW e 32,8 kW) e o consumo de água (8 l/h, 23,9 l/h e 48,96 l/h) aumentam com o caudal de ar do arrefecedor, 5.000 m3/h, 15.000 m3/h e 30.000 m3/h, respetivamente. A eficácia de permuta destes arrefecedores evaporativos, foi de 69%, 66% e 67%, respetivamente. Verificou-se que a alteração de zona climática de V1 para V2 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 20% no consumo de água, e que, a alteração de zona climática de V2 para V3 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 39% no consumo de água. O arrefecedor evaporativo apresenta valores de consumo de energia elétrica entre 40% a 80% inferiores aos dos sistemas de arrefecimento convencionais, sendo este efeito mais intenso quando a zona climática de verão se torna mais severa.

Redes de distribuição de gás natural: projeto e desenvolvimento

Atualmente o gás natural é a principal fonte de energia utilizada pela maioria dos europeus nos setores doméstico, terciário e industrial. É considerado a alternativa energética do futuro e a mais ecologicamente correta de que podemos dispor, numa escala compatível com as elevadas necessidades energéticas da Humanidade a nível global. Aliado a estes factos, surgem cada vez mais regras de boa prática, normas e legislação, nomeadamente especificações técnicas de forma a regular o setor e dotar as entidades intervenientes na conceção e controlo de uma instalação de rede de gás, de um conhecimento mais detalhado e atualizado sobre esta matéria. Esta dissertação pretende assim contribuir para a melhoria e modernização do desempenho de todos os que exercem funções neste setor, com vista ao aperfeiçoamento da qualidade e utilidade dos seus serviços. Este trabalho reúne o conjunto de informação técnica presente na legislação e normas de forma a preencher a eventual falha do conhecimento neste ramo por parte destes profissionais dotando-os de um conhecimento mais aprofundado, de modo a que possam executar corretamente e de forma eficaz o seu trabalho. Por outro lado, esta dissertação tem como objetivo o projeto e desenvolvimento de uma rede de distribuição de gás natural aplicado a três redes concretas: rede de distribuição, edifício e moradia. A conceção do projeto de instalação de gás inicia-se com a recolha de informação, seguindo-se o desenvolvimento do estudo do traçado. Assim, estão reunidas as condições para dimensionar e providenciar a escolha de materiais mais adequados para a execução da obra. A metodologia de dimensionamento adotada teve por base a equação dos gases perfeitos e a fórmula de Renouard simplificada, encontrando-se implementada numa folha de cálculo. Esta ferramenta de cálculo aliada à metodologia permite realizar de forma expedita o correto dimensionamento de uma rede de gás, bem como apurar se a velocidade de escoamento se encontra em conformidade com o definido no projeto.

TOXOCARIASIS: SEROLOGICAL DIAGNOSIS BY INDIRECT ANTIBODY COMPETITION ELISA

Toxocariasis is caused by infection of man by Toxocara canis and Toxocara cati larvae, the common roundworm of dogs and cats. Because larvae are difficult to detect in tissues, diagnosis is mostly based on serology. Non specific reactions are observed mainly due to cross-reactivity with Ascaris sp antigens. This investigation aimed at developing and evaluating an indirect antibody competition ELISA (IACE) employing a specific rabbit IgG anti-Toxocara canis excretory-secretory antigens as the competition antibody, in order to improve indirect ELISA specificity performed for toxocariasis diagnosis. For that, the rabbit IgG was previously absorbed by Ascaris suum adult antigens. Sensitivity and specificity of IACE were first evaluated in 28 serum samples of mice experimentally infected with T. canis embryonated eggs. Adopting cut-off value established in this population before infection, sensitivity and specificity were 100% after 20 days post-inoculation. For human population IACE was evaluated using sera from 440 patients with clinical signs of toxocariasis and the cut-off value was established with 60 serum samples from apparently healthy individuals. Using as reference test the indirect ELISA performed by Adolfo Lutz Institute, sensitivity was 60.2%, specificity was 98% and concordance was 77.3%. Repeatability of IACE was evaluated by the inter-reactions variation coefficient (2.4%).

Avaliação da qualidade do ar e classificação energética de uma piscina coberta e propostas de melhoria

A presente dissertação tem dois objetivos, o primeiro é a realização de uma auditoria energética e avaliação da qualidade do ar às instalações de uma Piscina Municipal, permitindo a sua classificação energética, e o segundo é o estudo de propostas de melhoria que contribuam para uma melhor eficiência energética do edifício. Na análise à qualidade do ar interior os parâmetros avaliados encontravam-se todos dentro dos limites estabelecidos por lei, com exceção dos valores de COVs que em dois pontos de medição (ambos na nave) ultrapassaram os limites estabelecidos por lei. A auditoria ao edifício permitiu verificar que o caudal mínimo de água nova nas piscinas imposto por lei é cumprido pela instalação. No que diz respeito ao caudal de ar novo introduzido, este apenas é respeitado quando a unidade de tratamento de ar está a debitar 100% da sua capacidade. Quando a unidade opera a 50% da sua capacidade apresenta um défice de 5% do valor mínimo estabelecido. Relativamente às perdas energéticas associadas aos tanques de natação, estas apresentam um valor de 95,89 kW, em que 59,09 kW dizem respeito às perdas por evaporação. Foi também possível concluir que as perdas por evaporação representam cerca de 39% da energia calorifica produzida nas caldeiras. O edifício apresenta um consumo anual de eletricidade de 166 482 kWh em que 69% deste valor é provocado pelas unidades de tratamento de ar e a iluminação apresenta apenas um peso de 3%. Em relação ao gás natural consumido pelas caldeiras o seu valor anual é de 1 317 240 kWh. A simulação dinâmica do edifício permitiu concluir que este apresenta um IEE de 1 269,9 kWh/m2.ano. O rácio de classe energética (RIEE) é de 1,24 o que significa que o edifício pertence à classe energética C. As medidas estudadas para a melhoria da eficiência energética, nomeadamente integração energética com uma central de ciclo combinado, aplicação de cobertura isotérmica nas piscinas e substituição do telhado na zona da nave, mostraram-se viáveis. O estudo da possibilidade da realização de uma integração energética permitiu concluir que a poupança anual é de 9 374 € e o investimento é recuperado em menos de 1,5 anos. Relativamente à aplicação de cobertura isotérmica o investimento é de 14 000 € e é recuperado em 2 anos. A substituição do telhado na zona da nave tem um investimento de 20 500 € e a recuperação realiza-se num período de 3,5 anos.

Estudo da turvação em rede de abastecimento de água a alta pressão no grande porto

A turvação é uma das principais preocupações das empresas de rede de distribuição de água potável. Para se saber a sua origem existem diversos mecanismos, sugeridos em bibliografia, que explicam a formação de depósitos de partículas nas tubagens, que se acumulam em camadas sobrepostas, criando entre si forças de coesão. A turvação pode surgir se o caudal ou a velocidade na tubagem aumentar, por alguma razão, pois um aumento da tensão de corte sobre o depósito, pode superar as forças de coesão levando à sua ressuspensão. Esta explicação é traduzida matematicamente pelo modelo PODDS (Prediction of Discolouration in Drinking Water Distribtuion System). O modelo PODDS foi compilado em EPANET recentemente por uma equipa de investigadores da Universidade de Sheffield e foi utilizado para fazer o estudo num ramal da empresa AdDP - Águas do Douro e Paiva, SA. Os resultados das simulações permitirão prever o caudal mínimo teórico a utilizar no ramal que origina o valor limite de turvação. Foram realizados ensaios de variação do caudal no ramal de Jovim-Ramalde para a calibração do modelo. Os parâmetros obtidos foram: Cmáx igual a 100 NTUm, b e n igual a 1, k é igual -1 NTUm3/N, e por fim, P igual a 0,0001 NTUm3/N.s. Após calibração do modelo realizaram-se simulações com atualização das forças de coesão para conhecer o caudal que provocaria a mobilização das partículas até uma turvação de 4 NTU e concluiu-se que o valor seria de 4,32 m3/s. O tempo necessário para regressar a valores inferiores a 1 NTU também foi determinado e 4 horas e 8 minutos foi o valor alcançado. Por fim realizou-se um estudo da influência da temperatura neste modelo e o resultado mostrou que este parâmetro é pouco influente para a gama de temperaturas considerada.

Unilateral Versus Bilateral Prostatic Arterial Embolization for Lower Urinary Tract Symptoms in Patients with Prostate Enlargement

PURPOSE: This study was designed to compare baseline data and clinical outcome between patients with prostate enlargement/benign prostatic hyperplasia (PE/BPH) who underwent unilateral and bilateral prostatic arterial embolization (PAE) for the relief of lower urinary tract symptoms (LUTS). METHODS: This single-center, ambispective cohort study compared 122 consecutive patients (mean age 66.7 years) with unilateral versus bilateral PAE from March 2009 to December 2011. Selective PAE was performed with 100- and 200-μm nonspherical polyvinyl alcohol (PVA) particles by a unilateral femoral approach. RESULTS: Bilateral PAE was performed in 103 (84.4 %) patients (group A). The remaining 19 (15.6 %) patients underwent unilateral PAE (group B). Mean follow-up time was 6.7 months in group A and 7.3 months in group B. Mean prostate volume, PSA, International prostate symptom score/quality of life (IPSS/QoL) and post-void residual volume (PVR) reduction, and peak flow rate (Qmax) improvement were 19.4 mL, 1.68 ng/mL, 11.8/2.0 points, 32.9 mL, and 3.9 mL/s in group A and 11.5 mL, 1.98 ng/mL, 8.9/1.4 points, 53.8 mL, and 4.58 mL/s in group B. Poor clinical outcome was observed in 24.3 % of patients from group A and 47.4 % from group B (p = 0.04). CONCLUSIONS: PAE is a safe and effective technique that can induce 48 % improvement in the IPSS score and a prostate volume reduction of 19 %, with good clinical outcome in up to 75 % of treated patients. Bilateral PAE seems to lead to better clinical results; however, up to 50 % of patients after unilateral PAE may have a good clinical outcome.

Otimização energética à secção das malhas

A presente dissertação realizada na empresa Continental-Indústria Têxtil do Ave, S.A., teve como objetivo a otimização energética da secção das malhas. Esta secção divide-se em duas áreas, a tricotagem e a ramulagem. Os artigos produzidos diferem no seu peso específico, composição e condições de operação, sendo os artigos A, B e C compostos por poliéster e termofixados a 190ºC e os artigos D e E compostos por poliéster e algodão, com uma temperatura de operação de 205ºC. Numa primeira etapa estudou-se o funcionamento da máquina de termofixação – a râmula – que opera em trabalho contínuo a 40 m/min. Esta máquina tem incorporado um permutador de calor, que aquece o ar fresco de entrada com os gases de exaustão das estufas. Posteriormente efetuou-se o levantamento energético de cada artigo, para as áreas de tricotagem e ramulagem. Verificou-se que os artigos D e E, pela sua constituição, são os que apresentam um consumo específico superior, em tep/ton. Entre as várias utilidades consumidas (gás natural, eletricidade e ar comprimido) o gás natural representa mais de 50% do consumo de energia total necessário para a produção de cada artigo. Após a completa análise aos consumos energéticos da râmula, foram realizados ensaios de otimização, tendo-se concluído que a diminuição do caudal de exaustão pode atingir valores de poupança anual de gás natural na ordem dos 3.000 €. Com o objetivo de avaliar o consumo de gás natural, não sendo possível a realização experimental, foram feitas simulações com base em alterações na corrente de entrada de ar fresco no permutador. Foi também estudada a possibilidade de isolamento e revestimento térmico da conduta exterior, projetada para o reaproveitamento do ar dos compressores, tendo-se obtido um orçamento de 2.500 €. Admitindo-se uma gama de temperaturas entre os 40ºC e os 60ºC, com um caudal de insuflação de 30%, obteve-se um payback entre os 0,97 e os 3,28 anos. Numa segunda fase admitiu-se uma temperatura média de 50ºC, aumentando o caudal de insuflação até 100%. O período de retorno obtido variou entre os 0,33 e os 1,38 anos, podendo as poupanças anuais atingirem os 7.600 €.

Heat recovery from wastewater: numerical modelling of sewer systems

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Engenharia Sanitária

Numerical Evaluation of Ventilation Performance in Children Day Care Centres

Modelling of ventilation is strongly dependent on the physical characteristics of the building of which precise evaluation is a complex and time consuming task. In the frame of a research project, two children day care centres (CDCC) have been selected in order to measure the envelope air permeability, the flow rate of mechanical ventilation systems and indoor and outdoor temperature. The data obtained was used as input to the computer code CONTAM for ventilation simulations. The results obtained were compared with direct measurements of ventilation flow from short term measurements with CO2 tracer gas and medium term measurements with perfluorocarbon tracer (PFT) gas decay method. After validation, in order to analyse the main parameters that affect ventilation, the model was used to predict the ventilation rates for a wide range of conditions. The purpose of this assessment was to find the best practices to improve natural ventilation. A simple analytical method to predict the ventilation flow rate of rooms is also presented. The method is based on the estimation of wind effect on the room through the evaluation of an average factor and on the assessment of relevant cross section of gaps and openings combined in series or in parallel. It is shown that it may be applied with acceptable accuracy for this type of buildings when ventilation is due essentially to wind action.

Evaluating the potential of yeast strains to produce added value products for the food and/or pharmaceutical industries

This study focus in the valorization of the apple pomace with the main goal of obtaining added value products. For that, hot compressed water technology was used for the extraction of phenolic compounds and hydrolysis of polysaccharides presents in the lignocellulosic structure of apple pomace to obtain simple sugars. The sugars have been utilized as alternative carbon source for growth, lipid accumulation and carotenoids production by five different yeast Yarrowia lipolytica, Rhodotorula mucilaginosa, Rhodotorula glutinis, Rhodosporidium babjevae and Rhodosporidium toruloides. Hydrolysis experiments were carried out with constant pressure of 100 bar, flow rate of 2mL/min and temperatures between 50°C and 250°C. The amount of total sugars present in apple pomace hydrolysates showed maximum values for the hydrolysis temperatures of 110°C and 190°C. In fact, these temperatures revealed the best results regarding the monosaccharides quantities. The amount of 5-HMF and furfural in each hydrolysate varied through the different temperatures. Maximum values for 5-HMF were obtained with 170°C, while furfural showed to be maximum at 210°C. Extraction of phenolic compounds were performed in simultaneously with hydrolysis reactions. Total phenolic compounds (TPC) increased along the temperature, however with small variations between 170°C and 250°C. Hydrolysates were then used as alternative carbon source to yeast growth. R. mucilaginosa shows the highest optical density, with the hydrolysate obtained at 130°C. Carotenoids produced by these yeast scored a total of 7.02μg carotenoids/g cell dry weight, while for the control assay, the same yeast scored 9.31μg caratonoides/g cell dry weight. β-carotene was quantified by HPLC, were 33% of the carotenoid production by R. mucilaginosa with hydrolysate as carbon source, corresponded to β-caroteno.

Impact performance prediction of injection-molded talc-filled polypropylene through thermomechanical environment assessment

Due to the fact that different injection molding conditions tailor the mechanical response of the thermoplastic material, such effect must be considered earlier in the product development process. The existing approaches implemented in different commercial software solutions are very limited in their capabilities to estimate the influence of processing conditions on the mechanical properties. Thus, the accuracy of predictive simulations could be improved. In this study, we demonstrate how to establish straightforward processing-impact property relationships of talc-filled injection-molded polypropylene disc-shaped parts by assessing the thermomechanical environment (TME). To investigate the relationship between impact properties and the key operative variables (flow rate, melt and mold temperature, and holding pressure), the design of experiments approach was applied to systematically vary the TME of molded samples. The TME is characterized on computer flow simulation outputsanddefined bytwo thermomechanical indices (TMI): the cooling index (CI; associated to the core features) and the thermo-stress index (TSI; related to the skin features). The TMI methodology coupled to an integrated simulation program has been developed as a tool to predict the impact response. The dynamic impact properties (peak force, peak energy, and puncture energy) were evaluated using instrumented falling weight impact tests and were all found to be similarly affected by the imposed TME. The most important molding parameters affecting the impact properties were found to be the processing temperatures (melt andmold). CI revealed greater importance for the impact response than TSI. The developed integrative tool provided truthful predictions for the envisaged impact properties.

A hybrid MAC Scheme to improve the transmission performance in body sensor networks

Wireless body sensor networks (WBSNs) constitute a key technology for closing the loop between patients and healthcare providers, as WBSNs provide sensing ability, as well as mobility and portability, essential characteristics for wide acceptance of wireless healthcare technology. However, one important and difficult aspect of WBSNs is to provide data transmissions with quality of service, among other factors due to the antennas being small size and placed close to the body. Such transmissions cannot be fully provided without the assumption of a MAC protocol that solves the problems of the medium sharing. A vast number of MAC protocols conceived for wireless networks are based on random or scheduled schemes. This paper studies firstly the suitability of two MAC protocols, one using CSMA and the other TDMA, to transmit directly to the base station the signals collected continuously from multiple sensor nodes placed on the human body. Tests in a real scenario show that the beaconed TDMA MAC protocol presents an average packet loss ratio lower than CSMA. However, the average packet loss ratio is above 1.0 %. To improve this performance, which is of vital importance in areas such as e-health and ambient assisted living, a hybrid TDMA/CSMA scheme is proposed and tested in a real scenario with two WBSNs and four sensor nodes per WBSN. An average packet loss ratio lower than 0.2 % was obtained with the hybrid scheme. To achieve this significant improvement, the hybrid scheme uses a lightweight algorithm to control dynamically the start of the superframes. Scalability and traffic rate variation tests show that this strategy allows approximately ten WBSNs operating simultaneously without significant performance degradation.