Sistema de iluminação eficiente utilizando a tecnologia LED para espaços públicos interiores

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Desenvolvimento de uma ferramenta de apoio a auditorias energéticas no âmbito das empresas de serviços de energia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Elétrica e Utilização Sustentáveis, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Arrefecimento evaporativo de ambientes e elementos construtivos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção A presente dissertação foi preparada no âmbito do Convénio existente entre o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) e a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (FCT-UNL), tendo sido realizada no LNEC.

Implementação de códigos LDPC em OFDM e SC-FDE

Os desenvolvimentos dos sistemas de comunicação sem fios apontam para transmissões de alta velocidade e alta qualidade de serviço com um uso eficiente de energia. Eficiência espectral pode ser obtida por modulações multinível, enquanto que melhorias na eficiência de potência podem ser proporcionadas pelo uso de códigos corretores de erros. Os códigos Low-Density Parity-Check (LDPC), devido ao seu desempenho próximo do limite de Shannon e baixa complexidade na implementação e descodificação são apropriados para futuros sistemas de comunicações sem fios. Por outro lado, o uso de modulações multinível acarreta limitações na amplificação. Contudo, uma amplificação eficiente pode ser assegurada por estruturas de transmissão onde as modulações multinível são decompostas em submodulações com envolvente constante que podem ser amplificadas por amplificadores não lineares a operar na zona de saturação. Neste tipo de estruturas surgem desvios de fase e ganho, produzindo distorções na constelação resultante da soma de todos os sinais amplificados. O trabalho foca-se no uso dos códigos LDPC em esquemas multiportadora e monoportadora, com especial ênfase na performance de uma equalização iterativa implementada no domínio da frequência por um Iterative Block-Decision Feedback Equalizer (IB-DFE). São analisados aspectos como o impacto do número de iterações no processo de descodificação dentro das iterações do processo de equalização. Os códigos LDPC também serão utilizados para compensar os desvios de fase em recetores iterativos para sistemas baseados em transmissores com vários ramos de amplificação. É feito um estudo sobre o modo como estes códigos podem aumentar a tolerância a erros de fase que incluí uma análise da complexidade e um algoritmo para estimação dos desequilíbrios de fase.

Modelação numérica de corpos flutuantes – extratores pontuais

Os conversores pontuais de energia das ondas baseiam-se no movimento de um flutuador. Neste trabalho modela-se a resposta de um corpo flutuante quando excitado por ondas regulares e irregulares. Ao contrário da engenharia naval, onde se pretende minimizar os movimentos de um navio face à agitação, na conversão da energia das ondas interessa que o comportamento do corpo flutuante seja ressonante. No entanto, ambos os problemas são modelados pelos mesmos modelos matemáticos. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo numérico que permita conhecer o movimento do flutuador quando livre ou ligado a um sistema de conversão de energia Power Take-off (PTO). Nesta dissertação considera-se que o corpo tem apenas liberdade para efetuar movimentos de arfagem. A resolução numérica da dinâmica do extrator apoia-se na teoria linear, sendo nesta dissertação efetuada com recurso ao código comercial Ansys – AQWA, de utilização comum em problemas offshore. Numa primeira fase simulam-se situações para as quais existem resultados publicados na bibliografia, validando-se a metodologia utilizada. Posteriormente, estuda-se o comportamento do sistema de extração para ondas regulares e estados do mar típicos. Variam-se os coeficientes de amortecimento, elásticos e a massa quer do flutuador quer do sistema PTO, otimizando a extração de energia. Utilizam-se análises no tempo e na frequência. O estudo permitiu concluir que é fundamental, do ponto de vista da eficiência energética, que o sistema funcione com características ressonantes, o que é conseguido quando a velocidade do flutuador está em fase com a força de excitação hidrodinâmica. O ajuste da condição de ressonância é conseguida variando os coeficientes elásticos e massa do PTO ou a massa do flutuador.

Métodos inovadores para a bio-secagem do CDR produzido na linha de processo da unidade de Tratamento Mecânico e Biológico (TMB) – Caso de estudo na VALNOR SA

A presente dissertação foca-se em métodos inovadores para a bio-secagem do Combustível Derivado de Resíduos (CDR) produzido na linha de Tratamento Mecânico de Biológico (TMB), na VALNOR SA. O CDR representa 25 a 35% dos resíduos indiferenciados tratados numa unidade de TMB e que resulta do refugo e rejeitados retirados na linha de triagem mecânica e no processo de afinação do composto orgânico. O CDR pode ser utilizado como combustível alternativo ao combustível fóssil em centrais de co-geração e/ou cimenteiras. No caso da indústria cimenteira, a secagem do CDR é fundamental (a humidade média é de 40 a 50% e, terá de se reduzir para 20% ou inferior) de modo a aumentar o seu Poder Calorífico Inferior (PCI), para maior eficiência energética no processo produtivo nos fornos do clínquer e dar cumprimento à redução de utilização dos combustíveis fósseis que a União Europeia pretende. Com este trabalho, contribuiu-se com mais um passo no sentido de se viabilizarem as melhores opções técnico-ambientais e económicas para se cumprirem os objetivos prioritários no domínio da valorização dos resíduos passando a ser um recurso ou produto. Com efeito a substituição do combustível fóssil por um combustível alternativo do tipo do CDR não só se traduz em benefícios ambientais, nomeadamente a redução de deposição em aterro, a redução das emissões de Gases com Efeito de Estufa (GEE) e o cumprimento dos objetivos e metas do Plano Estratégico para os Resíduos Sólidos Urbanos (PERSU) 2020, como também enquadra evidentes vantagens económicas enquanto recurso alternativo e minimiza o valor do instrumento financeiro da Taxa de Gestão de Resíduos (TGR) que se prevê aumentar significativamente até 2020 no que respeita à deposição de resíduos/refugos/rejeitados em aterro.

Projeto de um altifalante digital

Devido ao crescente desenvolvimento das nanotecnologias, estando associadas a melhoria da eficiência energética assim como mais processamento de dados e a redução dos custos, esta dissertação possibilita todo o enquadramento com sistemas modernos ao nível do áudio digital. Tendo como base esta perspetiva, esta dissertação apresenta um sistema de áudio completo desde a fonte do sinal digital no PC até ao sinal analógico no altifalante. O sistema é constituído pelos seguintes módulos: a interface do utilizador no PC, o Processador Digital de Sinais (DSP), o amplificador digital e os altifalantes. O sistema é baseado na amplificação de classe D controlada por um modulador sigma delta (ΣΔM) digital. São abordadas as técnicas utilizadas e os cuidados a ter em conta em cada módulo, tendo como principal objetivo uma boa qualidade de áudio. Diferentes arquiteturas ΣΔM são primeiramente analisadas por simulações para validar a estabilidade e a funcionalidade, seguidamente são implementadas ao nível físico no protótipo para qualificar algumas medições elétricas e testes acústicos básicos. Depois de selecionados os ΣΔM mais promissores, o sistema foi avaliado pela análise de alguns testes elétricos de alto nível assim como gravações do sinal de áudio em um ambiente de estúdio controlado. Os resultados acústicos são comparados com um sistema de estúdio com reconhecimento no mercado. As medições finais do protótipo revelaram valores do rendimento de até 72%, a SNR na saída do amplificador digital de 73 dB através da leitura com o Audio Precision ATS-2, com uma THD de -75 dB e uma gama dinâmica (DR) de 75 dB. A tensão de alimentação pode ir dos 5 aos 12 Volt, utilizando uma metodologia H-bridge na saída do amplificador, e podendo ser aplicada uma carga mínima de 4 Ohm. O sistema desenvolvido demonstra-se promissor e possibilita melhorias através de otimização de cada elemento em particular, desde adicionar capacidades ao DSP através de novo firmware, ou melhorar a potência do amplificador digital consoante os requisitos da aplicação.

Auto-consumo directo: definição de metodologia e estudo de caso

Actualmente uma das preocupações da Comissão Europeia passa pela maneira como a energia é convertida e o modo como esta é aproveitada. Surgiu assim a estratégia Europa 2020, onde é claramente expressa a preocupação relativamente ao Ambiente e a diminuição da pegada ecológica. No campo relativo ao Ambiente e Energia existem metas tais como a redução das emissões de gases de efeito de estufa em 20%, o aumento da eficiência energética em 20% e a obtenção de 20% da energia consumida via energias renováveis. De maneira a que seja possível atingir as metas propostas, têm de surgir novos regimes para as energias renováveis uma vez que se tem verificado uma diminuição de apoios às tarifas feed-in. Estes factos levaram ao surgimento de um novo regime, o auto-consumo directo, que em tudo se diferencia das tarifas feed-in, uma vez que neste regime o produtor vendia toda a energia que produzia à rede. Já no regime de auto-consumo directo, o produtor consome a energia que produz, passando a ser um prosumer. Nesta dissertação é feito o levantamento sobre o conceito de auto-consumo directo assim como a legislação e ponto de situação da Europa e de Portugal no que diz respeito à paridade de rede. Foram ainda definidas as metodologias a aplicar. Com o auxílio da ferramenta informática desenvolvida em ambiente Java foi feita a análise de dois estudos de caso, uma indústria e um comércio e foi estudada a viabilidade económica, de cada caso, segundo vários indicadores e parâmetros definidos.

Metodologias para o planeamento urbano solar

A cada vez maior escassez dos recursos e as consequências dos fenómenos das alterações do clima levam a um debate mundial acerca do atual paradigma da emergência da utilização de fontes de energia renováveis em substituição das atuais fontes não renováveis. Quando a este problema se associa uma cada vez maior pressão demográfica e um acentuado desenvolvimento das áreas urbanas, sobrecarregando ainda mais o sistema de suporte natural, torna-se evidente a necessidade de alterar os pressupostos deste paradigma. De modo a contribuir com uma resposta ao atual cenário energético, o presente estudo foca-se na construção de uma metodologia que permita estabelecer um conjunto de condições favoráveis à integração de uma energia limpa e renovável no processo de planeamento urbano sustentável. Uma vez que o Sol representa a maior fonte de energia disponível no planeta e uma das que mais facilmente se integra no contexto urbano, é fácil compreender a sua escolha para o papel principal no planeamento urbano. Para que tal se suceda, torna-se necessário recorrer ao estudo e análise do conhecimento na área científica de modo a possibilitar a construção de uma base sustentável para a correta implantação desta fonte de energia nos atuais sistemas urbanos. A integração da energia solar no novo modelo de ocupação urbana, mais compacto e multifuncional, requer que a sua implementação se realize de modo diferenciado, nomeadamente através do recurso a parâmetros físico-espaciais considerados relevantes, no processo operativo de planeamento urbano sustentável. A introdução destes parâmetros no planeamento possibilita a afirmação de modelos de ocupação conhecedores da necessidade de alterar o ciclo de vida da energia, nomeadamente na fase de consumo e de produção da mesma no contexto urbano. Deste modo, a integração numa proposta de modelo dos parâmetros tem como principal objetivo o aumento da eficiência energética durante as fases de conceção e utilização e ainda, o tornar efetivo o potencial da solução de produção de energia em ambiente urbano. Decorrente desta problemática foi desenvolvido um estudo prático de aplicação da metodologia proposta através de um caso em Portugal, de modo a que se pudesse aferir e concluir sobre a aplicabilidade prática do modelo teórico proposto. Em síntese, através do objetivo do tema, foi possível construir-se uma ferramenta que permite a concretização das metas definidas nos objetivos do milénio das Nações Unidas e pelos diferentes organismos internacionais, contribuindo para a alteração do paradigma energético em meio urbano atualmente verificado.

Visão integrada da reabilitação

A reabilitação de um edifício tem muitas vezes de ser analisada e efetuada tendo em conta os edifícios vizinhos e a envolvente. No caso particular da reabilitação de um edifício, à partida devem considerar-se, de forma integrada, todos os requisitos que não são cumpridos face aos padrões atuais. Com base nessa análise, e tendo em conta muitas vezes condicionantes vários, que vão desde estéticos, técnicos, culturais a económicos, e que dependem em larga medida das tipologias construtivas, a intervenção tem de ser cuidadosamente concebida, preparada e executada. Apresentam-se sinteticamente as tipologias construtivas mais correntes, o contexto legislativo português da construção e específico da reabilitação. Efetua-se uma análise à legislação vigente, detalhando com maior detalhe o Regime Especial da Reabilitação Urbana, que possibilita dispensas de cumprimentos regulamentares mas apenas relativos a aspetos construtivos. Por esse motivo apresenta-se também uma síntese de aspetos relativos à segurança estrutural na reabilitação de edifícios com tipologias correntes. Pretende-se, através desta síntese, contribuir para uma visão mais integrada da reabilitação.

Caracterização da fase activa de catalisadores de Níquel suportados em α-Alumina, utilizando as reacções de desidrogenação e Hidrogenólise do Ciclohexano

A constante melhoria da eficiência energética dos processos industriais actuais é crucial para o contínuo desenvolvimento sustentável da espécie humana. O estudo das reacções de desidrogenação e hidrogenólise do ciclohexano, sobre catalisadores suportados, pode contribuir para um melhor entendimento acerca dos processos de formação e armazenamento de H2, uma das mais promissoras fontes de energia do futuro próximo, assim como para processos actuais tão importantes como a refinação ou o reforming catalítico do petróleo. Escolheu-se estudar as referidas reacções sobre catalisadores de Ni/α-Al2O3, preparados por três métodos distintos e submetidos a diferentes pré-tratamentos, de modo a realçar a dependência das reacções no que se refere às propriedades catalíticas. A maioria dos estudos anteriores sobre estas mesmas reacções recai sobre catalisadores com metais nobres, como a platina ou o paládio, bastante mais dispendiosos que o níquel para aplicações em larga escala. Os precursores e catalisadores previamente preparados foram submetidos à caracterização por diferentes técnicas: Termogravimetria (sob fluxo oxidativo e não oxidativo), Difracção de Raios-X e Quimissorção de H2. O estudo das reacções de desidrogenação e hidrogenólise do ciclohexano realizou-se recorrendo à análise por Cromatografia Gasosa, utilizando dois cromatógrafos distintos (HEWLETT PACKARD 5890 SERIES II, para GC, e 490 Micro GC Agilent, para Micro GC). Pôde concluir-se que o método de preparação dos catalisadores influenciou a actividade para ambas as reacções, assim como os diferentes pré-tratamentos aplicados. No geral, e na gama de temperaturas estudadas (entre 250 e 310º C), os catalisadores preparados pelo método com etilenodiamina evidenciaram maior actividade para a reacção de desidrogenação, sendo que os catalisadores preparados pelo método com etilenoglicol foram os mais activos para a reacção de hidrogenólise.

Quadros elétricos inteligentes recorrendo a soluções comerciais

A eficiência energética e a domótica são temas que cada vez mais se relacionam. Ao se instalar uma solução de domótica numa habitação, é natural que a mesma ofereça opções que permitem poupar energia, e assim obter eficiência energética. O principal objetivo deste projeto é a criação de um quadro elétrico que permita a monitorização e controlo de energia numa habitação à distância de um “clique”. Para a concepção do quadro elétrico foram utilizados dispositivos da Schneider Electric, dos quais se destaca o EGX300. Este dispositivo, é comercializado como um produto que representa uma solução de eficiência energética. No entanto as suas funcionalidades de fábrica estão limitadas ao nível de análise da qualidade de energia, não oferecendo um sistema que possibilite controlo remoto. Aproveitando as capacidades do EGX300, foi considerado pertinente criar uma solução onde, além de se poder monitorizar os consumos, também fosse possível controlar os dispositivos através de um computador. À capacidade de controlo da instalação ainda se juntou um modo de funcionamento inteligente, onde o EGX300 controla a instalação elétrica de acordo com a energia produzida por um painel fotovoltaico. A implementação de novas funcionalidades no EGX300 resulta num acréscimo significativo de robustez em relação à solução proposta pela empresa. Conseguiu-se criar uma solução que integra segurança e domótica com a utilização de energias renováveis, tendo como consequência natural a maximização de eficiência energética numa habitação.

Contratos bilaterais em mercados de energia elétrica multiagente: protocolo de rede de contratos

O setor elétrico tem assistido a mudanças profundas na sua estrutura e organização, devido à sua liberalização, o que levou a uma maior competitividade nos mercados de energia elétrica. Uma gestão eficiente dos mercados de energia torna-se cada vez mais uma prioridade devido aos riscos que estes podem apresentar, aliado à elevada volatilidade dos preços e volumes nos diferentes períodos horários (incertezas na produção e consumo). A liberalização do setor elétrico levou à criação de simuladores computacionais com o objetivo de representarem os mercados de energia e as entidades nele representados. Estes são uma ferramenta essencial no apoio e compreensão do funcionamento dos mercados. A presente dissertação tem como objetivo principal desenvolver um simulador de apoio à decisão na negociação de contratos bilaterais baseado no protocolo de rede de contratos. O simulador foi analisado e testado com recurso a um caso prático envolvendo quatro comercializadores (retalhistas) e um consumidor industrial real (fábrica KERION Ceramics) do distrito de Aveiro. Foi efetuada uma análise à fábrica com o intuito de identificar e propor mediadas de eficiência energética. Foi também simulada a negociação de um novo contrato, com vista à redução dos custos energéticos da fábrica. Os resultados obtidos permitem concluir que o simulador desenvolvido é uma ferramenta importante no apoio à negociação de contratos bilaterais e, mais importante, que o consumidor industrial KERION Ceramics pode beneficiar com a negociação de um novo contrato.

Sistema de suporte à decisão no sector eléctrico com Indicadores de desempenho: o caso português

Os consumidores exercem influência no comportamento do sector eléctrico pela variação da procura de electricidade à rede. A teoria económica e as estatísticas dos últimos anos sugerem que os consumidores reagem aos preços da electricidade, seja através dos usos que fazem da electricidade e na selecção de energias alternativas, seja pela tomada de decisão de investimento em eficiência energética e em autoconsumo. Indirectamente, a procura de electricidade à rede dos consumidores afecta o preço da venda da electricidade através das actualizações da tarifa para o ano seguinte. Apesar disso, raramente as políticas energéticas ou as previsões da procura são informadas com modelos de desempenho económico de procura dinâmica. Os objectivos da tese são desenvolver conceptualmente um modelo de simulação do sistema eléctrico considerando explicitamente a reacção e decisão dos consumidores face ao preço da electricidade; desenvolver informaticamente um Sistema de Suporte à Decisão (SSD) sobre o modelo de simulação e explorá-lo com o caso estudo do sistema eléctrico português. O modelo tem uma abordagem de simulação dinâmica. Conceptualmente, o modelo de simulação e o SSD são desenhados para permitir dois modos de aplicação: a) um modo interactivo, equivalente a um jogo entre os vários agentes (Estado como legislador/regulador; sector da produção, transporte e distribuição; e sector do consumo final com enfoque na indústria, famílias e serviços) ou b) um modo parametrizado assumindo comportamentos prédefinidos e tomadas de decisão de certos agentes para ensaiar opções de um utilizador. No âmbito da tese o modelo foi explorado apenas no modo parametrizado para ensaiar opções de políticas públicas no sector energético, em especial sistemas de incentivos, pré-definindo comportamentos dos agentes com tomada de decisão dos produtores e consumidores. Os cenários testados para o caso de estudo português sugerem que devem existir mais incentivos ao investimento em eficiência energética e menos subsidiação de preço de venda da electricidade: em todos os domínios, a redução do desperdício energético é melhor do que existirem preços artificialmente baixos. É este tipo de opções de política que melhor cumprem objectivos de uso racional de energia, protecção ambiental e redução de custos globais para os consumidores e para os contribuintes. A análise dos cenários sugere também que existe um potencial aliciante de poupança energética no sector do consumo final, que está longe de ser aproveitado. Verifica-se também que a tomada de decisão em autoconsumo reduz os investimentos em eficiência energética, obtendo-se menor redução do desperdício energético. O papel dos consumidores é importante. Um preço claro pode ajudar a consumir, a preservar e a investir.