Modelo de ocupação e consumo energético habitacional

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Optimização em projecto de instalações eléctricas

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

Metodologia para edifícios de balanço energético nulo

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

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

Avaliação do desempenho térmico de tintas reflectantes em fachadas por análise termográfica

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

Construção e caracterização de um transformador de 562,5 VA com núcleo de ferro amorfo

Nos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia, os transformadores de potência são um dos componentes mais comuns e importantes. Deste modo, o desempenho dos transformadores é fundamental para a eficiência global dos sistemas. Para optimizar a eficiência dos transformadores, a escolha do material ferromagnético a usar para a construção do núcleo, é um factor muito importante. Por exemplo, o uso de um material ferromagnético amorfo no núcleo de um transformador, em vez de aço silício, reduz as perdas magnéticas totais do dispositivo. Outra possível solução para aumentar a eficiência dos sistemas de distribuição de energia, é a instalação de transformadores supercondutores de alta temperatura (SAT), normalmente arrefecidos em azoto líquido a 77 K. Deste modo, um transformador de 562,5 VA com núcleo de ferro amorfo foi projectado e construído e as suas propriedades magnéticas mais importantes foram medidas à temperatura ambiente, e à temperatura criogénica para deste modo contribuir para uma melhoria da eficiência dos transformadores supercondutores. De seguida, foram comparadas com as propriedades magnéticas de um transformador com núcleo de aço silício de grão orientado. As perdas magnéticas totais do material amorfo à temperatura ambiente e criogénica, os parâmetros do esquema equivalente de Steinmetz e a impedância de curto-circuito são apresentadas e discutidas. Foi também caracterizado o comportamento do transformador em carga determinando, por exemplo, o rendimento e a regulação da tensão em função da carga do transformador. Aspectos de construção do transformador são também abordados.

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.

Ocupação humana no estabelecimento de fluxos energéticos em edifícios

Nos últimos tempos, a preocupação ambiental, passou a ser um tema recorrente na sociedade. A consciência coletiva da limitação do planeta em recursos naturais tem mostrado a necessidade de alterar os comportamentos no sentido de reduzir desperdícios, e conseguir objetivos do dia-a-dia de forma mais eficiente e menos penalizadora do já frágil equilíbrio ecológico. Os consumos energéticos, e especificamente os consumos em edifícios, contribuem de forma significativa para o desequilíbrio ambiental pelo que, cada vez mais, se assiste a um aumento da preocupação com a eficiência energética em edifícios e a consciência dos benefícios que daí podem resultar. A eficiência energética está intimamente relacionada com o não desperdício de energia. Para que não haja desperdício de energia é necessário saber onde essa energia é consumida bem como os fatores que influenciam o consumo. Há já algum tempo que se fazem estudos cujo principal objetivo é prever o consumo de energia num edifício, através da análise de um conjunto de variáveis, normalmente meteorológicas. Mais recentemente começam a surgir novos estudos nesta área, que consideram outro tipo de variáveis, nomeadamente variáveis relacionadas com o comportamento humano, que devidamente tratadas podem modelizar esse mesmo comportamento. Conseguir prever o consumo de um edifício de uma forma mais rigorosa tendo em consideração, não só fatores construtivos ou meteorológicos, mas também fatores resultantes de comportamentos das pessoas, será uma ferramenta preciosa em termos de projeto ou de exploração dos edifícios. Até que ponto a variável humana é importante na previsão de consumos energéticos? É a esta pergunta que a presente dissertação tenta responder. Para tal apresenta um método de estudo, que utiliza redes neuronais, dividido em etapas. Primeiramente é necessário conhecer as variáveis existentes num edifício de estudo, selecionar quais as que são pertinentes na previsão dos consumos e porquê. Em seguida é preciso prever a energia consumida através da análise das variáveis.

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.

Estudo experimental de um sistema BIPV/T-PCM

A União Europeia tem dado cada vez mais enfoque à eficiência energética nos edifícios e à sua capacidade de produção de energia, tendo lançado a directiva “Energy Performance of Buildings Directive” com o intuito de que até 31 de Dezembro de 2018 todos os edifícios novos sejam “nZEB-nearly Zero Energy Building”, o que significa que devem por um lado diminuir o seu consumo energético, aumentando a sua eficiência, e por outro lado produzir localmente e através de fontes de energias renováveis toda, ou quase toda, a energia de que necessitam. A presente tese está integrada no Projecto “Frame – Prefabricated systems (modules) for low-energy buildings: design, prototyping and testing” (Ref: PTDC/AURAQI-AQI/117782/2010) que está a ser desenvolvido na Unidade de Eficiência Energética do Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG). Neste trabalho é desenvolvido e analisado um sistema BIPV/T-PCM (Building Integrated Photovoltaic Thermal – Phase Change Materials) que engloba todo um novo conceito de captação, armazenamento e gestão da energia solar em fachadas. Este sistema é composto por um módulo fotovoltaico, uma bateria de PCM (Materiais de Mudança de Fase) e todo um sistema de fluxo de ar que permite a gestão da energia colectada e armazenada. Foi também desenvolvido teoricamente um código de gestão energética para a manipulação do sistema. O sistema em estudo apoia-se em três objectivos principais: aquecer no inverno; arrefecer no verão; e aumentar a eficiência do PV arrefecendo-o. Na sequência do trabalho realizado verificou-se que o conceito do sistema em estudo alcança alguns dos objectivos propostos, tendo ainda potencial para se continuar o seu desenvolvimento. O sistema em estudo é um sistema inovador, e como tal está a ser registada uma patente com base no conceito desenvolvido.

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.

Gestão eficiente da energia eléctrica no edifício da Biblioteca da FCT e negociação de um novo contrato em mercado liberalizado

Nos últimos anos, a energia eléctrica tem vindo a conquistar, um lugar cada vez mais importante na sociedade, sendo nos nossos dias um bem essencial para o funcionamento normal das residências, empresas, indústrias e cidades. O problema que a presente dissertação analisa é transversal a inúmeros edifícios, que consomem diariamente uma grande quantidade de energia eléctrica, na ordem dos 900 kWh diários, ou mesmo superior. Desta forma, considera-se o consumo de eletricidade, e potenciais ineficiências no seu uso, num edifício universitário, nomeadamente a biblioteca da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da Universidade Nova de Lisboa (UNL). Em termos mais específicos, pretende-se definir um consumo de energia mais eficiente, deslocando consumos de uns períodos horários para outros, onde as tarifas sejam mais económicas, aplicando medidas de participação ativa dos consumidores (PAC). Além disso, pretende-se simular a negociação de um novo contrato bilateral, entre um retalhista e um agente “gestor” da biblioteca da FCT, para obter um contrato melhorado, do ponto de vista do consumidor. Os principais objetivos desta dissertação são, deste modo, os seguintes: (i) estudar a contratação bilateral de energia em mercados liberalizados, com principal ênfase para a implementação de estratégias de negociação que possibilitem uma participação ativa dos consumidores, (ii) estudar a biblioteca da FCT e propor medidas de eficiência energética, e (iii) simular a negociação de um novo contrato bilateral, recorrendo ao simulador multi-agente MAN-REM. De forma sucinta, os resultados obtidos, permitem concluir que o consumo energético da biblioteca da FCT pode ser melhorado, e com base nos volumes de energia deduzidos, é possível negociar um novo contrato, mais favorável à FCT.

Cálculo dos níveis ótimos de rentabilidade para o desempenho energético de habitações residenciais unifamiliares objeto de reabilitação

Dissertação de mestrado em Construção e Reabilitação Sustentáveis