Modelado dinámico y control de maniobras de dispositivos submarinos

Es bien conocido por todos que la Primera Revolución Industrial, que tuvo su inicio en la segunda mitad del Siglo XVIII, conllevó un aumento del uso de los recursos energéticos que no se ha detenido para llegar a los niveles de desarrollo tecnológico, industrial y de calidad de vida, de los que se dispone en la actualidad. A simple vista podría intuirse que para disponer de un mayor nivel tecnológico, industrial, de confort, etc. sea necesario un mayor consumo de energía primaria. La actual generación de energía está principalmente basada en el procesamiento de los diversos compuestos del carbono (hidrocarburos, gases y productos derivados del petróleo), que son contaminantes y además, se agotan. Desde hace unas pocas décadas, la humanidad ha sido consciente que es necesario generar energía a partir de fuentes de origen renovable, y que además resulten menos contaminantes. Así, en la actualidad, se ha llegado a un estado de desarrollo avanzado para la explotación de diversas fuentes de energías como la eólica, a la vez que se comienza a mirar con realismo la posibilidad de explotación de diversas energías de origen marino. Se considera que las energías renovables procedentes de los océanos que se encuentran más desarrolladas tecnológicamente hablando, sin tener en cuenta la energía eólica fuera costa (offshore), son la denominada energía undimotriz o de las olas y la energía de las corrientes marinas, no necesariamente en este orden. El trabajo propuesto en esta Tesis se centra en este último recurso energético y, aunque no se dispone todavía de ningún dispositivo en fase de explotación comercial, la concepción, diseño y desarrollo de dispositivos para la extracción de energía de las corrientes, y su evolución, han sido relativamente rápidos e importantes en estos últimos años. Existen ya diferentes dispositivos en fase de pruebas con resultados muy prometedores. Aunque los dispositivos actuales se encuentran limitados a la explotación energética en zonas de poca profundidad, los diferentes estudios del recurso indican la necesidad de explotar corrientes marinas a mayores profundidades, para lo que se están desarrollando actualmente dispositivos, cuya evolución en lo que a sistemas de fondeo se refiere, está siendo muy parecida a la que se ha producido en los parques eólicos fuera costa, similar a su vez, a la evolución llevada a cabo en las plataformas oceánicas para la explotación de recursos petrolíferos (denominados oil & gas) que se extraen de profundidades cada vez mayores. Las soluciones tecnológicas que resulten válidas han de ser también económicamente viables, y en la actualidad se requiere todavía reducir costos en todas las fases de instalación, explotación y mantenimiento de estos dispositivos, sea cual sea su profundidad de operación. Uno de los focos de estudio para abaratar los costes de explotación en general, pasa por abaratar y reducir los costes en las maniobras necesarias de inmersión (de la superficie del mar a la profundidad de operación) y emersión (de la profundidad de operación a la superficie del mar) de estos dispositivos, para llevar a cabo tareas de mantenimiento in situ, en el mar, y sin necesidad de buques especializados ni de su transporte a tierra. En esta Tesis se propone, en primer lugar, un método para evaluar el ciclo de vida de diversos dispositivos de aprovechamiento de las corrientes marinas. Se evidencia que el coste de la energía así generada sigue siendo no plenamente competitivo, por lo que se requiere avanzar en el abaratamiento de costes, principalmente en la instalación y en su mantenimiento. Para ello se propone como novedad principal, introducir sistemas de control en lazo cerrado para realizar maniobras de instalación y mantenimiento de forma automática. También se aporta un modelo dinámico original y muy sencillo para dispositivos bajo estos movimientos de emersión/inmersión, a partir del cual se han desarrollado los algoritmos de control para el propósito mencionado, que no es otro sino automatizar en todo lo posible las maniobras completas. Los algoritmos de control propuestos han sido validados mediante simulación. Se proponen trayectorias de referencia de movimiento suaves (smooth) similares a las utilizadas en robótica. Estos movimientos de cambios de profundidad en lazo cerrado, combinados con secuencias de movimientos en bucle abierto para cuando el dispositivo interacciona en la superficie libre, han dado lugar a nuevas maniobras completas de instalación y mantenimiento que se presentan en esta Tesis, diferentes a las actuales. Finalmente, y como justificación de la viabilidad económica del método novedoso aportado, se ha realizado un estudio comparativo de los costes de la tecnología propuesta, frente a la tecnología actual. Este nuevo sistema de maniobras automáticas implica un ciclo de vida diferente para los dispositivos de aprovechamiento de la energía de las corrientes, ciclo que se cuantifica a partir de un dispositivo base que ha sido modificado y adaptado para la nueva tecnología propuesta, demostrando su viabilidad tanto técnica como económica. ABSTRACT It’s well known that the First Industrial Revolution started in the second half of the eighteenth century, carried the increasing of the use of energy resource which have not been stopped until reach the present technology, industrial evolution and daily life quality. On the surface, it can be known intuitively that a higher consumption of primary energy resource is demanded for benefiting from a higher technological industrial and daily life level. Today, the generation of energy is mainly based in the processing of carbon products (hydrocarbons, gases and petroleum products) which are pollutants, and additionally, are depleted. From a few decades ago, the humanity is aware the energy should be obtained from renewable resources, which besides, should be cleaner. So, at the present, a technical develop has been gained to exploit several energy source, as wind energy, and, at the same time, the extraction of the marine energy starts to seem as a reality. The renewable marine energies considered more advanced and technically developed, without keeping in mind, the offshore wind energy, are the wave energy and the tidal current energy, not necessarily in that order. This Thesis is focused in this last energy resource, and, although, any device is under commercial operation, the concept, design and develop of this type of devices to extract the tidal current energy and their evolution has been comparatively fast and important the last years. There are several devices under test with promising results. Even through the current devices are limited to lower depth areas, the several studies of the tidal energy resource suggest the need to exploit the marine current at greater depths to what is being developed devices, where their evolution in the anchoring system is being very similar to the evolution performed in the offshore wind farms, which is at the same time, similar to the evolution in the oil and gas exploitation which are extracted to greatest depths. Viable technical solutions should be also viable economically and nowadays the cost in all phases of the project (installation, maintenance and operation) should be decreased whatever the operation depth is. One focus of study to lower the operation cost is the cost decreasing of immersion manoeuvring operations (from sea surface to the operation depth) and immersion manoeuvring operations (from operation depth to the sea surface), therefore the maintenance operations can be performed on – site, in the sea, and no specialized vessels are required to transport the devices from the sea to shore. In this dissertation, firstly is proposed a method to evaluate the life cycle of the tidal energy current devices. It is proved the energy generated by these devices is not fully competitive; therefore, the cost falling is mainly an objective in the installation and the maintenance operations. For that, it is proposed as main novelty, the using of closed loop control systems to perform the automatic installation and manoeuvring operations. It is also contributed with an original and simple dynamic model and for controlling the immersion/emersion movements of these devices, from which the control algorithms are developed in order to automate as much as possible the complete manoeuvring. The control algorithms proposed has been validated by simulations. Reference paths with smooth movements, similar which are used in robotics, are suggested. These movements to change the depth using closed loop control, combined with the sequences in open loop movements when the device is in free surface, have been development for a new complete manoeuvring to installation and maintenance operations which are advanced in this Thesis and they are different to the present manoeuvrings. Finally and as justification of the economic viability of this original method, a comparative cost study between the technology proposed and the current technology is performed. This new automatic manoeuvring system involves a different life cycle for the tidal energy current devices, cycle that is quantified from a base device which has been modified and adapted for the new proposed technology, showing the technical and economic viability.

Introducción a la economía de los recursos naturales y del medio ambiente

Actualmente, la mayor parte de los países está incorporando el concepto de conservación de los recursos naturales y del medio ambiente en sus programas económicos. En este contexto, el Perú, país poseedor de una significativa dotación de recursos naturales, no debe mantenerse al margen, más aún si consideramos que hoy en día los recursos naturales representan una fuente de intercambio importante entre países. Tradicionalmente, dichas fuentes estaban constituidas por el capital y la mano de obra; no obstante, los modelos actuales de crecimiento incluyen variables como la acumulación de capital humano o la dotación de recursos naturales como fuentes de progreso técnico que explican partes considerables de las diferencias en las tasas de crecimiento de los países. Inclusive, actualmente ya se está estudiando la posibilidad de modificar la metodología utilizada en el cálculo del Producto Bruto Interno (PBI) para incluir, de algún modo, el valor del capital ecológico que posee cada nación. Por lo tanto, es importante determinar el rol que los recursos naturales han desempeñado en el crecimiento de nuestro país. Ello permitirá elaborar una serie de lineamientos que deberán introducirse en la política económica, de manera tal que se permita el mejor aprovechamiento de los recursos que poseemos. El objetivo central de este texto es, justamente, estudiar y determinar la manera más eficiente de aprovechar los recursos naturales para satisfacer las necesidades de la población. El análisis aplicado al caso peruano se centrará en los sectores pesquero (recursos naturales renovables) y minero (recursos naturales no renovables). Finalmente, se realizará una aproximación a los problemas de contaminación teniendo en mente su aplicación al caso peruano.

Indicadores energéticos: instrumentos de apoio ao desenvolvimento sustentável

Energy indicators are tools to support decision-making on energy. The growing debate on sustainable development, contributed to the energy indicators began to incorporate, besides the traditional economic, social and environmental information. Therefore, taking sustainable development into account, it is important to know contributions and limitations of these tools. The overall goal of this study is to analyze the contributions and limitations of the energy indicators as assets to support sustainable development.This study can be classified as descriptive because it relies on bibliographical and documental material. As a result of documental analysis, 55 energy indicators for sustainable development (EISD) were selected. The selection took place by identification of those indicators through the institutions International Atomic Energy Agency (IAEA), Helio International and World Energy Council (WEC), among 19 institutions involved in research on energy identified in the survey. The study stresses that most of the selected indicators focuses on the economic dimension, 19 EISDs (34.54%), followed by 10 EISDs (18.18%) focused on the environmental dimension, 9 EISDs (16.36%) focused on the social issues, 7 EISDs (12.45%) are classified as resilience, 4 EISDs (7.27%) is about governance, 3 EISDs (5.45%) focused on vulnerability and 3 EISDs (5.45%) is about policy. Despite the inclusion of indicators associated with other dimensions than economy, information provided by those indicators emerges as their own limitation. Because, recently, indicators’ information were used to promote sustainable development as well as the opposite. Additionally, the study identified EISDs whose components were not specified. They may enable generation of information far from the real scenario, if components dissociated EISD would be taking into consideration or even the non-consideration of relevant components. Despite limitations, EISDs assisting decision-makers contributes to the pursuit of sustainable development. But they may be improved through information about environmental issues, such as emission of atmospheric pollutants, soil and water, resulting from energy sources, helps identifying which sources are more or less harmful for sustainable development. However, difficulty in collecting data, identifying the components for calculation of each indicator and even interpretation of this, as analyzed, may not only fail to contribute to sustainable development, as can delay taking corrective or preventive decisions.

Diseño y construcción de un banco de refrigeración por absorción para uso didáctico, utilizando Agua y Sales de Bromuro de Litio

En este trabajo de graduación se presenta paso a paso, el diseño y construcción de una unidad de laboratorio que permite familiarizarse con los principios, y la demostración de la refrigeración por absorción para uso didáctico, utilizando agua como refrigerante y sales de bromuro de litio como absorbente, enfatizando en las ventajas e inconvenientes que este tipo de equipos presenta comparado con el sistema de refrigeración por compresión de vapor; como un insumo a la Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad de El Salvador, fomentando el uso de energías renovables y el uso eficiente de los recursos energéticos. Se muestra el detalle del método de diseño y fabricación de cada componente del sistema, los materiales utilizados, planos constructivos y costos de fabricación. Las guías de laboratorio como una serie de pasos para impulsar en la comunidad estudiantil de la facultad la formación en el área, y un manual de operaciones para hacer correcto uso del banco de refrigeración por absorción, además de una manipulación segura y responsable de las sustancias de trabajo

Medidas de utilização racional de energia em edifícios escolares do 1º ciclo do ensino básico visando melhorar a eficiência energética

Devido ao facto da sociedade estar a atravessar não só uma época em que cada vez mais se procura poupar os recursos energéticos, mas também uma época de procurar mitigar o risco de ficarem dependentes de uma eventual crise petrolífera, a nível mundial existe cada vez mais a necessidade de fazer um uso racional da energia. Isto implica, a necessidade de substituir equipamentos e fazer um acompanhamento das instalações. Para tomar as medidas mais convenientes à substituição de equipamentos a ao comportamento das instalações é necessário fazer investimentos. Estes investimentos são na maioria das vezes incomportáveis para o orçamento das entidades administrativas das instalações que não têm quer capacidade financeira quer técnica para os realizar. Assim, surge o conceito de Medidas para Eficiência Energética. As Medidas para Eficiência Energética deveram ser encaradas, pelas Entidades Administrativas das instalações, como uma intervenção na manutenção preventiva às suas instalações e como uma forma de conseguir preservar a sua instalação por mais tempo em funcionamento, oferecendo aos seus utentes uma melhor qualidade de vida e ao mesmo tempo uma poupança energética no seu funcionamento. Com vista a permitir a essas entidades elaborar um caderno de encargos a colocar em obra, este trabalho oferece orientações práticas para a elaboração do caderno de encargos e dessa forma permite conseguir levar a bom termo, uma eventual empreitada, ou efectuar esse tipo de medidas com a ajuda de pessoal do Quadro por Administração Directa, sendo necessário para isso apenas a aquisição de materiais. As medidas necessárias ao tipo de instalação que se indica no título deste trabalho, correspondem a um caso real, tendo como intenção servir de base de trabalho para este tipo de instalação, podendo contudo ser adaptada para outro tipo de instalações com as necessárias modificações.

Modelos de risk based inspection e risk based inspection and maintenance aplicados a sistemas de produção de energias renováveis

A utilização de recursos energéticos renováveis apresenta-se como um caminho vital para a humanidade alcançar um desenvolvimento sustentável. Nesta campanha, a energia eólica surge como um dos principais vectores de orientação tendo evoluído de forma quase exponencial nos últimos anos. No entanto, apesar da sua relativa maturidade, esta tecnologia enfrenta ainda alguns problemas e desafios. Não obstante a experiência empírica da indústria eólica, adquirida nos últimos trinta anos e dos esforços para melhorar a fiabilidade operacional das turbinas, as taxas de falha ainda se apresentam elevadas. Face às correntes práticas de Manutenção das turbinas e parques eólicos e às características de falha, (por vezes catastróficas), existe a necessidade de optimizar as estratégias de manutenção das turbinas eólicas e reduzir os custos durante o ciclo de vida, de modo a maximizar o retorno do investimento. Descreve-se neste trabalho o estado do conhecimento actual face ao objectivo pretendido, a recolha de dados reais da operação e Manutenção, a aplicabilidade dos modelos escolhidos para obtenção da probabilidade de falha, e as consequências e avaliação do risco. Assim, desenvolveu-se uma ferramenta de apoio à decisão, baseada em Modelos de RBI (Risk Based Inspection) e RBIM (Risk Based Inspection and Maintenance) aplicados a turbinas eólicas.

Avaliação do potencial de incorporação de resíduos agrícolas em pellets de madeira para uso em caldeiras domésticas

A crescente procura e o carácter finito dos recursos energéticos fósseis e as consequências nocivas de natureza ambiental provocadas pela emissão de gases de efeito de estufa para atmosfera, resultantes da sua combustão, obriga a reequacionar a utilização da energia, com uma maior racionalização nos consumos e diversificando as suas fontes e formas, com particular importância para as energias renováveis, onde as pellets, como forma densificada de biomassa, se inserem. O presente trabalho visa avaliar o potencial de incorporação de resíduos agrícolas como matéria-prima na produção de pellets a utilizar como combustível em caldeiras domésticas, sendo, para isso, contabilizados os resíduos agrícolas existentes em Portugal Continental adequados para aquele efeito, e, também, avaliada, pela via experimental, a viabilidade técnica do uso destas pellets em caldeiras domésticas, com testes de combustão de alguns tipos de pellets de origem agrícola e florestal. Os quantitativos apurados de resíduos agrícolas, basearam-se fundamentalmente em dados relativos às áreas de cultura e às produções agrícolas de 2008 do Instituto Nacional de Estatística e em relações área/massa de resíduos ou produto agrícola/massa de resíduos, de vários autores credenciados. O potencial total anual destes resíduos ronda os 2,8 milhões de toneladas, correspondendo 43,5% às culturas permanentes, 6,6% às culturas temporárias, 8,4% à actividade agro-industrial e 41,5% aos matos, representando cerca de 1,2 milhões de toneladas equivalentes de petróleo, para um poder calorífico médio da ordem dos 17600 kJ/kg. Nos testes laboratoriais foram usadas pellets de pinho, adquiridas no mercado e de vides, de giestas e de bagaço de azeitona todos a 100% e de mistura de bagaço de azeitona e de pinho, ambos a 50%, que foram produzidas numa pelletizadora doméstica em virtude das fábricas existentes em Portugal não produzirem pellets que incorporem resíduos agrícolas. A densificação deste tipo de resíduos mostrou-se fácil de realizar, apenas exige um controlo apertado da humidade dos resíduos, após a sua trituração, para que se assegure uma boa consistência e o máximo potencial calorífico. Relativamente à combustão das pellets testadas verificou-se que esta se processou normalmente, sem interrupções e de forma muito semelhante às pellets de pinho, que serviram de referência. As pellets de vides e as de mistura aparentaram um menor poder calorífico, dado terem um maior teor de humidade originado nas operações de pelletização, notando-se que a caldeira demorava mais tempo até a bomba de recirculação arrancar (54 ºC). A ignição, com a caldeira fria, processou-se de forma fácil, mesmo com estas últimas pellets, embora naturalmente tenha demorado um pouco mais de tempo. O teor de cinzas destas pellets era superior às de pinho, mais do dobro, porém, sem qualquer influência no funcionamento da caldeira.

Certificação energética de edifícios

PARADIGMA (do grego parádeigma) significa o exemplo que serve como modelo; o sistema ou modelo conceptual que orienta o desenvolvimento posterior das pesquisas, estando na base da evolução científica padrão; Thomas Kuhn disse "um paradigma, é aquilo que os membros de uma comunidade partilham e, inversamente, uma comunidade científica consiste em homens que partilham um paradigma". Até há pouco tempo, a forma como temos usado os nossos recursos energéticos, como (re) construímos as nossas cidades, como nos comportamos diariamente demonstra um padrão comum, consagrado na ideia de poder usar os diversos recursos à nossa disposição, ilimitadamente sem restrições. O Aquecimento Global é uma realidade incontornável. A forma de mitigar o seu aumento será através da redução drástica dos gases de efeito de estufa – GEE. O Protocolo de Quioto estabelece as metas de emissões GEE que os países que o ratificaram acordaram, até 2012. Os meios científicos alertam, que será muito importante limitar o aquecimento global a 2 Graus até 2020. Para se caminhar no sentido da Mitigação das Alterações Climáticas surge o desenvolvimento sustentável. Conforme o Relatório da Comissão Brundtland, este é definido como ― a forma de satisfazer as necessidades do presente sem comprometer a capacidade de as gerações futuras poderem também satisfazer as suas‖. O desenvolvimento sustentável obriga-nos a olhar para o Planeta com outros olhos. De repente, percebemos que afinal os recursos que a mãe Terra nos oferece não são ilimitados e que a forma como os usamos não é isenta. A nossa vida neste maravilhoso planeta azul pode estar em risco. Mais: a vida dos nossos filhos que amamos poderá estar em risco ou no mínimo, eles poderão não ter à sua disposição, aquilo que nós tivemos. Todas as áreas de intervenção do homem terão de ser analisadas. Esta estratégia terá de ser assumida globalmente. A nossa vida privada deverá mudar, as nossas cidades deverão mudar. As cidades inteligentes ou Smartcities enquadram todas as áreas que as compõem nos pressupostos do novo modelo: o desenvolvimento sustentável. Uma das áreas é representada pelos edifícios. Os edifícios são responsáveis por uma fatia muito grande no consumo energético total. Na União Europeia o seu consumo representa cerca de 40% do total de energia final, e consequentemente são responsáveis por uma grande parte das emissões de GEE para a atmosfera. A Certificação Energética de Edifícios é o meio de promover o desenho de edifícios de menor consumo energético. Pretende-se que num futuro próximo o consumo dos edifícios seja perto do zero, ou zero. Esta pretensão aplicar-se-á a todos os edifícios: novos e existentes. Este trabalho pretende explicar o que acabámos de descrever e quem sabe iluminar um pouco mais o caminho para o desenvolvimento sustentável. Efectuou-se um levantamento e análise às casas passivas, analisamos a sua evolução, seu desenvolvimento, comparando as diferenças que será necessário implementar entre diferentes zonas climáticas (centro da Europa e Portugal). Desenvolvemos um estudo completo de eficiência energética de uma habitação localizada na zona de Sintra. Estudámos o impacto que seria a aplicação de isolamento exterior de cortiça, calculámos os ganhos percentuais. Numa altura em que a mudança de conceitos e mentalidades, se processa a diferentes velocidades, cria-se com este trabalho a oportunidade de desenvolver um documento orientador, destinado aos técnicos das especialidades envolvidas, uma dissertação; que constitua um ponto de partida para o desenvolvimento e aplicação de ideias e diferentes tecnologias sustentáveis, com conclusões. Introduziu-se neste estudo a Cortiça, como isolamento natural de origem nacional.

Contribuição do modo BICI na gestão da mobilidade urbana

Desde que a bicicleta foi aperfeiçoada, em meados do séc. XIX, por todo o mundo existem pessoas que a utilizam. Uma grande parte utiliza-a para lazer e desporto, mas em muitos países a Bicicleta é um importante meio de transporte. Criar condições de conforto e segurança nas nossas cidades é imperativo para que a bicicleta possa ser utilizada numa base diária, num mundo em radical mudança, nomeadamente ao nível climático e de eminente esgotamento dos recursos energéticos tradicionais, como o petróleo ou o carvão, base primária para o actual funcionamento das sociedades em termos de mobilidade. Na cidade de Lisboa, ao longo de décadas foram-se criando mitos acerca da “impossibilidade” da utilização da bicicleta como meio de transporte. Pretende este trabalho analisar de um ponto de vista científico esses mesmos mitos, comprovando-os ou desmistificando-os.

Sistema de accionamento de pás móveis para turbina de impulso

A actual dependência mundial dos combustíveis fósseis e a crescente necessidade de redução do seu consumo têm culminado em novas directrizes de gestão de recursos de energia. A utilização de recursos energéticos renováveis apresenta-se como um caminho vital para o desenvolvimento sustentável da nossa sociedade. Assim sendo, a energia das ondas surge como potencial fonte de energia que muitos autores afirmam como sendo um dos sectores com maior potencial energético por metro quadrado de área. Contudo, esta ainda é uma tecnologia muito recente, que ainda evidencia uma grande diversidade de conceitos e que ainda se encontra numa fase inicial de demonstração. É neste contexto que foi criado o projecto CORES que visa desenvolver uma turbina de impulso com pás guia de posição variável, no âmbito do desenvolvimento de novos dispositivos e componentes para produção de energia através das ondas do mar. Neste trabalho será desenvolvido um sistema de accionamento de pás móveis para a turbina de impulso, tendo como principal objectivo o fabrico de um protótipo. Assim sendo, será realizado o desenvolvimento, dimensionamento e análise dos seus elementos móveis, bem como do sistema de actuação que melhor se adeqúe e permita um correcto funcionamento do conjunto.

Sistema de suporte à decisão de anteprojecto de mini-hídrica

O presente documento tem como principal objectivo efectuar uma abordagem aos diversos aspectos que constituem um Sistema de Suporte à Decisão de um Anteprojecto de Centrais Mini-Hídricas. A energia é, nos dias de hoje, um dos temas políticos com mais relevância para a nossa sociedade, muito em particular para os países que não dispõem de recursos energéticos de origem fóssil. O preço do petróleo e seus derivados tem tendência para aumentar, embora possa ter períodos de decréscimo; a escassez associada a estes recursos tenderá a originar uma futura escalada de preços. Com a crescente preocupação com o ambiente, nomeadamente com as emissões de gases poluentes, devido à utilização de combustíveis fósseis para gerar electricidade, é cada vez mais imperioso optar por recursos com menor impacte ambiental e, de preferência, renováveis. A promoção e a utilização de fontes de energia renováveis para a produção energética resultam da necessidade de garantir um desenvolvimento sustentável para a sociedade actual e futura, sendo a energia hídrica uma boa solução alternativa. Após uma análise das questões técnicas e económicas relacionadas com as Centrais Mini-Hídricas, foi utilizada uma aplicação informática, Solver Premium®, que tem como suporte o Excel®, visando a maximização do potencial hidroeléctrico e a respectiva viabilidade económica entre vários cenários colocados para um pequeno aproveitamento hídrico em estudo. Os estudos de viabilidade são uma mais-valia para um agente de decisão; com a informação replicada pela aplicação informática utilizada, é possível obter com rapidez e uma curta margem de erro a decisão do melhor investimento, considerando várias hipóteses no projecto em análise.

Análise do desempenho do automóvel híbrido face ao de combustão interna

Os veículos híbridos são parte da solução atual para reduzir o consumo de combustível e emissões de gases de escape, são reconhecidos pela sociedade e contribuem para o desenvolvimento da mobilidade de uma forma ambientalmente sustentável, despertando a consciência coletiva para a correta utilização dos recursos energéticos. Este trabalho descreve um estudo sobre três automóveis, que têm de comum o mesmo bloco de motor de combustão, mas utilizam-no associado a tecnologias diferentes, sendo um convencional, um de tecnologia não completamente híbrido (híbrido mínimo), e outro de tecnologia completamente híbrido (híbrido total). Inicialmente foi efetuada uma pesquisa sobre a tecnologia e modo de funcionamento do automóvel híbrido. Soluções como recuperação de energia dissipada pela travagem, paragem automática do motor de combustão interna ao ralenti, desativação parcial ou total de cilindros motor para poupar combustível, estão associadas aos automóveis híbridos estudados, permitindo mesmo quando aplicadas aos automóveis convencionais modernos torná-los mais eficientes e menos poluentes. De modo a identificar as principais diferenças entre os três automóveis foram realizados testes de estrada, reproduzindo uma utilização real baseada no Novo Ciclo de Condução Europeu, com uma recolha representativa e significativa de condições reais de condução. Foram considerados fatores como passividade/agressividade de condução ao volante do condutor, perfis de velocidade, aceleração, eficiência da transmissão, resistência ao rolamento coeficiente de resistência aerodinâmica com condições variáveis de vento junto ao mar e serra. Registou-se a influência do peso e hábitos de condução no consumo de combustível, possibilitando identificar desvios, intervalos e limites expectáveis de desempenho e consumo para cada um dos carros. Esta tese permitiu desenvolver conhecimentos para melhor entender as vantagens e condicionantes de utilização do automóvel híbrido, onde a redução de consumo de combustível e custo de exploração é a recompensa, pela utilização da mais-valia tecnológica.

Autoxidação de ácidos gordos na presença de antioxidantes naturais e sintéticos

Nas últimas décadas, devido ao desenvolvimento económico, e a uma necessidade constante de gerir os recursos energéticos, existe uma necessidade de procurar novas fontes de energia, em particular fontes de energia renováveis. O biodiesel surge assim como uma energia alternativa ao combustível fóssil. Este biocombustível tem ganho uma importância significativa na sociedade moderna. Quimicamente o biodiesel é constituído por ésteres metílicos de ácidos gordos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou gorduras animais. O principal problema que este enfrenta é a sua susceptibilidade à oxidação, devido ao seu conteúdo de ácidos gordos insaturados, logo existe uma procura constante de soluções que possam solucionar este problema. É necessária a identificação de técnicas e métodos para retardar a seu envelhecimento ao longo do tempo. O objectivo deste trabalho consiste no estudo da estabilidade do biodiesel ao longo do tempo, quando armazenado a diferentes condições de temperatura, superiores às normalmente suportadas pelo biodiesel durante o armazenamento, de modo a acelerar o processo de degradação. As amostras de biodiesel foram sujeitas a duas temperaturas. Uma amostra de biodiesel não estabilizado foi colocada a uma temperatura entre 40 e 50ºC ao longo de 203 dias, e uma outra amostra foi colocada a uma temperatura entre 95º e 105ºC ao longo de 146 dias. Realizaram-se ensaios semanais de modo registar a evolução do envelhecimento do biodiesel. As análises foram efectuadas por espectrofotometria de ultravioleta e visível (UV-VIS) e por espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR). No UV-VIS foi possível observar que o aumento de temperatura foi responsável pela aceleração da oxidação do biodiesel que resulta num aumento generalizado da absorvância do biodiesel. Através das análises efectuadas no FTIR verificou-se a formação e aumento da banda dos hidroperóxidos (grupo ROOH) localizada entre 3000 e 3600 cm-1 nos espectros, e igualmente um alargamento na banda dos carbonilos (grupo C=O) entre 1500 e 1900 cm-1. Numa fase posterior testaram-se antioxidantes para retardar o envelhecimento do biodiesel. Os ensaios foram efectuados a uma temperatura entre 95º e 105ºC. Os antioxidantes utilizados foram o galhato de propilo (PG), o galhato de etilo (EG) e o ácido gálhico (AG). Recorreu-se a técnicas como o UV-VIS e o FTIR para o registo dos espectros do biodiesel ao longo do tempo. Através destas técnicas foi possível verificar a influência de antioxidantes na estabilidade oxidativa do biodiesel. O PG foi o antioxidante que melhor desempenho mostrou no retardamento da oxidação do biodiesel e a técnica que melhor permitiu analisar a acção dos antioxidantes foi o UVVIS. Os resultados obtidos por FTIR não se mostraram tão conclusivos. Para caracterizar o envelhecimento do biodiesel não estabilizado e estabilizado utilizou-se também a cromatografia gasosa (CG) para quantificar a percentagem de ésteres metílicos presentes nas diferentes amostras no inicio e no fim do processo de oxidação. O biodiesel envelheceu mais rapidamente para temperaturas mais elevadas e comprovou-se que o antioxidante que melhor estabiliza o biodiesel é o PG.

Produção de hidrogénio por fotoeletrólise da água – aproveitamento do subproduto oxigénio

A noção de Economia relativa ao Hidrogénio no vocabulário dos líderes políticos e empresariais tem vindo a mudar sobretudo pela preocupação da poluição global, segurança energética e mudanças climáticas, para além do crescente domínio técnico dos cientistas e engenheiros. O interesse neste composto, que é o elemento mais simples e abundante no universo, está a crescer, devido aos avanços tecnológicos das células de combustível – as potenciais sucessoras das baterias dos aparelhos portáteis eletrónicos, centrais elétricas e motores de combustão interna. Existem métodos já bem desenvolvidos para produzir o hidrogénio. Contudo, destacase a eletrólise da água, não só por ser um método simples mas porque pode utilizar recursos energéticos renováveis, tais como, o vento ou os painéis fotovoltaicos, e aumentar a sua eficiência. Os desafios para melhorar a utilização deste método consistem em reduzir o consumo, a manutenção e os custos energéticos e aumentar a confiança, a durabilidade e a segurança. Mais ainda, consistem em rentabilizar o subproduto oxigénio pois é um gás industrial e medicinal muito importante. Neste trabalho, estudou-se a viabilidade económica da instalação de uma unidade de produção de hidrogénio e oxigénio puros por eletrólise da água, utilizando como fonte energética a energia solar, na empresa Gasoxmed – Gases Medicinais S.A., pretendendo num futuro próximo, comercializar o hidrogénio como fonte de energia, e por outro lado, aproveitar o subproduto oxigénio para utilização industrial. Projetou-se assim uma unidade utilizando um eletrolisador da marca Proton, modelo C30, com capacidade de produção gasosa de 3 kg/h (30 m3/h) de hidrogénio e 20 kg/h (15 m3/h) de oxigénio. Os gases produzidos são comprimidos num compressor da marca RIX a 200 bares para posterior armazenamento em cilindros pressurizados. Dimensionou-se ainda um sistema de miniprodução fotovoltaico com potência 250 kW para alimentar eletricamente a instalação. A realização do projeto na nova área de produção necessitará de 1.713.963€, os quais serão adquiridos por empréstimo bancário. Definiram-se todos os custos fixos associados ao projeto que perfazem um total de 62.554€/mês para os primeiros 5 anos (duração do crédito bancário) findo o qual diminuirão para 21.204€/mês. Da comercialização do hidrogénio, do oxigénio industrial e da eletricidade produzida no sistema de miniprodução de 250 kW, prevê-se um lucro mensal de 117.925€, perfazendo assim um total líquido mensal positivo de 55.371€ durante os primeiros 5 anos e a partir daí de 96.721€/mês, resultando uma amortização do investimento inicial no final do 3º ano.

Aproveitamento e valorização de resíduos provenientes da produção de Biodiesel

Com o desenvolvimento económico das últimas décadas, a gestão de recursos energéticos é um desafio que a sociedade moderna enfrenta. Assim, actualmente há a necessidade da procura de novas fontes de energia, fontes de energia renováveis. Sendo o biodiesel uma fonte de energia renovável, a sua crescente produção irá trazer um aumento da produção de resíduos, como o glicerol e ácidos gordos. É pois importante reduzir/valorizar estes resíduos de forma a impedir a sua acumulação ao longo do tempo. A valorização destes resíduos é o objectivo principal deste trabalho. A primeira parte consistiu na esterificação de ácidos gordos livres com glicerol, na presença de um catalisador ácido, para a produção de monoglicerídeos. Foram utilizados diferentes tipos de matérias-primas: glicerol (76,3%) e resíduo de ácidos gordos (20,8%), fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, glicerol puro (92,2%) e ácido oleico puro (93,1%). Os catalisadores usados foram o cloreto de zinco comercial e o ácido p-tolueonossulfónico comercial. Não foram efectuadas análises específicas aos monoglicerídeos, o produto foi caracterizado pelo índice de acidez. Aparentemente, a maior conversão de ácidos gordos foi obtida no ensaio de esterificação de ácidos gordos com glicerol, ambos da SOCIPOLE SA. No entanto, este não serviu como termo de comparação com os outros devido à formação de uma fase sólida (polímero). Relativamente aos outros ensaios, com razão molar glicerol/ácidos gordos de 1:3, o melhor resultado foi obtido na reacção de glicerol da SOCIPOLE SA com ácido oleico puro, na presença do catalisador ácido p-toluenossulfónico, à temperatura de 106,3ºC e tempo de reacção de 4h30min, sendo a conversão final de ácido oleico 80,7%. Na segunda parte foi feito o estudo da esterificação de ácidos gordos livres com metanol, na presença de ácido sulfúrico, para a produção de biodiesel utilizando ácidos gordos fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, ácidos gordos derivados dos sabões de um resíduo de glicerol fornecido pelo Laboratório de Tecnologia Química, Professora Doutora Lídia Vasconcelos do ISEP e ácidos gordos derivados dos sabões do glicerol bruto, fornecido pela empresa SOCIPOLE SA. Os ensaios foram efectuados a 65ºC, com uma agitação de 120rpm e uma razão molar ácidos gordos/metanol de 1:3. Verificou-se que o índice de acidez do produto, depois de lavado e seco, diminuía com o tempo de reacção e na generalidade a percentagem de ésteres aumentava, observando-se que a partir das seis horas, a reacção se tornava muito lenta. O estudo da razão ácidos gordos/metanol, não permitiu tirar conclusões. O melhor resultado obtido correspondeu a um produto com 96,2% de ésteres metílicos e 8,54mgKOH/gamostra de índice de acidez, pelo que não pode ainda ser designado de biodiesel.