Modelação numérica de uma caldeira doméstica a pellets

A biomassa é uma das fontes de energia renovável com maior potencial em Portugal, sendo a capacidade de produção de pellets de biomassa atualmente instalada superior a 1 milhão de toneladas/ano. Contudo, a maioria desta produção destina-se à exportação ou à utilização em centrais térmicas a biomassa, cujo crescimento tem sido significativo nos últimos anos, prevendo-se que a capacidade instalada em 2020 seja de aproximadamente 250 MW. O mercado português de caldeiras a pellets é bastante diversificado. O estudo que realizamos permitiu concluir que cerca de 90% das caldeiras existentes no mercado português têm potências inferiores a 60 kW, possuindo na sua maioria grelha fixa (81%), com sistema de ignição eléctrica (92%) e alimentação superior do biocombustível sólido (94%). O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo para simulação de uma caldeira a pellets de biomassa, que para além de permitir otimizar o projeto e operação deste tipo de equipamento, permitisse avaliar as inovações tecnológicas nesta área. Para tal recorreu-se o BiomassGasificationFoam, um código recentemente publicado, e escrito para utilização com o OpenFOAM, uma ferramenta computacional de acesso livre, que permite a simulação dos processos de pirólise, gasificação e combustão de biomassa. Este código, que foi inicialmente desenvolvido para descrever o processo de gasificação na análise termogravimétrica de biomassa, foi por nós adaptado para considerar as reações de combustão em fase gasosa dos gases libertados durante a pirólise da biomassa (recorrendo para tal ao solver reactingFoam), e ter a possibilidade de realizar a ignição da biomassa, o que foi conseguido através de uma adaptação do código de ignição do XiFoam. O esquema de ignição da biomassa não se revelou adequado, pois verificou-se que a combustão parava sempre que a ignição era inativada, independentemente do tempo que ela estivesse ativa. Como alternativa, usaram-se outros dois esquemas para a combustão da biomassa: uma corrente de ar quente, e uma resistência de aquecimento. Ambos os esquemas funcionaram, mas nunca foi possível fazer com que a combustão fosse autossustentável. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que a extensão das reações de pirólise e de gasificação, que são ambas endotérmicas, é muito pequena, pelo que a quantidade de gases libertados é igualmente muito pequena, não sendo suficiente para libertar a energia necessária à combustão completa da biomassa de uma maneira sustentável. Para tentar ultrapassar esta dificuldade foram testadas várias alternativas, , que incluíram o uso de diferentes composições de biomassa, diferentes cinéticas, calores de reação, parâmetros de transferência de calor, velocidades do ar de alimentação, esquemas de resolução numérica do sistema de equações diferenciais, e diferentes parâmetros dos esquemas de resolução utilizados. Todas estas tentativas se revelaram infrutíferas. Este estudo permitiu concluir que o solver BiomassGasificationFoam, que foi desenvolvido para descrever o processo de gasificação de biomassa em meio inerte, e em que a biomassa é aquecida através de calor fornecido pelas paredes do reator, aparentemente não é adequado à descrição do processo de combustão da biomassa, em que a combustão deve ser autossustentável, e em que as reações de combustão em fase gasosa são importantes. Assim, é necessário um estudo mais aprofundado que permita adaptar este código à simulação do processo de combustão de sólidos porosos em leito fixo.

Viabilidade económica e energética do biodiesel produzido a partir de Chlorella vulgaris

Contemporaneamente o Homem depara-se com um dos grandes desafios que é o de efetivar a transição para um futuro sustentável. Assim, o setor da energia tem um papel fundamental neste processo de transição, com principal enfoque no setor dos automóveis, sendo este um setor que contribui com elevadas quantidades de gases de efeito estufa libertados para a atmosfera. Também a escassez dos recursos petrolíferos constitui um ponto fundamental no tema apresentado. Com a necessidade de combater esses problemas é que se tem vindo a tentar desenvolver combustíveis renováveis e neutros quanto às emissões. A primeira geração de biocombustíveis obtidos através de culturas agrícolas terrestres preenche em parte esses requisitos, porém, não atinge os valores da procura e ainda competem com a produção de alimentos. Daí o interesse na aposta de uma segunda geração de biocombustíveis produzidos de fontes que não pertencem à cadeia alimentar e são residuais mas, que mesmo assim não permitem satisfazer as necessidades de matériaprima. A terceira geração de biocombustíveis vem justamente responder a estas questões pois assenta em matérias-primas que não competem pela utilização do solo agrícola nem são usadas para fins alimentares, tendo produtividades areais substancialmente superiores às que as culturas convencionais ou biomassas residuais conseguem assegurar. A matéria prima de terceira geração são portanto as microalgas, cujas produtividades em biomassa são extremamente elevadas, para além de produtividades muito superiores em lípidos, hidratos de carbono e/ou outros produtos de valor elevado. No entanto, este tipo de produção de biocombustível ainda enfrenta alguns problemas técnicos que o tornam num processo dispendioso para competir economicamente com outros tipos de produção de biodiesel. Na linha do que foi dito anteriormente, este trabalho apresenta um estudo de viabilidade económica e energética do biodiesel produzido através da Chlorella vulgaris, apresentando as técnicas e resultados de cultivo da Chlorella vulgaris e posteriormente de produção do biodiesel através dos lípidos obtidos através da mesma. Para melhorar a colheita das microalgas, que é uma das fases mais dispendiosas, testou-se o aumento de pH e a adição de um floculante (Pax XL-10), sendo que o primeiro não permitiu obter resultados satisfatórios, enquanto o segundo permitiu obter resultados de rendimento na ordem dos 90%. Mesmo com a melhoria da etapa da colheita, o preço mínimo do biodiesel produzido a partir do óleo de Chlorella vulgaris, com as condições ótimas de cultivo e produtividades máximas encontradas na literatura, foi de 8,76 €/L, pois, na análise económica, o Pax XL-10 revelou-se extremamente caro para utilizar na floculação de microalgas para obtenção de um produto de baixo valor, como é o biodiesel. A não utilização da floculação reduz o preço do biodiesel para 7,85 €/L. O que se pode concluir deste trabalho é que face às técnicas utilizadas, a produção de biodiesel Chlorella vulgaris apenas, não é economicamente viável, pelo que para viabilizar a sustentabilidade do processo seria ainda necessário desenvolver mais esforços no sentido de otimizar a produção de biodiesel, eventualmente associando-a à produção de um outro biocombustível produzido a partir da biomassa extraída residual e/ou da recuperação de outros produtos de maior valor.

Integração Energética da Unidade de Pré-destilação U-0100 da Fábrica de Aromáticos

A presente dissertação foi realizada no âmbito do Mestrado em Engenharia Química no ramo de Otimização Energética na Indústria Química, do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O estudo energético foi desenvolvido na empresa Petrogal, S.A, na Refinaria de Matosinhos, avaliando a possível racionalização energética do processo existente na Fábrica de Aromáticos. Os objetivos propostos basearam-se na realização de uma integração energética à unidade de pré-destilação, denominada por U-0100, que se encontra instalada na Fábrica de Aromáticos. Pretende-se, de uma forma geral, o reaproveitamento máximo da energia do processo, diminuindo o recurso a utilidades externas. Para tal recorreu-se à metodologia da análise do ponto de estrangulamento, designada por tecnologia Pinch. Numa primeira fase da otimização foi necessário conhecer todo o processo em causa e os conceitos associados à tecnologia aplicada. Após contactar com o processo procedeu-se ao levantamento energético do mesmo, referente ao ano 2013. Nesta etapa foram recolhidos todos os dados considerados relevantes para a quantificação energética das correntes e das utilidades empregues. Depois da recolha efetuou-se a integração energética estabelecendo um ∆Tmin ótimo para o processo de 5°C, após uma prévia análise da influência deste parâmetro sobre os consumos. Constatou-se que atualmente o processo de separação opera com uma taxa de recuperação energética de 16,8% da energia total, sendo a restante energia introduzida por utilidades externas. Com a análise do ponto de estrangulamento concluiu-se que a unidade de pré - destilação U-0100 se encontra integrada energeticamente, não sendo essencial proceder a qualquer modificação à mesma. No entanto sugere-se como trabalho futuro um estudo técnico e económico da implementação de um pré-aquecedor de ar, necessário ao processo de combustão que se dá na fornalha H-0101. Isto tendo em vista o reaproveitamento máximo da corrente, gases de combustão, que é desperdiçada para o meio ambiente.

Como responder à heterogeneidade dos alunos, de modo a proporcionar o sucesso de cada um?

O sucesso educativo dos alunos é como facilmente se compreenderá, a essência do ato educativo nas suas múltiplas dimensões e formas. O percurso para a obtenção desse sucesso é variado e representa muitas vezes um enorme investimento das organizações educativas nomeadamente na gestão dos seus recursos humanos. Por outro lado, o modelo organizativo instituído pode ser o fator preponderante para a obtenção do sucesso procurado sobretudo quando ele é promotor de um clima harmonioso e motivador para o ato educativo. O projeto apresentado neste estudo estruturou-se numa nova construção dos grupos de trabalho, em que o conceito tradicional de turma foi substituído por grupos, constituídos por alunos cujo grau de conhecimento e competências no âmbito das disciplinas de Português e Matemática, fosse o mais aproximado possível não perdendo de vista o princípio de heterogeneidade do grupo mesmo que relativa ou diminuída, tão importante para promover a diversidade. Este sistema organizativo rompeu com o conceito tradicional da turma o que implicou uma alteração não só na organização de horários escolares dos alunos e docentes mas também obrigou estruturação e implementação de um processo de mobilidades dos alunos entre grupos em função do seu grau de aprendizagens ou de dificuldades na sua obtenção. Este projeto foi ainda promotor de uma cultura de trabalho colaborativo e partilha entre docentes de cada grupo disciplinar promovendo a sistematização de interações entre pares quer na preparação das atividades letivas quer na discussão e resolução dos constrangimentos que o desenvolvimento do projeto evidenciou.

Uso Sustentável de Vapor

Em 2006, a IEA (Agência Internacional de Energia), publicou alguns estudos de consumos mundiais de energia. Naquela altura, apontava na fabricação de produtos, um consumo mundial de energia elétrica, de origem fóssil de cerca 86,16 EJ/ano (86,16×018 J) e um consumo de energia nos sistemas de vapor de 32,75 EJ/ano. Evidenciou também nesses estudos que o potencial de poupança de energia nos sistemas de vapor era de 3,27 EJ/ano. Ou seja, quase tanto como a energia consumida nos sistemas de vapor da U.E. Não se encontraram números relativamente a Portugal, mas comparativamente com outros Países publicitados com alguma similaridade, o consumo de energia em vapor rondará 0,2 EJ/ano e por conseguinte um potencial de poupança de cerca 0,02 EJ/ano, ou 5,6 × 106 MWh/ano ou uma potência de 646 MW, mais do que a potência de cinco barragens Crestuma/Lever! Trata-se efetivamente de muita energia; interessa por isso perceber o onde e o porquê deste desperdício. De um modo muito modesto, pretende-se com este trabalho dar algum contributo neste sentido. Procurou-se evidenciar as possibilidades reais de os utilizadores de vapor de água na indústria reduzirem os consumos de energia associados à sua produção. Não estão em causa as diferentes formas de energia para a geração de vapor, sejam de origem fóssil ou renovável; interessou neste trabalho estudar o modo de como é manuseado o vapor na sua função de transporte de energia térmica, e de como este poderá ser melhorado na sua eficiência de cedência de calor, idealmente com menor consumo de energia. Com efeito, de que servirá se se optou por substituir o tipo de queima para uma mais sustentável se a jusante se continuarem a verificarem desperdícios, descarga exagerada nas purgas das caldeiras com perda de calor associada, emissões permanentes de vapor para a atmosfera em tanques de condensado, perdas por válvulas nos vedantes, purgadores avariados abertos, pressão de vapor exageradamente alta atendendo às temperaturas necessárias, “layouts” do sistema de distribuição mal desenhados, inexistência de registos de produção e consumos de vapor, etc. A base de organização deste estudo foi o ciclo de vapor: produção, distribuição, consumo e recuperação de condensado. Pareceu importante incluir também o tratamento de água, atendendo às implicações na transferência de calor das superfícies com incrustações. Na produção de vapor, verifica-se que os maiores problemas de perda de energia têm a ver com a falta de controlo, no excesso de ar e purgas das caldeiras em exagero. Na distribuição de vapor aborda-se o dimensionamento das tubagens, necessidade de purgas a v montante das válvulas de controlo, a redução de pressão com válvulas redutoras tradicionais; será de destacar a experiência americana no uso de micro turbinas para a redução de pressão com produção simultânea de eletricidade. Em Portugal não se conhecem instalações com esta opção. Fabricantes da República Checa e Áustria, têm tido sucesso em algumas dezenas de instalações de redução de pressão em diversos países europeus (UK, Alemanha, R. Checa, França, etc.). Para determinação de consumos de vapor, para projeto ou mesmo para estimativa em máquinas existentes, disponibiliza-se uma série de equações para os casos mais comuns. Dá-se especial relevo ao problema que se verifica numa grande percentagem de permutadores de calor, que é a estagnação de condensado - “stalled conditions”. Tenta-se também evidenciar as vantagens da recuperação de vapor de flash (infelizmente de pouca tradição em Portugal), e a aplicação de termocompressores. Finalmente aborda-se o benchmarking e monitorização, quer dos custos de vapor quer dos consumos específicos dos produtos. Esta abordagem é algo ligeira, por manifesta falta de estudos publicados. Como trabalhos práticos, foram efetuados levantamentos a instalações de vapor em diversos sectores de atividades; 1. ISEP - Laboratório de Química. Porto, 2. Prio Energy - Fábrica de Biocombustíveis. Porto de Aveiro. 3. Inapal Plásticos. Componentes de Automóvel. Leça do Balio, 4. Malhas Sonix. Tinturaria Têxtil. Barcelos, 5. Uma instalação de cartão canelado e uma instalação de alimentos derivados de soja. Também se inclui um estudo comparativo de custos de vapor usado nos hospitais: quando produzido por geradores de vapor com queima de combustível e quando é produzido por pequenos geradores elétricos. Os resultados estão resumidos em tabelas e conclui-se que se o potencial de poupança se aproxima do referido no início deste trabalho.

Redes Neuronais Artificiais na Otimização do Processo de Digestão Anaeróbia - Aplicação a uma ETAR da AdCL

Numa sociedade com elevado consumo energético, a dependência de combustíveis fósseis em evidente diminuição de disponibilidades é um tema cada vez mais preocupante, assim como a poluição atmosférica resultante da sua utilização. Existe, portanto, uma necessidade crescente de recorrer a energias renováveis e promover a otimização e utilização de recursos. A digestão anaeróbia (DA) de lamas é um processo de estabilização de lamas utilizado nas Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) e tem, como produtos finais, a lama digerida e o biogás. Maioritariamente constituído por gás metano, o biogás pode ser utilizado como fonte de energia, reduzindo, deste modo, a dependência energética da ETAR e a emissão de gases com efeito de estufa para a atmosfera. A otimização do processo de DA das lamas é essencial para o aumento da produção de biogás. No presente relatório de estágio, as Redes Neuronais Artificiais (RNA) foram aplicadas ao processo de DA de lamas de ETAR. As RNA são modelos simplificados inspirados no funcionamento das células neuronais humanas e que adquirem conhecimento através da experiência. Quando a RNA é criada e treinada, produz valores de output aproximadamente corretos para os inputs fornecidos. Uma vez que as DA são um processo bastante complexo, a sua otimização apresenta diversas dificuldades. Foi esse o motivo para recorrer a RNA na otimização da produção de biogás nos digestores das ETAR de Espinho e de Ílhavo da AdCL, utilizando o software NeuralToolsTM da PalisadeTM, contribuindo, desta forma, para a compreensão do processo e do impacto de algumas variáveis na produção de biogás.

Exposição ocupacional a partículas e função respiratória em trabalhadores industriais

RESUMO - Num local de trabalho, em especial num ambiente industrial, podemos estar expostos a diversos tipos de riscos profissionais. A exposição ocupacional a partículas poderá ser causa de diversas doenças respiratórias, em função das características das partículas, da concentração existente no ar ambiente interior e da duração da exposição. Com o presente estudo, o investigador pretende descrever o tipo de associação existente entre a exposição a partículas e a função respiratória, avaliar os efeitos respiratórios na população em estudo e propor medidas para minimizar os efeitos e promover a saúde dos trabalhadores expostos.

Gas emissions on rice culture and its importance on air quality

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente Perfil Gestão de Sistemas Ambientais

Influence of abiotic stress factors on VOCs emission from Portuguese rice paddy fields: relation with increased climate change

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente Perfil de Gestão de Sistemas Ambientais

Insights into Campylobacter jejuni Desulforubrerythrin catalytic mechanism

Dissertation presented to obtain the Master Degree in Molecular Genetics and Biomedicine

Human ceruloplasmin and neurotransmitters: complex stabilization and crystallization

Dissertation to obtain a Master Degree in Molecular Genetics and Biomedicine at Faculty of Sciences and Technology,Universidade Nova de Lisboa

Biodiversity and quantification of functional bacteria in deammonification process.

2015

Thermo-hydro-mechanical analysis of CO2 injection into deep aquifers

One of the biggest challenges for humanity is global warming and consequently, climate changes. Even though there has been increasing public awareness and investments from numerous countries concerning renewable energies, fossil fuels are and will continue to be in the near future, the main source of energy. Carbon capture and storage (CCS) is believed to be a serious measure to mitigate CO2 concentration. CCS briefly consists of capturing CO2 from the atmosphere or stationary emission sources and transporting and storing it via mineral carbonation, in oceans or geological media. The latter is referred to as carbon capture and geological storage (CCGS) and is considered to be the most promising of all solutions. Generally it consists of a storage (e.g. depleted oil reservoirs and deep saline aquifers) and sealing (commonly termed caprock in the oil industry) formations. The present study concerns the injection of CO2 into deep aquifers and regardless injection conditions, temperature gradients between carbon dioxide and the storage formation are likely to occur. Should the CO2 temperature be lower than the storage formation, a contractive behaviour of the reservoir and caprock is expected. The latter can result in the opening of new paths or re-opening of fractures, favouring leakage and compromising the CCGS project. During CO2 injection, coupled thermo-hydro-mechanical phenomena occur, which due to their complexity, hamper the assessment of each relative influence. For this purpose, several analyses were carried out in order to evaluate their influences but focusing on the thermal contractive behaviour. It was finally concluded that depending on mechanical and thermal properties of the pair aquifer-seal, the sealing caprock can undergo significant decreases in effective stress.

Follow the red road of triheme cytochromes in Geobacter sulfurreducens

The bacterium Geobacter sulfurreducens (Gs) is capable of oxidizing a large variety of compounds relaying electrons out of the cytoplasm and across the membrane in a process designated as extracellular electron transfer. The Gs genome was fully sequenced and a family composed by five periplasmic triheme cytochromes c7 (designated PpcA-E) was identified. These cytochromes play an important role in the reduction of extracellular acceptors. They contain approximately 70 amino acids, three heme groups with bis-histidinyl axial coordination, and share between 57 and 77% sequence identity. The triheme cytochrome PpcA is highly abundant in Gs and is most likely the reservoir of electrons destined for outer surface. In addition to its role in electron transfer pathways this protein can perform e-/H+ energy transduction, a process that is disrupted when the strictly conserved aromatic residue phenylalanine 15 is replaced by a leucine (PpcAF15L). This Thesis focuses on the expression, purification and characterization of these proteins using Nuclear Magnetic Resonance and ultraviolet-visible spectroscopy. The orientations of the heme axial histidine ring planes and the orientation of the heme magnetic axis were determined for each Gs triheme cytochrome. The comparison of the orientations obtained in solution with the crystal structures available showed significant differences. The results obtained provide the paramagnetic constraints to include in the future refinement of the solution structure in the oxidized state. In this work was also determined the solution structure and the pH-dependent conformational changes of the PpcAF15L allowing infer the structural origin for e-/H+ energy transduction mechanism as shown by PpcA. Finally, the backbone and side chain NH signals of PpcA were used to map interactions between this protein and the putative redox partner 9,10-anthraquinone-2,6-disulfonate (AQDS). In this work a molecular interaction was identified for the first time between PpcA and AQDS, constituting the first step toward the rationalization of the Gs respiratory chain.

Hygrothermal behaviour of earthen plasters for sustainable housing construction

A ready-mixed and several laboratory formulated mortars were produced and tested in fresh state and after hardening, simulating a masonry plaster for indoor application. All the mortars used a clayish earth from the same region and different compositions of aggregates, eventually including fibres and a phase change material. All the formulated mortars were composed by 1:3 volumetric proportions of earth and aggregate. Tests were developed for consistency, fresh bulk density, thermal conductivity, capillary absorption and drying, water vapour permeability and sorption-desorption. The use of PCM changed drastically the workability of the mortars and increased their capillary absorption. The use of fibres and variations on particle size distribution of the mixtures of sand that were used had no significant influence on tested properties. But particularly the good workability of these mortars and the high capacity of sorption and desorption was highlighted. With this capacity plasters made with these mortars are able to adsorb water vapour from indoor atmosphere when high levels of relative humidity exist and release water vapour when the indoor atmosphere became too dry. This fact makes them able to contribute passively for a healthier indoor environment. The technical, ecological and environmental advantages of the application of plasters with this type of mortars are emphasized, with the aim of contributing for an increased use for new or existent housing.