Identificação da combinação ótima das fontes de energia renovável de origem hídrica, eólica e fotovoltaica para a integração no sistema elétrico português

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

HFCs e soluções alternativas viáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Conversão de um veículo de combustão em veículo elétrico

Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Ramo Manutenção e Produção

Estudo para a optimização dos sistemas de climatização com vista à obtenção de um edifício com baixas necessidades energéticas em climatização

A presente tese tem como principal objectivo abordar o tema da eficiência energética em edifícios, no que se refere aos sistemas de climatização. O desenvolvimento deste projecto realizou-se em torno dos consumos energéticos dos diferentes sistemas de climatização estudados (e por conseguinte da envolvente do edifício), focando o cumprimento dos requisitos térmico e energéticos das normas vigentes (RCCTE e RSECE) em Portugal, tendo como objectivo identificar os parâmetros com maior impacto e a relação tendencial entre as soluções construtivas e tecnológicas adoptadas, sempre com o horizonte de maximizar a eficiência energética e diminuir a dependência face à energia primária e consequentemente a emissão de gases que provocam o efeito de estufa. É âmbito desta tese comparar diferentes tipos de sistemas de climatização a nível energético e torná-los os mais eficientes possíveis, para que também se possam tornar monetariamente aliciantes e aumentar o rácio entre benefício/custo. Para tal, numa primeira fase foi feito um estudo térmico da envolvente do edifício, tendo sido utilizado um software de simulação energética de edifícios acreditado pela norma ASHRAE 140-2004 para se poder compreender como o edifício se comportava ao longo do ano, e introduzir algumas correcções na respectiva envolvente, para baixar as potências térmicas/eléctricas dos equipamentos do sistema de AVAC. De seguida foram estudados três sistemas possíveis de climatização para o edifício, de modo a identificar o mais eficiente numa base anual, bem como a possibilidade de combinar o uso de fontes de energia renováveis com o intuito de satisfazer ao máximo as necessidades térmicas do edifício e, ainda, de minimizar o consumo de energia de origem não renovável. Por fim, para avaliar as diferentes potencialidades de cada sistema de climatização estudado, fez-se o respectivo estudo à sua viabilidade económica. Nas considerações finais da presente tese é realizado um estudo aos benefícios que uma possível alteração da arquitectura do edifício pode trazer no aumento da iluminação natural do mesmo integrado com um controlo da iluminação artificial necessária para os diferentes espaços climatizados. Os resultados obtidos foram comparados entre si e corrigir a envolvente exterior reduz os consumos energéticos do edifício em cerca de 11%. As medidas correctivas propostas no sistema de climatização base originam uma redução energética igual a 43%. A nível ambiental, é possível a redução do número de emissões de CO2 em cerca de 72.1%.

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.

Projeto e construção de bancada para ensaios de certificação de gases fluorados com efeitos de estufa

Prestando atenção e observando o que se passa à nossa volta, conclui-se que as condições climáticas da Terra estão a mudar rapidamente. As alterações ambientais que impomos ao nosso planeta em resultado da atividade humana nas suas múltiplas áreas de ação, obrigam-nos a tomar consciência da necessidade na adoção de atitudes e formas de vida mais condizentes com a preservação do ambiente, agindo no respeito pelos processos naturais de renovação ambiental. A resposta a este problema tem-se traduzido na aplicação de um conjunto de legislações e práticas com o objetivo de promover uma redução significativa das emissões de gases com efeito de estufa. Entre outros, os gases fluorados são dos mais relevantes gases com efeito de estufa, conforme identificados no Protocolo de Quioto. Esta tese tem como objetivo mostrar as ações que os técnicos de AVAC e refrigeração necessitam de executar para a sua certificação, para operar com equipamentos fixos de refrigeração que contenham gases fluorados com efeito de estufa, bem como procedimentos e cuidados necessários no respeito e conformidade com a legislação em vigor. Foi construída uma plataforma experimental com um equipamento de refrigeração para a prática e manuseamento do gás fluorados com a eventualidade de desenvolver sessões de formação.

La lutte contre les changements climatiques comme problème de justice distributive internationale

Ce mémoire est structuré en deux parties connexes : la première tente d’établir les fondements de la justice distributive dans le contexte des changements climatiques ; la seconde analyse six principes distributifs susceptibles d’éclairer l’élaboration des politiques internationales d’atténuation de l’effet de serre : les principes d’égalité, de priorité, de contraction & convergence, du « pollueur-payeur », de responsabilité historique, et de capacité. En ce qui concerne les fondements, les paradigmes de biens publics mondiaux et de droits humains fondamentaux semblent offrir de solides assises pour comprendre le caractère obligatoire de la justice climatique. Concernant l’adoption des principes distributifs, une perspective plurielle permet d’apporter un éclairage unique sur différents aspects de la distribution des quotas d’émissions et de rendre compte avec plus de force des raisons pour lesquelles les nations désignées comme étant responsables ont le devoir moral de passer à l’action.

Modelling of global crop production and resulting N2O emissions

Landwirtschaft spielt eine zentrale Rolle im Erdsystem. Sie trägt durch die Emission von CO2, CH4 und N2O zum Treibhauseffekt bei, kann Bodendegradation und Eutrophierung verursachen, regionale Wasserkreisläufe verändern und wird außerdem stark vom Klimawandel betroffen sein. Da all diese Prozesse durch die zugrunde liegenden Nährstoff- und Wasserflüsse eng miteinander verknüpft sind, sollten sie in einem konsistenten Modellansatz betrachtet werden. Dennoch haben Datenmangel und ungenügendes Prozessverständnis dies bis vor kurzem auf der globalen Skala verhindert. In dieser Arbeit wird die erste Version eines solchen konsistenten globalen Modellansatzes präsentiert, wobei der Schwerpunkt auf der Simulation landwirtschaftlicher Erträge und den resultierenden N2O-Emissionen liegt. Der Grund für diese Schwerpunktsetzung liegt darin, dass die korrekte Abbildung des Pflanzenwachstums eine essentielle Voraussetzung für die Simulation aller anderen Prozesse ist. Des weiteren sind aktuelle und potentielle landwirtschaftliche Erträge wichtige treibende Kräfte für Landnutzungsänderungen und werden stark vom Klimawandel betroffen sein. Den zweiten Schwerpunkt bildet die Abschätzung landwirtschaftlicher N2O-Emissionen, da bislang kein prozessbasiertes N2O-Modell auf der globalen Skala eingesetzt wurde. Als Grundlage für die globale Modellierung wurde das bestehende Agrarökosystemmodell Daycent gewählt. Neben der Schaffung der Simulationsumgebung wurden zunächst die benötigten globalen Datensätze für Bodenparameter, Klima und landwirtschaftliche Bewirtschaftung zusammengestellt. Da für Pflanzzeitpunkte bislang keine globale Datenbasis zur Verfügung steht, und diese sich mit dem Klimawandel ändern werden, wurde eine Routine zur Berechnung von Pflanzzeitpunkten entwickelt. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit Anbaukalendern der FAO, die für einige Feldfrüchte und Länder verfügbar sind. Danach wurde das Daycent-Modell für die Ertragsberechnung von Weizen, Reis, Mais, Soja, Hirse, Hülsenfrüchten, Kartoffel, Cassava und Baumwolle parametrisiert und kalibriert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass Daycent die wichtigsten Klima-, Boden- und Bewirtschaftungseffekte auf die Ertragsbildung korrekt abbildet. Berechnete Länderdurchschnitte stimmen gut mit Daten der FAO überein (R2 = 0.66 für Weizen, Reis und Mais; R2 = 0.32 für Soja), und räumliche Ertragsmuster entsprechen weitgehend der beobachteten Verteilung von Feldfrüchten und subnationalen Statistiken. Vor der Modellierung landwirtschaftlicher N2O-Emissionen mit dem Daycent-Modell stand eine statistische Analyse von N2O-und NO-Emissionsmessungen aus natürlichen und landwirtschaftlichen Ökosystemen. Die als signifikant identifizierten Parameter für N2O (Düngemenge, Bodenkohlenstoffgehalt, Boden-pH, Textur, Feldfrucht, Düngersorte) und NO (Düngemenge, Bodenstickstoffgehalt, Klima) entsprechen weitgehend den Ergebnissen einer früheren Analyse. Für Emissionen aus Böden unter natürlicher Vegetation, für die es bislang keine solche statistische Untersuchung gab, haben Bodenkohlenstoffgehalt, Boden-pH, Lagerungsdichte, Drainierung und Vegetationstyp einen signifikanten Einfluss auf die N2O-Emissionen, während NO-Emissionen signifikant von Bodenkohlenstoffgehalt und Vegetationstyp abhängen. Basierend auf den daraus entwickelten statistischen Modellen betragen die globalen Emissionen aus Ackerböden 3.3 Tg N/y für N2O, und 1.4 Tg N/y für NO. Solche statistischen Modelle sind nützlich, um Abschätzungen und Unsicherheitsbereiche von N2O- und NO-Emissionen basierend auf einer Vielzahl von Messungen zu berechnen. Die Dynamik des Bodenstickstoffs, insbesondere beeinflusst durch Pflanzenwachstum, Klimawandel und Landnutzungsänderung, kann allerdings nur durch die Anwendung von prozessorientierten Modellen berücksichtigt werden. Zur Modellierung von N2O-Emissionen mit dem Daycent-Modell wurde zunächst dessen Spurengasmodul durch eine detailliertere Berechnung von Nitrifikation und Denitrifikation und die Berücksichtigung von Frost-Auftau-Emissionen weiterentwickelt. Diese überarbeitete Modellversion wurde dann an N2O-Emissionsmessungen unter verschiedenen Klimaten und Feldfrüchten getestet. Sowohl die Dynamik als auch die Gesamtsummen der N2O-Emissionen werden befriedigend abgebildet, wobei die Modelleffizienz für monatliche Mittelwerte zwischen 0.1 und 0.66 für die meisten Standorte liegt. Basierend auf der überarbeiteten Modellversion wurden die N2O-Emissionen für die zuvor parametrisierten Feldfrüchte berechnet. Emissionsraten und feldfruchtspezifische Unterschiede stimmen weitgehend mit Literaturangaben überein. Düngemittelinduzierte Emissionen, die momentan vom IPCC mit 1.25 +/- 1% der eingesetzten Düngemenge abgeschätzt werden, reichen von 0.77% (Reis) bis 2.76% (Mais). Die Summe der berechneten Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden beträgt für die Mitte der 1990er Jahre 2.1 Tg N2O-N/y, was mit den Abschätzungen aus anderen Studien übereinstimmt.

Livros didáticos de geografia do ensino médio: um estudo sobre o aquecimento global e o efeito estufa

Os livros didáticos são referência para professores e estudantes na construção das relações entre o ser humano e o meio ambiente, e devem proporcionar práticas capazes de despertar nos estudantes, a formação de uma consciência comprometida com a sustentabilidade socioambiental. O objetivo da investigação voltou-se à compreensão conceitual e metodológica da apresentação dos temas efeito estufa e aquecimento global nos livros didáticos de Geografia, aprovados pelo Plano Nacional do Livro Didático do Ensino Médio e sua interação com o debate articulado com educação ambiental. A análise dos livros se deu de acordo com as categorias: manual do professor, conceito relacionado à temática no texto e metodologia, esta última, direcionada à investigação do texto e de imagens associadas ao efeito estufa e ao aquecimento global. A investigação assumiu a dimensão qualitativa, com orientação centrada na modalidade documental. Os dados recolhidos para a investigação obedeceram ao método de análise de conteúdo, utilizando a técnica de análise temática categorial, proposta por Laurence Bardin. As considerações finais desta investigação apontam na direção de que, mesmo admitindo a relevância das avaliações promovidas pelo Governo Federal Brasileiro, os livros didáticos e seus manuais sugerem a necessidade de aprofundar reflexões que atestem contribuições para a formação de professores e estudantes comprometidos com a sustentabilidade do meio em que vivem.

Integração do elemento vegetal no edificado

Esta dissertação é muito mais do que um trabalho sobre ajardinamento de edifícios, pois pretende-se que seja uma ferramenta de ajuda em benefício da transformação de milhares de metros quadrados, das coberturas e das fachadas, muitas vezes negligenciados, em espaços verdes públicos beneficiando, não somente, os promotores imobiliários mas, acima de tudo os seus ocupantes e usufrutuários, que desta forma podem tirar partido de novos espaços de estar, ao ar livre. Enquanto a cidade, ao nível térreo, apresenta um aumento de tráfego rodoviário, com inegável poluição e confusão, é possível, desta forma, usufruir de um espaço aberto. Esta dissertação procura estudar os edifícios que já integram o elemento vegetal no seu conceito e que sejam um sucesso na forma como usam o elemento vegetal, de modo a divulgar as técnicas de construção, entender as decisões dos projectistas e o impacto nos utilizadores que habitam e usufruem dos espaços – Análise-Pós-Ocupação. Esta dissertação pretende demonstrar o quanto é importante que as cidades apresentem espaços verdes para uso da população. As zonas verdes existentes nas cidades são inequivocamente um importante indicador da qualidade ambiental existente nessas mesmas cidades. As coberturas e fachadas verdes arrefecem os edifícios, capturam e filtram as águas da chuva, proporcionam habitat à vida selvagem, reduzem o efeito de estufa das cidades, proporcionam uma preciosidade estética, uma experiência recreativa e por vezes comida, para os habitantes das cidades. Pretende-se assim, focar os benefícios humanos, sociais e naturais que se obtêm ao introduzir vegetação nas paredes, terraços, pátios e coberturas dos edifícios. Assim foi considerado útil usar uma metodologia para também analisar o tipo de espécies usadas nos estudos de caso, e determinar a necessidade de uma ferramenta para que a selecção vegetal respeite critérios de biodiversidade e melhor adaptabilidade aos ecossistemas locais, sabendo de antemão que não podem nem pretendem substituir os habitats naturais, que as cidades também podem e devem apresentar.

Inconsistencies between satellite estimates of longwave cloud forcing and dynamical fields from reanalyses

The greenhouse effect of cloud may be quantified as the difference between outgoing longwave radiation (OLR) and its clear-sky component (OLRc). Clear-sky measurements from satellite preferentially sample drier, more stable conditions relative to the monthly-mean state. The resulting observational bias is evident when OLRc is stratified by vertical motion; differences to climate model OLRc of 15 Wm−2 occur over warm regions of strong ascent. Using data from the ECMWF 40-year reanalysis, an estimate of cloud longwave radiative effect is made which is directly comparable with standard climate model diagnostics. The impact of this methodology on the cancellation of cloud longwave and shortwave radiative forcing in the tropics is estimated.

An estimate of the global impact of multiple scattering by clouds on outgoing long-wave radiation

Although the potential importance of scattering of long-wave radiation by clouds has been recognised, most studies have concentrated on the impact of high clouds and few estimates of the global impact of scattering have been presented. This study shows that scattering in low clouds has a significant impact on outgoing long-wave radiation (OLR) in regions of marine stratocumulus (-3.5 W m(-2) for overcast conditions) where the column water vapour is relatively low. This corresponds to an enhancement of the greenhouse effect of such clouds by 10%. The near-global impact of scattering on OLR is estimated to be -3.0 W m(-2), with low clouds contributing -0.9 W m(-2), mid-level cloud -0.7 W m(-2) and high clouds -1.4 W m(-2). Although this effect appears small compared to the global mean OLR of 240 W m(-2), it indicates that neglect of scattering will lead to an error in cloud long-wave forcing of about 10% and an error in net cloud forcing of about 20%.

The dependence of clear-sky outgoing longwave radiation on surface temperature and relative humidity

A simulation of the earth's clear-sky long-wave radiation budget is used to examine the dependence of clear-sky outgoing long-wave radiation (OLR) on surface temperature and relative humidity. the simulation uses the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts global reanalysed fields to calculate clear-sky OLR over the period from January 1979 to December 1993, thus allowing the seasonal and interannual time-scales to be resolved. the clear-sky OLR is shown to be primarily dependent on temperature changes at high latitudes and on changes in relative humidity at lower latitudes. Regions exhibiting a ‘super-greenhouse’ effect are identified and are explained by considering the changes in the convective regime associated with the Hadley circulation over the seasonal cycle, and with the Walker circulation over the interannual time-scale. the sensitivity of clear-sky OLR to changes in relative humidity diminishes with increasing relative humidity. This is explained by the increasing saturation of the water-vapour absorption bands with increased moisture. By allowing the relative humidity to vary in specified vertical slabs of the troposphere over an interannual time-scale it is shown that changes in humidity in the mid troposphere (400 to 700 hPa) are of most importance in explaining clear-sky OLR variations. Relative humidity variations do not appear to affect the positive thermodynamic water-vapour feedback significantly in response to surface temperature changes.

Towards understanding the climate of Venus

ESA’s Venus Express Mission has monitored Venus since April 2006, and scientists worldwide have used mathematical models to investigate its atmosphere and model its circulation. This book summarizes recent work to explore and understand the climate of the planet through a research program under the auspices of the International Space Science Institute (ISSI) in Bern, Switzerland. Some of the unique elements that are discussed are the anomalies with Venus’ surface temperature (the huge greenhouse effect causes the surface to rise to 460°C, without which would plummet as low as -40°C), its unusual lack of solar radiation (despite being closer to the Sun, Venus receives less solar radiation than Earth due to its dense cloud cover reflecting 76% back) and the juxtaposition of its atmosphere and planetary rotation (wind speeds can climb up to 200 m/s, much faster than Venus’ sidereal day of 243 Earth-days).

Emergy-based sustainability assessment of different energy options for green buildings

It is necessary to minimize the environmental impact and utilize natural resources in a sustainable and efficient manner in the early design stage of developing an environmentally-conscious design for a heating, ventilating and air-conditioning system. Energy supply options play a significant role in the total environmental load of heating, ventilating and air-conditioning systems. To assess the environmental impact of different energy options, a new method based on Emergy Analysis is proposed. Emergy Accounting, was first developed and widely used in the area of ecological engineering, but this is the first time it has been used in building service engineering. The environmental impacts due to the energy options are divided into four categories under the Emergy Framework: the depletion of natural resources, the greenhouse effect (carbon dioxide equivalents), the chemical rain effect (sulphur dioxide equivalents), and anthropogenic heat release. The depletion of non-renewable natural resources is indicated by the Environmental Load Ratio, and the environmental carrying capacity is developed to represent the environmental service to dilute the pollutants and anthropogenic heat released. This Emergy evaluation method provides a new way to integrate different environmental impacts under the same framework and thus facilitates better system choices. A case study of six different kinds of energy options consisting of renewable and non-renewable energy was performed by using Emergy Theory, and thus their relative environmental impacts were compared. The results show that the method of electricity generation in energy sources, especially for electricity-powered systems, is the most important factor to determine their overall environmental performance. The direct-fired lithium-bromide absorption type consumes more non-renewable energy, and contributes more to the urban heat island effect compared with other options having the same electricity supply. Using Emergy Analysis, designers and clients can make better-informed, environmentally-conscious selections of heating, ventilating and air-conditioning systems.