Exergetic, energetic, economic and environmental evaluation of concentrated solar power plants in Libya

The PhD project addresses the potential of using concentrating solar power (CSP) plants as a viable alternative energy producing system in Libya. Exergetic, energetic, economic and environmental analyses are carried out for a particular type of CSP plants. The study, although it aims a particular type of CSP plant – 50 MW parabolic trough-CSP plant, it is sufficiently general to be applied to other configurations. The novelty of the study, in addition to modeling and analyzing the selected configuration, lies in the use of a state-of-the-art exergetic analysis combined with the Life Cycle Assessment (LCA). The modeling and simulation of the plant is carried out in chapter three and they are conducted into two parts, namely: power cycle and solar field. The computer model developed for the analysis of the plant is based on algebraic equations describing the power cycle and the solar field. The model was solved using the Engineering Equation Solver (EES) software; and is designed to define the properties at each state point of the plant and then, sequentially, to determine energy, efficiency and irreversibility for each component. The developed model has the potential of using in the preliminary design of CSPs and, in particular, for the configuration of the solar field based on existing commercial plants. Moreover, it has the ability of analyzing the energetic, economic and environmental feasibility of using CSPs in different regions of the world, which is illustrated for the Libyan region in this study. The overall feasibility scenario is completed through an hourly analysis on an annual basis in chapter Four. This analysis allows the comparison of different systems and, eventually, a particular selection, and it includes both the economic and energetic components using the “greenius” software. The analysis also examined the impact of project financing and incentives on the cost of energy. The main technological finding of this analysis is higher performance and lower levelized cost of electricity (LCE) for Libya as compared to Southern Europe (Spain). Therefore, Libya has the potential of becoming attractive for the establishment of CSPs in its territory and, in this way, to facilitate the target of several European initiatives that aim to import electricity generated by renewable sources from North African and Middle East countries. The analysis is presented a brief review of the current cost of energy and the potential of reducing the cost from parabolic trough- CSP plant. Exergetic and environmental life cycle assessment analyses are conducted for the selected plant in chapter Five; the objectives are 1) to assess the environmental impact and cost, in terms of exergy of the life cycle of the plant; 2) to find out the points of weakness in terms of irreversibility of the process; and 3) to verify whether solar power plants can reduce environmental impact and the cost of electricity generation by comparing them with fossil fuel plants, in particular, Natural Gas Combined Cycle (NGCC) plant and oil thermal power plant. The analysis also targets a thermoeconomic analysis using the specific exergy costing (SPECO) method to evaluate the level of the cost caused by exergy destruction. The main technological findings are that the most important contribution impact lies with the solar field, which reports a value of 79%; and the materials with the vi highest impact are: steel (47%), molten salt (25%) and synthetic oil (21%). The “Human Health” damage category presents the highest impact (69%) followed by the “Resource” damage category (24%). In addition, the highest exergy demand is linked to the steel (47%); and there is a considerable exergetic demand related to the molten salt and synthetic oil with values of 25% and 19%, respectively. Finally, in the comparison with fossil fuel power plants (NGCC and Oil), the CSP plant presents the lowest environmental impact, while the worst environmental performance is reported to the oil power plant followed by NGCC plant. The solar field presents the largest value of cost rate, where the boiler is a component with the highest cost rate among the power cycle components. The thermal storage allows the CSP plants to overcome solar irradiation transients, to respond to electricity demand independent of weather conditions, and to extend electricity production beyond the availability of daylight. Numerical analysis of the thermal transient response of a thermocline storage tank is carried out for the charging phase. The system of equations describing the numerical model is solved by using time-implicit and space-backward finite differences and which encoded within the Matlab environment. The analysis presented the following findings: the predictions agree well with the experiments for the time evolution of the thermocline region, particularly for the regions away from the top-inlet. The deviations observed in the near-region of the inlet are most likely due to the high-level of turbulence in this region due to the localized level of mixing resulting; a simple analytical model to take into consideration this increased turbulence level was developed and it leads to some improvement of the predictions; this approach requires practically no additional computational effort and it relates the effective thermal diffusivity to the mean effective velocity of the fluid at each particular height of the system. Altogether the study indicates that the selected parabolic trough-CSP plant has the edge over alternative competing technologies for locations where DNI is high and where land usage is not an issue, such as the shoreline of Libya.

Dimensionamento de um pavilhão metálico para armazenamento de paletes de madeira

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Dimensionamento de uma ponte metálica de suporte de uma tela transportadora de inertes a utilizar numa instalação industrial

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Spatial multicriteria decision analysis to potential beekeeping assessment. Case study: Montesinho Natural Park (Portugal)

The Multicriteria decision analysis is a tool to support decision-making in the identification of areas with the utmost beekeeping potential. This paper design a GIS multicriteria approach to assess the beekeeping potential. The development of a conceptual model structure requires the participation of stakeholders and experts in that process. The spatial Multicriteria Decision Analysis (MCDA) allowed defining the potential beekeeping map. The resulting maps can be used by the beekeepers associations to easily select the more suitable areas for the apiaries location or relocation and avoid prohibited areas by legal requirements.

Estudo da prevalência e da gravidade da dermatite de contacto em 'frango do campo'

O sector avícola enfrenta atualmente dois desafios muito estimulantes. O primeiro decorre do aumento, que se prevê continuar a crescer, nos níveis de procura de carne de aves no mercado interno e internacional; o segundo decorre do facto da criação avícola ter adotado métodos de produção mais intensivos (kg peso vivo/m2/ano) e em maior escala, i.e. com maior concentração animal na mesma exploração. Este carácter vincadamente “industrial” tem merecido uma natural atenção das sociedades e das autoridades pecuárias no sentido desta economia de escala passar a ter num conjunto de instrumentos legais e técnicos o devido contrapeso para a salvaguarda das aves enquanto ser vivo. O presente trabalho tem como ponto de partida a Directiva 2007/43/CE do Conselho de 28 de Junho, relativa ao estabelecimento de regras mínimas para a proteção de frangos de carne. Em virtude de não existir ainda informação suficiente sobre a forma como a qualidade do maneio animal pode ser monitorizada, ao nível do abate, por médicos veterinários e auxiliares oficiais, em frangos de criação especial segundo os modelos definidos no Regulamento (CE) n.º 543/2008, urge realizar estudos neste domínio. O principal objetivo da realização do presente trabalho de campo foi o estudo da ocorrência das dermatites de contacto plantar (pododermatites) e da bolsa sinovial préesternal em frangos produzidos em sistemas de produção considerados “protetores” do bem-estar animal, designadamente os seguintes: i) ar livre; e, ii) extensivo de interior. O estudo foi efetuado num centro de abate de frangos do campo, em Oliveira de Frades, entre Maio de 20012 e Março de 2013. Os animais abatidos foram criados em explorações com contratos de integração situadas no Distrito de Viseu. Os dados foram recolhidos em 39 bandos diferentes da espécie Gallus domesticus, dos quais 1021 carcaças foram avaliadas após evisceração, o que correspondeu ao exame de uma a cada quinze aves da linha de abate. Para a avaliação da pododermatite foi utilizado o método adaptado pela DGAV, enquanto para a avaliação da bursite esternal foi efetuada tendo em conta o modelo aplicado em perus por Berk em 2002. Apesar do modelo estatístico desenvolvido para a análise dos resultados obtidos no presente trabalho exigir um maior número de observações, foi possível identificar com grande precisão alguns fatores de risco que devem ser realçados pela sua relevância no contexto dos sistemas produtivos escrutinados ou no mecanismo fisiopatológico da dermatite de contacto, nomeadamente os seguintes: (i) a idade das aves que, apesar de não ter sido identificada uma relação directa com os scores de pododermatite e bursite, verificou-se que a idade elevada que os animais tipicamente atingem nos sistemas de produção extensivos está associada a uma taxa superior de rejeições pela inspecção sanitária; (ii) o peso pré-abate que, independentemente da inconsistência defendida por diversos autores em relação à influência do peso vivo do frango industrial sobre a dermatite de contacto, nos animais produzidos em regime extensivo, esta variável pode desempenhar um fator chave para a ocorrência desta lesão. De facto, há que realçar que o peso destes animais tem uma importância fulcral na modelação da biomecânica da ave, incluindo na pressão exercida sobre a superfície plantar; (iii) o tipo de sistema de abeberamento, tendo ficado demonstrado que a selecção do tipo de bebedouro tem uma importância peculiar sobre a ocorrência de pododermatite em “frango de campo”, algo que está provavelmente relacionado com a influência exercida sobre o teor de humidade da cama. Globalmente, as frequências de pododermatite e bursite apuradas neste trabalho devem ser consideradas inquietantes. Esta preocupação eleva-se quando se toma consciência que as aves provieram de regimes considerados “amigáveis” e “sustentáveis”, pelo que urge monitorizar adequadamente aqueles sistemas produtivos, melhorar as suas condições e reanalisar os benefícios ao nível do bem-estar animal.

A Matemática da Natureza : Os padrões decorativos das conchas marinhas

(...) Os padrões decorativos que revestem as conchas de moluscos marinhos tropicais constituem um claro convite a uma análise mais profunda. Estes padrões são registos do crescimento das próprias conchas, seguindo leis como as da formação das dunas nos desertos ou da propagação de uma epidemia de gripe. (...) A diversidade dos padrões, que podem diferir em detalhes, mesmo entre conchas da mesma espécie, sugere um mecanismo morfogenético geral o suficiente para abranger variações espécime-a-espécime e espécie-a-espécie. Este mecanismo de reação-difusão é expresso, em termos matemáticos, por sistemas de equações diferenciais de derivadas parciais. (...)

Avaliação da trabalhabilidade de misturas betuminosas com base nas curvas de compactação

Diversos estudos propõem a avaliação da trabalhabilidade de misturas betuminosas utilizando as curvas de compactação obtidas em laboratório. Utilizou-se um compactador giratório para produzir provetes de duas misturas, uma densa do tipo AC, e uma de granulometria descontínua, do tipo SMA. Foram determinados diversos parâmetros provenientes da modelação das curvas de compactação. Os resultados indicam uma adequação dos diversos parâmetros na caracterização das misturas, embora apresentem limitações na comparação de misturas de diferentes tipologias. Os resultados mostram que estes índices podem ser úteis em aplicações onde estas propriedades sejam importantes.

Simulação de um sistema de tratamento de águas residuais de lamas ativadas

A modelação matemática de Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) tem sido uma ferramenta de enorme utilidade nas fases de projeto e de exploração destas estruturas de tratamento. O presente estudo teve por objetivo principal construir um modelo matemático da ETAR de Bragança, em particular do seu tratamento biológico de lamas ativadas, com vista a avaliar, compreender e otimizar o seu desempenho. A construção do modelo foi efetuada com recurso ao ambiente de simulação WRc STOAT 5.0. O processo de lamas ativadas foi descrito pelo modelo de referência ASAL3. O modelo construído foi calibrado e validado com base em dados experimentais de 2015, obtidos no âmbito do programa de controlo analítico da ETAR. O modelo foi ainda utilizado para avaliar a qualidade do efluente em resposta a alterações do caudal e composição do afluente, a alterações de condições operacionais e a outras alternativas de tratamento. O modelo mostrou-se bastante adequado na descrição da evolução mensal da qualidade do efluente final da ETAR relativamente aos parâmetros Sólidos Suspensos Totais (SST) e Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO5), embora apresente uma tendência para os subestimar em 1,5 e 3,5 mg/L, respetivamente. Em relação ao azoto total, os valores simulados aproximaram-se dos valores reais, quando se aumentaram as taxas de recirculação interna para 400%, um fator de cerca de 4 vezes superior. Os resultados do modelo e dos cenários mostram e reforçam o bom desempenho e a operação otimizada da ETAR em relação a remoção de SST e CBO5. Em relação ao azoto total, a ETAR não assegura de forma sistemática uma eficiência elevada, mas apresenta um bom desempenho, face ao que o modelo consegue explicar para as mesmas condições operacionais. Através do estudo de cenários procurou-se encontrar alternativas de tratamento eficientes e viáveis de remoção de azoto total, mas não se identificaram soluções que assegurassem decargas de azoto abaixo dos limites legais. Os melhores resultados que se alcançaram para a remoção deste contaminante estão associados ao aumento das taxas de recirculação interna do sistema pré-anóxico existente e a uma configuração do tipo Bardenpho de quatro estágios com alimentação distribuída, em proporções iguais, pelos dois estágios anóxicos. Outras soluções que envolvam tecnologias distintas podem e devem ser equacionadas em projetos futuros que visem a melhoria de eficiência de remoção de azoto da ETAR.

Simulating the effects of vegetation and landscape structure on fire behavior in northeastern Portugal: the case of holm oak (Quercus rotundifolia)

O fogo é um processo frequente nas paisagens do norte de Portugal. Estudos anteriores mostraram que os bosques de azinheira (Quercus rotundifolia) persistem após a passagem do fogo e ajudam a diminuir a sua intensidade e taxa de propagação. Os principais objetivos deste estudo foram compreender e modelar o efeito dos bosques de azinheira no comportamento do fogo ao nível da paisagem da bacia superior do rio Sabor, localizado no nordeste de Portugal. O impacto dos bosques de azinheira no comportamento do fogo foi testado em termos de área e configuração de acordo com cenários que simulam a possível distribuição destas unidades de vegetação na paisagem, considerando uma percentagem de ocupação da azinheira de 2.2% (Low), 18.1% (Moderate), 26.0% (High), e 39.8% (Rivers). Estes cenários tiveram como principal objetivo testar 1) o papel dos bosques de azinheira no comportamento do fogo e 2) de que forma a configuração das manchas de azinheira podem ajudar a diminuir a intensidade da linha de fogo e área ardida. Na modelação do comportamento do fogo foi usado o modelo FlamMap para simular a intensidade de linha do fogo e taxa de propagação do fogo com base em modelos de combustível associados a cada ocupação e uso do solo presente na área de estudo, e também com base em fatores topográficos (altitude, declive e orientação da encosta) e climáticos (humidade e velocidade do vento). Foram ainda usados dois modelos de combustível para a ocupação de azinheira (áreas interiores e de bordadura), desenvolvidos com base em dados reais obtidos na região. Usou-se o software FRAGSATS para a análise dos padrões espaciais das classes de intensidade de linha do fogo, usando-se as métricas Class Area (CA), Number of Patches (NP) e Large Patches Index (LPI). Os resultados obtidos indicaram que a intensidade da linha de fogo e a taxa de propagação do fogo variou entre cenários e entre modelos de combustível para o azinhal. A intensidade média da linha de fogo e a taxa média de propagação do fogo decresceu à medida que a percentagem de área de bosques de azinheira aumentou na paisagem. Também foi observado que as métricas CA, NP e LPI variaram entre cenários e modelos de combustível para o azinhal, decrescendo quando a percentagem de área de bosques de azinheira aumentou. Este estudo permitiu concluir que a variação da percentagem de ocupação e configuração espacial dos bosques de azinheira influenciam o comportamento do fogo, reduzindo, em termos médios, a intensidade da linha de fogo e a taxa de propagação, sugerindo que os bosques de azinhal podem ser usados como medidas silvícolas preventivas para diminuir o risco de incêndio nesta região.

Estudio de la salinidad en la cuenca baja El Guayabo, en los municipios de Tecoluca y Zacatecoluca

La presente investigación hidrogeológica se realizó en la planicie costera de la cuenca El Guayabo, y está orientada a determinar el fenómeno de la salinidad del acuífero. La cuenca El Guayabo se ubica en los municipios de Zacatecoluca y Tecoluca y forma parte de la Región hidrográfica Jiboa, dentro de la Zona Prioritaria Estero de Jaltepeque. La zona está compuesta por la unidad de acuífero poroso de gran extensión, predominando capas de sedimentos fluviales, donde parámetros físico químicos del agua subterránea reflejan la incidencia de la intrusión marina en áreas próximas a la costa, la cual ha sido definida mediante la distribución de ion Cloruro, conductividad eléctrica y valores de las relaciones iónicas, así como se ha observado, tierra adentro, niveles de salinidad alta que se originan por otras causas, siendo las actividades antrópicas propias de la zona la probable causa de este deterioro que en la época de lluvias se observó incrementado. Los resultados que se presentan servirán de línea base de la caracterización hidroquímica del agua en el acuífero costero de la cuenca El Guayabo, que podrá servir para su monitoreo y seguimiento, principalmente en las zonas con mayor grado de vulnerabilidad

Condicionantes ecológicas que afectam o Sisão durante o início de um ano agrícola

Este estudo foi realizado durante o Outono de 2001, em três áreas agrícolas do Sul de Portugal e tem como objectivo determinar quais os factores que influenciam a selecção de habitat pelo Sisão no Outono. A amostragem baseou-se na realização de transectos a pé. A identificação das preferências de habitat e o desenvolvimento de modelos preditivos foi realizada recorrendo a modelação linear (GLM) e aditiva (GAM). Os resultados da análise à escala da paisagem indicaram que a espécie prefere restolhos de cereal e pousios. Adicionalmente, foram seleccionadas as áreas com melhores solos e mais próximas das linhas de drenagem. As análises relativas ao microhabitat sugerem que o Sisão utiliza preferencialmente áreas com vegetação herbácea baixa e com elevada disponibilidade de plantas verdes. Os resultados sugerem que a disponibilidade alimentar é ainda limitante durante esta época, pelo que a implementação de medidas agro-ambientais compreendendo a manutenção dos sistemas cerealíferos tradicionais e consequentemente dos restolhos e pousios nas áreas com solos mais produtivos, são as medidas adequadas para promover os habitats da espécie. ABSTRACT; This study was carried out in the autumn of 2001, in three cultivated areas of southem Portugal and aims to determine the factors that influence the habitat selection of the Little Bustard in that period of the year. Foot transects were used to locate Little Bustards. GLM and GAM modelling were performed to identify the species' habitat preferences and to develop explanative occurrence models. The results of the landscape analysis indicate that Little Bustards exhibit a preference for cereal stubbles and fallow lands. Additionally, birds were mostly found in fields with best soils and close to water drainage lines. Microhabitat analysis shows that birds seem to prefer short grassy vegetation, where the availability of green plants is higher. Results suggest that food availability is still limiting for the species at this season. Therefore, the implementation of agri-environmental schemes comprising the maintenance of traditional cereal farming and consequently stubbles and fallow land within areas with more productive soils, are adequate measures to promote suitable foraging habitats for the Little Bustard.

Teste de um modelo estrutural preditor do suporte instrumental e emocional em adultos idosos

Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto Superior de Psicologia Aplicada para obtenção de grau de Mestre na especialidade de Psicologia Clínica.

Study of different atmospheric environments associated to storms development in the Madeira Island

The study aims to improve the understanding about different atmospheric environments leading to the development of storms associated with heavy precipitation in Madeira Island. For this purpose, four main goals have been considered: 1) To document the synoptic and mesoscale environments associated with heavy precipitation. 2) To characterize surface precipitation patterns that affected the island during some periods of significant accumulated precipitation using numerical modelling. 3) To study the relationship between surface precipitation patterns and mesoscale environments. 4) To highlight how the PhD findings obtained in the first three goals can be translated into an operational forecast context. Concerning the large scale environment, precipitation over the island was favoured by weather systems (e.g, mesoscale convective systems and low pressure systems), as well as by the meridional transport of high amount of moisture from a structure denominated as “Atmospheric River”. The tropical origin of this moisture is underscored, however, their impact on the precipitation in Madeira was not so high during the 10 winter seasons [2002 – 2012] studied. The main factor triggering heavy precipitation events over the island is related to the local orography. The steep terrain favours orographically-induced stationary precipitation over the highlands, although maximum of precipitation at coastal region may be produced by localized blocking effect. These orographic precipitating systems presented different structures, associated with shallow and deep convection. Essentially, the study shows that the combination of airflow dynamics, moist content, and orography is the major mechanism that produces precipitation over the island. These factors together with the event duration act to define the regions of excessive precipitation. Finally, the study highlights two useful points for the operational sector, regarding the meridional water vapour transport and local effects causing significant precipitation over the Island; RESUMO: O estudo procura melhorar o entendimento sobre os diferentes ambientes atmosféricos que favorecem o desenvolvimento de tempestades associadas com precipitação intensa na ilha da Madeira. Nesse sentido foram definidos quatro objetivos: 1) Documentar os ambientes sinópticos e de mesoescala associados com precipitação intensa; 2) Caracterizar padrões de precipitação na superfície, em eventos de elevada precipitação acumulada, utilizando modelação numérica; 3) Estudar as relações entre os padrões de precipitação e ambientes de mesoescala; 4) Mostrar como tais resultados podem ser utilizados num contexto operacional de previsão do tempo. Em relação a ambientes de larga escala, verificou-se que a ocorrência de eventos de precipitação intensa sobre a ilha foi favorecida por sistemas meteorológicos, assim como pelo transporte meridional de humidade por meio de estruturas atualmente denominadas Rios atmosféricos. Neste último caso é de destacar a origem tropical de humidade, no entanto, o seu impacto na precipitação sobre a Madeira durante os 10 invernos estudados [2002-2012] não foi tão elevada. O principal fator que favorece os eventos de precipitação intensa está relacionado com a orografia local. O terreno complexo da ilha favorece a ocorrência de precipitação estacionária induzida orograficamente sobre as terras mais altas, embora a precipitação nas zonas costeiras possa ser produzida por um efeito localizado de bloqueio. Estes sistemas orográficos precipitantes apresentaram diferentes estruturas, associados a convecção pouco profunda e profunda. O estudo mostra que a combinação entre as características do escoamento, a quantidade de humidade, e a orografia são os condimentos essenciais para o desenvolvimento da precipitação sobre a ilha, atuando de maneira a definir as regiões de precipitação excessiva. Por fim, o estudo destaca dois pontos que podem ser úteis na previsão do tempo operacional, ligados a larga escala e aos efeitos locais, os quais podem levar ao desenvolvimento de tempestades e precipitação intensa sobre a ilha.

Nascentes, veredas e áreas úmidas : revisão conceitual e metodologia de caracterização e determinação : estudo de caso na estação ecológica de águas emendadas - Distrito Federal

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 2015.

Análise experimental e numérica de quedas de pressão em canais estenosados

O interesse nos estudos relacionados com o escoamento de fluidos em microcanais tem assumido um lugar de destaque na área de biomédica, uma vez que que estes estudos permitem analisar escoamentos sanguíneos evitando questões de ética que se colocam quando se trabalha fisicamente com o sangue. Numa primeira fase deste trabalho foram fabricados modelos anatómicos tridimensionais, mais concretamente canais circulares, um sem patologia e dois com ateromas de alturas diferentes, onde foram efetuadas medições de quedas de pressão. Com os resultados obtidos foi possível concluir que a presença de ateromas influencia o escoamento sanguíneo, verificando-se que as quedas de pressão aumentam com o aumento do grau da estenose. Numa segunda fase os escoamentos estudados experimentalmente foram alvo de um estudo numérico com o objetivo de comparar os resultados da simulação com os obtidos experimentalmente. As simulações numéricas foram efetuadas recorrendo a um software comercial que implementa o método dos volumes finitos e os resultados obtidos revelaram-se concordantes com os obtidos experimentalmente, o que permitiu concluir que a dinâmica de fluidos computacional é de facto uma boa estratégia a ser utilizada. Na fase final do trabalho, procedeu-se à identificação da melhor modelação matemática para caracterizar a diferença de valores obtidos nos estudos experimental e numérico. Após diversas estratégias conclui-se que a diferença de valores pode ser caracterizada por uma função polinomial.