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.

Otimização energética à secção das malhas

A presente dissertação realizada na empresa Continental-Indústria Têxtil do Ave, S.A., teve como objetivo a otimização energética da secção das malhas. Esta secção divide-se em duas áreas, a tricotagem e a ramulagem. Os artigos produzidos diferem no seu peso específico, composição e condições de operação, sendo os artigos A, B e C compostos por poliéster e termofixados a 190ºC e os artigos D e E compostos por poliéster e algodão, com uma temperatura de operação de 205ºC. Numa primeira etapa estudou-se o funcionamento da máquina de termofixação – a râmula – que opera em trabalho contínuo a 40 m/min. Esta máquina tem incorporado um permutador de calor, que aquece o ar fresco de entrada com os gases de exaustão das estufas. Posteriormente efetuou-se o levantamento energético de cada artigo, para as áreas de tricotagem e ramulagem. Verificou-se que os artigos D e E, pela sua constituição, são os que apresentam um consumo específico superior, em tep/ton. Entre as várias utilidades consumidas (gás natural, eletricidade e ar comprimido) o gás natural representa mais de 50% do consumo de energia total necessário para a produção de cada artigo. Após a completa análise aos consumos energéticos da râmula, foram realizados ensaios de otimização, tendo-se concluído que a diminuição do caudal de exaustão pode atingir valores de poupança anual de gás natural na ordem dos 3.000 €. Com o objetivo de avaliar o consumo de gás natural, não sendo possível a realização experimental, foram feitas simulações com base em alterações na corrente de entrada de ar fresco no permutador. Foi também estudada a possibilidade de isolamento e revestimento térmico da conduta exterior, projetada para o reaproveitamento do ar dos compressores, tendo-se obtido um orçamento de 2.500 €. Admitindo-se uma gama de temperaturas entre os 40ºC e os 60ºC, com um caudal de insuflação de 30%, obteve-se um payback entre os 0,97 e os 3,28 anos. Numa segunda fase admitiu-se uma temperatura média de 50ºC, aumentando o caudal de insuflação até 100%. O período de retorno obtido variou entre os 0,33 e os 1,38 anos, podendo as poupanças anuais atingirem os 7.600 €.

Desenvolvimento de ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico em ambiente doméstico

Nos últimos anos, tem-se assistido a uma maior preocupação com o meio ambiente, a atual conjuntura mundial está cada vez mais direcionada para a eficiência energética e para a utilização de fontes de energias renováveis. Os principais governos mundiais, incluindo o português, já perceberam a necessidade de enveredar por esse caminho e nesse sentido aplicam medidas que direcionam e consciencializam a população para a eficiência energética e para as energias renováveis. Em Portugal, o setor das energias renováveis assume atualmente uma posição de extrema importância, resultante da expressão que governo português tem vindo a implementar no panorama energético nacional, da qual resulta uma importante contribuição para o desenvolvimento económico, na criação de riqueza e geração de emprego. Neste contexto, e no caso particular da energia fotovoltaica têm sido implementadas medidas que incentivam a aposta nesta tecnologia, prova disso é o Decreto-Lei n.º 153/2014 aprovado em conselho de ministros em Setembro de 2014, que promove essencialmente o autoconsumo. O autoconsumo consiste na utilização de painéis fotovoltaicos para produção de energia elétrica para consumo próprio com ou sem recurso a equipamentos de acumulação. Em termos práticos, este sistema permite que os consumidores produzam a sua própria energia através de uma fonte renovável ao invés de adquirir essa energia na rede elétrica de serviço público. As políticas de incentivo ao autoconsumo proporcionam uma oportunidade para os consumidores interessados em investir na produção da própria energia elétrica, neste sentido e de forma a ajudar no dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo foi desenvolvida, no âmbito desta tese, uma ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico sem acumulação em ambiente doméstico, com o objetivo de estimar as necessidades de potência fotovoltaica a instalar em habitações de baixa tensão normal. Na base da construção desta ferramenta estiveram essencialmente os perfis de consumo, aprovados pela Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, de todos os clientes finais que não dispõem de equipamento de medição com registo de consumos e também a estimativa de produção fotovoltaica desenvolvida pelo Centro Comum de Investigação da Comissão Europeia. A aplicação desenvolvida tem como principal funcionalidade proporcionar ao utilizador o dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo fotovoltaico, mediante a introdução de alguns dados tais como o distrito, a potência contratada, a tarifa e o consumo energético anual. Esta aplicação apresenta resultados relativos ao dimensionamento do sistema, como é o caso da potência a instalar e da estimativa de produção fotovoltaica anual, e resultados relativos à análise económica do sistema como é o caso do valor atual líquido, da taxa interna de rentabilidade e do payback do investimento.

A random access MAC protocol for MPR satellite networks

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Multipacket reception in LTE femtocell networks

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

QoS in LEO satellite networks with multipacket reception

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Business model: What should be the strategy used by Smart Galp to implement and potentiate its value proposition in the Portuguese market?

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Management from the NOVA – School of Business and Economics

Potential for ORC application in the Portuguese manufacturing industry

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas Ambientais

Sustainable urban planning: parameters to the operational process

In modern society, energy consumption and respect for the environment have become essential aspects of urban planning. The rising demand for alternative sources of energy, coupled with the decline in the construction sector and material usage, gives the idea that the thinking on modern cities, where attention is given to reduced energy consumption, savings, waste recycling and respect for the surrounding environment, is being put into practice. If we examine development of the city over recent centuries, by means of the theories of the most famous and influential urban planners, it is possible to identify the major problems caused by this type of planning. For this reason, in recent urban planning the use of systems of indicators that evaluate and certify land environmentally and energetically guides the master plan toward a more efficient city model. In addition the indicators are targeted on key factors determined by the commissioner or the opportunities the territory itself provides. Due the complexity of the environmental mechanics, the process of design and urban planning has become a challenging issue. The introduction of the indicators system has made it possible to register the life of the process, with a spiral route that allows the design itself to be refined. The aim of this study, built around the creation of a system of urban sustainability indicators that will evaluate highly eco-friendly cities, is to develop a certification system for cities or portions of them. The system will be upgradeable and objective, will employ real data and will be concerned with energy production and consumption.

Multipacket reception in the presence of in-band full-duplex communication

In-Band Full-DupleX (IB-FDX) is defined as the ability for nodes to transmit and receive signals simultaneously on the same channel. Conventional digital wireless networks do not implement it, since a node’s own transmission signal causes interference to the signal it is trying to receive. However, recent studies attempt to overcome this obstacle, since it can potentially double the spectral efficiency of current wireless networks. Different mechanisms exist today that are able to reduce a significant part of the Self- Interference (SI), although specially tuned Medium Access Control (MAC) protocols are required to optimize its use. One of IB-FDX’s biggest problems is that the nodes’ interference range is extended, meaning the unusable space for other transmissions and receptions is broader. This dissertation proposes using MultiPacket Reception (MPR) to address this issue and adapts an already existing Single-Carrier with Frequency-Domain Equalization (SC-FDE) receiver to IB-FDX. The performance analysis suggests that MPR and IB-FDX have a strong synergy and are able to achieve higher data rates, when used together. Using analytical models, the optimal transmission patterns and transmission power were identified, which maximize the channel capacity with the minimal energy consumption. This was used to define a new MAC protocol, named Full-duplex Multipacket reception Medium Access Control (FM-MAC). FM-MAC was designed for a single-hop cellular infrastructure, where the Access Point (AP) and the terminals implement both IB-FDX and MPR. It divides the coverage range of the AP into a closer Full-DupleX (FDX) zone and a farther Half-DupleX (HDX) zone and adds a tunable fairness mechanism to avoid terminal starvation. Simulation results show that this protocol provides efficient support for both HDX and FDX terminals, maximizing its capacity when more FDX terminals are used.

Valorization of grape pomace through hot compressed water extraction/hydrolysis

The world energy consumption is expected to increase strongly in coming years, because of the emerging economies. Biomass is the only renewable carbon resource that is abundant enough to be used as a source of energy Grape pomace is one of the most abundant agro-industrial residues in the world, being a good biomass resource. The aim of this work is the valorization of grape pomace from white grapes (WWGP) and from red grapes (RWGP), through the extraction of phenolic compounds with antioxidant activity, as well as through the extraction/hydrolysis of carbohydrates, using subcritical water, or hot compressed water (HCW). The main focus of this work is the optimization of the process for WWGP, while for RWGP only one set of parameters were tested. The temperatures used were 170, 190 and 210 °C for WWGP, and 180 °C for RWGP. The water flow rates were 5 and 10 mL/min, and the pressure was always kept at 100 bar. Before performing HCW assays, both residues were characterized, revealing that WWGP is very rich in free sugars (around 40%) essentially glucose and fructose, while RWGP has higher contents of structural sugars, lignin, lipids and protein. For WWGP the best results were achieved at 210 °C and 10 mL/min: higher yield in water soluble compounds (69 wt.%), phenolics extraction (26.2 mg/g) and carbohydrates recovery (49.3 wt.% relative to the existing 57.8%). For RWGP the conditions were not optimized (180 °C and 5 mL/min), and the values of the yield in water soluble compounds (25 wt.%), phenolics extraction (19.5 mg/g) and carbohydrates recovery (11.4 wt.% relative to the existing 33.5%) were much lower. The antioxidant activity of the HCW extracts from each assay was determined, the best result being obtained for WWGP, namely for extracts obtained at 210 °C (EC50=20.8 μg/mL; EC50 = half maximum effective concentration; EC50 = 22.1 μg/mL for RWGP, at 180 ºC).

Visual politics of the estado novo realized on the Alameda Dom Afonso Henriques in Lisbon – the construction of ideal citizenship?

The stylistic categorization of the Estado Novo has been intensely discussed by Portuguese art historians. The square Alameda Dom Afonso Henriques in Lisbon (Alameda) can be seen as paradigmatic for the architecture of power of the Estado Novo. The Alameda forms a gardened valley between two hills. There you find two prominent and highly propagandist buildings: The Instituto Superior Técnico (IST) and the Fonte Luminosa are dedicated to modern sciences and respectively to the harmonious contribution of nature to the city. The iconography of the Alameda as well as its incorporation into the propagandist use of urban planning in the 1930s and 1940s exemplify the visual politics during Salazarism. Urban planning programs intended to create cities that would preserve the character of a traditional catholic society and at the same time answer to the need to modernize the country and evoke the image of a progressive state. Thus, public buildings and urban squares such as the Alameda contributed to design a corporate image and to the ‘spirit’ of the regime.

Distributed solar micro generation

Taking into account the fact that the sun’s radiation is estimated to be enough to cover 10.000 times the world’s total energy needs (BRAKMANN & ARINGHOFF, 2003), it is difficult to understand how solar photovoltaic systems (PV) are still such a small part of the energy source matrix across the globe. Though there is an ongoing debate as to whether energy consumption leads to economic growth or whether it is the other way around, the two variables appear correlated and it is clear that ensuring the availability of energy to match a country’s growth targets is one of the prime concerns for any government. The topic of centralized vs distributed electricity generation is also approached, especially in what regards the latter fit to developing countries needs, namely the lack of investment capabilities and infrastructure, scattered population, and other factors. Finally, Brazil’s case is reviewed, showing that the current cost of electricity from the grid versus the cost from PV solutions still places an investment of this nature with 9 to 16 years to reach breakeven (from a 25 year panel lifespan), which is too high compared to the required 4 years for most Brazilians. Still, recently passed legislation opened the door, even if unknowingly, to the development of co-owned solar farms, which could reduce the implementation costs by as much as 20% and hence reduce the number of years to breakeven by 3 years.

Electric vehicle assistant based in driver profile

This paper presents the outcomes of a research work consisting in the development of an Electric Vehicle Assistant (EVA), which creates and stores a driver profile where are contained the driving behaviours related with the EV energy consumption, the EV battery charging information, and the performed routes. This is an application for mobile devices that is able to passively track the driver behaviour and to access several information related with the EV in real time. It is also proposed a range prediction approach based on probability to take into account unpredictable effects of personal driving style, traffic or weather.

Comparative environmental life-cycle analysis of concretes using biomass and coal fly ashes as partial cement replacement material

Nowadays, the concrete production sector is challenged by attempts to minimize the usage of raw materials and energy consumption, as well as by environmental concerns. Therefore, it is necessary to choose better options, e.g. new technologies or materials with improved life-cycle performance. One solution for using resources in an efficient manner is to close the materials' loop through the recycling of materials that result either from the end-of-life of products or from being the by-product of an industrial process. It is well known that the production of Portland cement, one of the materials most used in the construction sector, has a significant contribution to the environmental impacts, mainly related with carbon dioxide emission. Therefore, the study and utilization of by-products or wastes usable as cement replacement in concrete can supply more sustainable options, provided that these type of concrete produced has same durability and equivalent quality properties as standard concrete. This work studied the environmental benefits of incorporating different percentages of two types of fly ashes that can be used in concrete as cement replacement. These ashes are waste products of power and heat production sectors using coal or biomass as fuels. The results showed that both ashes provide a benefit for the concrete production both in terms of environmental impact minimization and a better environmental performance through an increase in cement replacement. It is possible to verify that the incorporation of fly ashes is a sustainable option for cement substitution and a possible path to improve the environmental performance of the concrete industry.