Fonte de carga de condensadores de alta tensão com compensação de fator potência

Trabalho Final de Mestrado para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Optimização do factor de cobertura de condensadores de tântalo produzidos com pós de elevada carga específica

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Nanotecnologias e Nanociências

Análise numérica de condensadores do tipo arame-sobre-tubo usados em refrigeradores domésticos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análisis, modelado e identificación de los condensadores electroquímicos de doble capa

Programa de doctorado: Ingeniería de Telecomunicación Avanzada.

Compósitos de polímero-cerâmica para condensadores incorporados

A necessidade de produção de dispositivos eletrónicos mais eficientes e a sua miniaturização tem sido um dos principais desígnios da indústria eletrónica. Assim surgiu a necessidade de melhorar o desempenho das designadas placas de circuito impresso, tornando-as simultaneamente mais flexíveis, com menos ruído, mais estáveis face a variações bruscas de temperatura e que permitam operar numa vasta gama de frequências e potências. Para tal, uma das estratégias que tem vindo a ser estudada é a possibilidade de incorporar os componentes passivos, nomeadamente condensadores, sob a forma de filme diretamente no interior da placa. Por forma a manter uma elevada constante dielétrica e baixas perdas, mantendo a flexibilidade, associada ao polímero, têm sido desenvolvidos os designados compósitos de matriz polimérica. Nesta dissertação procedeu-se ao estudo do comportamento dielétrico e elétrico da mistura do cerâmico CaCu3Ti4O12 com o copolímero estireno-isoprenoestireno. Foram preparados filmes com diferentes concentrações de CCTO, recorrendo ao método de arrastamento, em conjunto com o Centro de Polímeros da Eslováquia. Foram também preparados filmes por spin-coating para as mesmas concentrações. Usaram-se dois métodos distintos para a preparação do pó de CCTO, reação de estado sólido e sol-gel. Foi realizada a caraterização estrutural (difração de raios-X. espetroscopia de Raman), morfológica (microscopia eletrónica de varrimento) e dielétrica aos filmes produzidos. Na caracterização dielétrica determinou-se o valor da constante dielétrica e das perdas para todos os filmes, à temperatura ambiente, bem como na gama de temperatura entre os 200 K e os 400 K, o que permitiu identificar existência de relaxações vítreas e subvítreas, e assim calcular as temperaturas de transição vítrea e energias de ativação, respetivamente. Foram realizados testes de adesão e aplicada a técnica de análise mecânica dinâmica para o cálculo das temperaturas de transição vítrea nos filmes preparados pelo método de arrastamento. Estudou-se ainda qual a lei de mistura que melhor se ajusta ao comportamento dielétrico do nosso compósito. Verificou-se que é a lei de Looyenga generalizada a que melhor se ajusta à resposta dielétrica dos compósitos produzidos.

Modelação térmica e hidrodinâmica de condensadores para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos automóveis

A recuperação da energia térmica do escape afigura-se como uma vertente com importância relevante para o aumento da eficiência energética dos motores de combustão interna, tendo benefícios em termos económicos e ambientais. O presente trabalho centra-se no estudo e dimensionamento do condensador a integrar num sistema de ciclo de Rankine, tendo-se optado pela seleção de um permutador de placas do tipo “chevron”. O permutador para efeitos de cálculo é dividido em três zonas distintas: i) pré-arrefecedor; ii) condensador e iii) sub-arrefecedor. O presente estudo apresenta uma revisão bibliográfica alargada para o coeficiente de transferência de calor por convecção e perda de carga associada ao escoamento. Para cada zona do permutador são utilizados três fluidos de trabalho distintos: água, etanol e R245fa. Para o fluido refrigerante considerou-se água. Tendo em conta a revisão bibliográfica efetuada, foram implementados modelos para a perda de carga e para a transferência de calor no permutador, atendendo à seleção do fluido de trabalho e ao fluido refrigerante. Os resultados obtidos permitiram verificar que a utilização do fluido de trabalho água, conduz a um condensador mais compacto. Por último é efetuada a otimização do sistema, mediante alteração da temperatura de funcionamento do permutador. Os resultados permitiram verificar a diminuição da temperatura de saída do fluido refrigerante possibilita: i) uma redução do volume do permutador; ii) uma diminuição da perda de carga associada.

Concepção de uma estação fruteira com instalações frigoríficas em regime de atmosfera controlada

O presente trabalho tem como objectivo a elaboração de uma estação fruteira com instalações frigoríficas em regime de atmosfera controlada. A estação fruteira integra seis câmaras de refrigeração e um túnel de pré arrefecimento. Os produtos alimentares são considerados perecíveis e requerem o frio para a conservação das suas características. Para tal, é necessário um correcto dimensionamento dos equipamentos que constituem as instalações frigoríficas, tais como: compressores, condensadores, evaporadores, válvulas, entre outros. Foi efectuado um estudo de modo a implementar um plano de gestão e manutenção das instalações frigoríficas, para que deste modo se consiga prevenir a avaria dos diferentes equipamentos. A concepção do projecto teve com base de estudo uma instalação assente numa lógica de optimização energética. Realizou-se um estudo de viabilidade económica entre a concepção de uma estação fruteira convencional e em regime de atmosfera controlada implementado em Portugal, tendo em conta a produção de fruta que advém do mercado externo. Todo o procedimento deste trabalho teve como finalidade atingir um projecto real e portanto todos os componentes e processos construtivos prescritos deverão ser rigorosamente obedecidos e considerados imprescindíveis.

Projecto de central de produção e distribuição de saladas

A temática deste trabalho consiste na Concepção de uma Central Logística de Distribuição de Hortícolas Refrigerados, pelo que se optou por fazer o projecto de uma Central de Produção e Distribuição de Saladas. Este trabalho começará com uma introdução onde se fará a apresentação do projecto bem como os seus principais objectivos. Posteriormente, será feita uma pequena abordagem sobre a microbiologia dos produtos, onde se fará referência às alterações que podem ocorrer nos mesmos, à origem dessas alterações e à influência da temperatura, da humidade e do oxigénio nos produtos perecíveis. De seguida, apresenta-se a memória descritiva do projecto propriamente dito. Nesta descreve-se todo o projecto, começando pelo objectivo do mesmo, pela descrição do edifício e pela explicação do processo tecnológico. Posteriormente referem-se as matérias-primas, a capacidade de produção e as características dos produtos acabados, passando de seguida para o dimensionamento das instalações. Após o dimensionamento das instalações serão realizados os balanços térmicos, a partir dos quais as instalações frigoríficas e de climatização serão dimensionadas. De seguida, far-se-á a caracterização da instalação relativamente à produção de efluentes (gasosos, líquidos ou sólidos), ao abastecimento de água, à rede de esgotos, entre outros. Na parte final da memória descritiva, irá, ainda ser feita, referência às regras higio–sanitárias e técnico–funcionais a que a unidade industrial está sujeita.

Projecto de concepção de entreposto frigorífico para produtos alimentares congelados

Pretende-se com este trabalho de projecto de Mestrado, conceber um entreposto frigorífico para conservar produtos alimentares perecíveis, de grandes dimensões, energeticamente optimizado. O trabalho inicia-se com a definição dos principais objectivos de uma unidade frigorífica deste tipo. O projecto propõe o dimensionamento do entreposto frigorífico na sua vertente de produção de frio e serviços complementares. Será feita a descrição do edifício, com instalações técnicas para manter temperaturas e humidades adequadas. Serão também dimensionadas as áreas de apoio às tarefas e processos tecnológicos desenvolvidos na recepção e expedição dos produtos alimentares perecíveis. Será analisado o enquadramento técnico-funcional e as condições higio-sanitárias exigidas para o funcionamento correcto desta unidade, de acordo com a regulamentação comunitária e nacional existente. Para complementar estas matérias abordaremos o sistema preventivo de controlo de riscos de Segurança Alimentar designado por HACCP (Análise de Perigos e Controlo de Pontos Críticos). De seguida, teremos uma abordagem teórica de dois fluidos frigorigéneos, designadamente o NH3 e o R404A, ambos de impacte ambiental nulo, os quais poderão ser utilizados na instalação frigorífica do entreposto, com características específicas conforme o fluido utilizado. Também foi objecto deste estudo, o enquadramento desta unidade como um dos elos fundamentais da chamada cadeia do frio. Após o dimensionamento das instalações, define-se o respectivo isolamento e realiza-se o balanço térmico a partir dos quais as instalações frigoríficas serão dimensionadas. Serão abordados, do ponto de vista termodinâmico e tecnológico, dois conceitos diferentes para a instalação frigorífica desta unidade. Num deles, a produção de frio faz-se por expansão directa do R404A como fluido frigorigéneo nos evaporadores. No outro, a produção de frio processa-se com alimentação forçada dos evaporadores, com NH3 líquido a temperaturas negativas, por bombeamento a partir de um separador de líquido. Os custos de aquisição e montagem destas instalações frigoríficas são diferentes, mas os consumos energéticos durante a sua vida útil também variam. Finalmente, um estudo comparativo dos dois conceitos concluirá na solução com maior eficácia energética e menor custo a médio prazo.

Processo de liofilização de produtos alimentares perecíveis

O presente trabalho, tem como objectivo a concepção de uma instalação frigorífica para armazenar camarões congelados e refrigerados, estudar o sistema frigorífico com o fluido frigorigéneo R-404A, e compará-lo com um liofilizador que tenha a mesma capacidade de processamento diária de camarão. Os produtos alimentares, em causa, são considerados perecíveis e requerem o frio para a conservação das suas características. Para tal, é necessário um correcto dimensionamento dos equipamentos que constituem o circuito frigorífico, tais como: compressores, condensadores, evaporadores, entre outros. O trabalho inicia-se com a definição dos objectivos principais para o desenvolvimento deste estudo. Após a definição dos objectivos, é feito uma análise aprofundada relativa à tecnologia de liofilização, definindo-se o seu historial de utilização, características principais, os vários componentes, a sua aplicação aos mais diversos produtos, entre outros parâmetros de análise. De seguida, caracteriza-se e dimensiona-se, através de um balanço térmico manual, a instalação frigorífica. Definem-se os vários equipamentos presentes, o layout da mesma, o circuito frigorífico e estabelecem-se os custos que esta instalação acarreta. Por fim, e de acordo com a produção diária estabelecida, é feita a selecção do liofilizador adequado. Neste capítulo do trabalho, também é feito um estudo económico respeitante ao liofilizador seleccionado, para que depois seja possível comparar a viabilidade económica entre os dois processos de conservação do produto.

Orientação de campo da máquina assíncrona: controlo preditivo

Nesta dissertação de Mestrado foi realizado o estudo teórico e a respectiva comprovação experimental da aplicação do Controlo por Orientação de Campo para a máquina assíncrona trifásica permitindo a imposição das correntes com recurso ao Controlo Preditivo. Foi efectuado inicialmente a modelização do sistema, ondulador de tensão trifásico e máquina assíncrona trifásica, e o estudo do Controlo Preditivo mais adequado a aplicar ao sistema. Depois de realizado o Controlo por Orientação de Campo foi projectado e dimensionado um anel exterior para controlo de velocidade. Os ensaios com recurso inicialmente à simulação numérica em ambiente Matlab/Simulink e posterior experimentação laboratorial, permitem a validação dos modelos teóricos e da técnica de controlo utilizada. Foram realizados testes em regime estacionário e regime dinâmico para diferentes referências de velocidade. Os ensaios efectuados em simulação e experimentais foram comparados com a solução de imposição das correntes através de controladores histeréticos, nesta dissertação designada por técnica clássica. A implementação laboratorial do protótipo, foi realizada através do projecto, dimensionamento e construção de vários módulos para o efeito. O rectificador trifásico tem entrada compatível com as tensões nominais da rede, inclui também uma resistência de pré-carga dos condensadores, e uma resistência de dissipação para limitar a tensão no barramento de tensão DC. O módulo integrado de potência para funcionamento como ondulador de tensão trifásico tem uma estrutura compacta, onde estão incluídos drivers de disparo dos seus semicondutores, e algumas protecções inerentes ao seu bom funcionamento. Para implementação do Controlo por Orientação de Campo e o anel exterior para controlo de velocidade, foi usado um controlador digital de sinal do fabricante dSPACE.

Operação e planeamento de redes de energia eléctrica com recurso ao trânsito optimizado de energia

Esta dissertação tem como objectivo explorar as potencialidades de aplicação do trânsito optimizado de energia (Optimal Power Flow - OPF), no contexto da operação e planeamento de redes de energia eléctrica. Para o efeito, são ilustradas diferentes funções objectivo, nomeadamente, a minimização: dos custos de combustível, da potência activa de perdas, da potência reactiva de perdas, do ajuste de carga, do ajuste da reactância das linhas e da inserção das reactâncias shunt e/ou baterias de condensadores. São ainda propostas duas abordagens, que recorrem ao OPF, para efectuar a resolução do problema da compensação do factor de potência, em redes de distribuição de energia eléctrica. Em cada abordagem, são inseridas baterias de condensadores comutáveis na rede, com o objectivo de conduzir a uma redução dos custos de geração de energia eléctrica. Na primeira abordagem, dimensionam-se as baterias de condensadores para o nível de carga mais elevado, enquanto na segunda abordagem proposta, o valor e localização dos condensadores, tem em conta o conjunto dos níveis de carga considerados para o qual se pretende efectuar o dimensionamento. As duas abordagens apresentam resultados distintos para a potência reactiva das baterias de condensadores adicionadas em cada barramento, bem como para a selecção dos escalões, que devem estar em funcionamento em diferentes níveis de carga. De forma a avaliar a qualidade das soluções efectua-se, uma avaliação técnico-económica para diferentes níveis admissíveis de compensação do factor de potência, tendo em conta cenários de carga considerados na óptica do planeamento. É proposta uma metodologia, com o objectivo de obter a solução do problema em função dos seguintes factores: orçamento disponível, nível de perdas considerado satisfatório, VAL e tan das cargas da rede. As abordagens propostas são aplicadas à rede de distribuição de energia eléctrica de São Vicente. São ainda efectuadas sensibilidades em relação à natureza da carga, mediante a variação da sua tan . Verifica-se que os resultados obtidos são robustos e que a segunda abordagem é mais vantajosa.

Prensa electromagnética com recuperação de energia para corte e moldagem de chapas e tubos de AL

Foi desenvolvido um conversor de potência e atuador mecânico para a moldagem e corte, por ação de pressão magnética, de chapas e tubos de Al, com uma energia máxima de descarga de 10kJ. O conversor é composto por duas malhas de descarga em paralelo e duas malhas de recuperação de energia. O circuito é capaz de gerar uma corrente de pico de 50kA com uma taxa de variação máxima de 2kA/s através de um atuador, recuperar até 32% da sua energia inicial e diminuir o tempo de carga dos bancos de condensadores no mesmo valor, reduzindo assim a potência da fonte de alimentação primária Foram construídos vários atuadores de forma a otimizar o processo, considerando as várias funções pretendidas, como a deformação ou corte de chapas e compressão de tubos. O circuito elétrico aproximado desenvolvido em Matlab/Simulink foi validado, considerando apenas o funcionamento da malha primária sem o atuador e a dinâmica associada, sendo capaz de simular as respostas do sistema para várias situações específicas, tornando-se numa ferramenta para otimização do mesmo. Experimentalmente, os resultados obtidos provam ser possível cortar chapas Al de 0,5 e 0,8mm, com apenas 13% da energia total do circuito, e comprimir tubos de Al com 2mm de espessura e 50mm de diâmetro com apenas 2,4kJ. A topologia do circuito e a construção da máquina tiveram em conta vários aspetos que melhoram a proteção de pessoas e equipamentos e devida à sua configuração este é capaz de suportar variações de capacidade nos bancos de condensadores e variações de indutância nas bobinas de recuperação de energia sem se danificar.

Lubrificação de compressores que aspiram fluido frigorigéneo a temperaturas inferiores a -30° C

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

Análise e optimização global de uma linha de extrusão

Os objectivos principais deste estudo são a caracterização de uma das linhas de extrusão existentes na Cabelte, nomeadamente a linha de extrusão de referência EP5, composta por duas extrusoras. Pretende-se fazer a determinação de indicadores energéticos e de processo e a optimização do consumo energético, no que diz respeito à energia consumida e às perdas térmicas relativas a esta linha. Para fazer a monitorização da linha de extrusão EP5 foi colocado no quadro geral dessa linha um equipamento central de medida de forma a ser possível a sua monitorização. No entanto, para a extrusora auxiliar as medições foram efectuadas com uma pinça amperimétrica e um fasímetro. Foram também efectuados ensaios onde foi avaliada a quantidade de material transformada, para isso foi utilizado um equipamento de pesagem, doseador gravimétrico aplicado nas extrusoras. As medições de temperatura para os cálculos das perdas térmicas da extrusora principal e para a caracterização dos materiais plásticos, foram efectuadas utilizando um termómetro digital. Foram efectuados ensaios de débito às extrusoras auxiliar e principal e foi estudada a variação do factor de potência em função da rotação do fuso. Na perspectiva do utilizador final a optimização para a utilização racional de energia está na redução de encargos da factura de energia eléctrica. Essa factura não depende só da quantidade mas também do modo temporal como se utiliza essa energia, principalmente a energia eléctrica, bastante dependente do período em que é consumida. Uma metodologia diferente no planeamento da produção, contemplando o fabrico dos cabos com maior custo específico nas horas de menor custo energético, implicaria uma redução dos custos específicos de 18,7% para o horário de verão e de 20,4% para o horário de inverno. Os materiais de revestimento utilizados (PE e PVC), influenciam directamente os custos energéticos, uma vez que o polietileno (PE) apresenta sempre valores de entalpia superiores (0,317 kWh/kg e 0,281 kWh/kg)) e necessita de temperaturas de trabalho mais elevadas do que o policloreto de vinilo (PVC) (0,141 kWh/kg e 0,124 kWh/kg). O consumo específico tendencialmente diminui à medida que aumenta a rotação do fuso, até se atingir o valor de rotação óptimo, a partir do qual esta tendência se inverte. O cosφ para as duas extrusoras em estudo, aumenta sempre com o aumento de rotação do fuso. Este estudo permitiu avaliar as condições óptimas no processo de revestimento dos cabos, de forma a minimizarmos os consumos energéticos. A redução de toda a espécie de desperdícios (sobre consumos, desperdício em purgas) é uma prioridade de gestão que alia também a eficácia à eficiência, e constitui uma ferramenta fundamental para assegurar o futuro da empresa. O valor médio lido para o factor de potência (0,38) da linha EP5, valor extremamente baixo e que vem associado à energia reactiva, além do factor económico que lhe está inerente, condiciona futuras ampliações. A forma de se corrigir o factor de potência é instalando uma bateria de condensadores de 500 kVAr. Considerando o novo sistema tarifário aplicado à energia reactiva, vamos ter um ganho de 36167,4 Euro/ano e o período de retorno de investimento é de 0,37 ano (4,5 meses). Esta medida implica também uma redução anual na quantidade de CO2 emitida de 6,5%. A quantificação das perdas térmicas é importante, pois só desta forma se podem definir modos de actuação de forma a aumentar a eficiência energética. Se não existir conhecimento profundo dos processos e metodologias correctas, não podem existir soluções eficientes, logo é importante medir antes de avançar com qualquer medida de gestão.