Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
Permanent URI for this community
Browse
Browsing Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE) by advisor "Delgado, Joaquim Duarte Barroca"
Now showing 1 - 7 of 7
Results Per Page
Sort Options
- Armazenamento de energia e uso de supercondensadores em sistema de mobilidade eléctricaPublication . Rodrigues, José António Costa; Delgado, Joaquim Duarte BarrocaTendo em conta a natureza finita das fontes de energia fóssil, o seu nocivo contributo para as alterações climáticas e o período de crescente escassez em que estamos a entrar, esta dissertação apresenta as energias renováveis e a mobilidade eléctrica como parte da solução para uma nova era energética. Ela inicia-se com uma secção sobre o panorama energético actual e os contributos dados pelas descobertas decorrentes da primeira e segunda revolução industrial. Analisam-se depois a evolução do veículo eléctrico, e das suas diferentes arquitecturas bem como dos sistemas de armazenamento de energia e infra-estruturas e metodologias de carga. No capítulo seguinte são apresentadas tecnologias de armazenamento de pequena e larga escala já existentes e em fase de desenvolvimento, destas últimas são exploradas as mais promissoras que melhor poderão ajudar na integração das energias renováveis e da mobilidade eléctrica no sistema energético e no cotidiano da civilização. No final é projectada e simulada uma bateria constituída por supercondensadores cuja função é substituir a bateria de um pequeno veículo eléctrico. Neste projecto foram evidenciadas as características desta alternativa e foram comprovadas as vantagens e as desvantagens deste tipo de armazenamento de energia.
- Cálculo das emissões indiretas de CO2eq/kWh da geração eólicaPublication . Loureiro, Luís Filipe Cardoso; Delgado, Joaquim Duarte BarrocaO trabalho desenvolvido e exposto nesta dissertação teve por objetivo fundamentar de forma rigorosa a ideia de que – as energias renováveis não são responsáveis por emissões de CO2 – não é de todo correta. Ele incide apenas sobre a fonte de energia eólica e embora a captura e conversão desta em eletricidade constitua uma alternativa cada vez mais competitiva e amiga do ambiente constataremos no final o valor aproximado das emissões indiretas de CO2eq por cada kWh de eletricidade produzido. O estudo iniciou-se com uma caracterização pormenorizada do recurso eólico, o vento, como fonte de energia natural e renovável, dando especial ênfase à sua quantificação ou intensidade em cada local, em termos de número de horas, de velocidade e do tipo de escoamento. Seguindo-se uma análise da evolução histórica das tecnologias utilizadas na sua captura desde a idade média até ao início dos anos 80, período a partir do qual foi intensificada a investigação com vista a maximizar os benefícios da sua exploração. Analisam-se depois as principais tecnologias de captura de energia eólica hoje em uso, que assentam em turbinas de eixo horizontal e de eixo vertical, as máquinas elétricas utilizadas na conversão de energia mecânica em elétrica, os sistemas de controlo e todos os outros principais componentes. Com a edificação de uma instalação para captura de energia eólica há inevitavelmente emissões devidas ao fabrico dos componentes e demais atividades envolvidas. As emissões associadas a cada dependem da sua constituição, da quantidade e diversidade de materiais, da distância de onde provém, do tipo de transporte utilizado, entre outros. A sua contabilização exaustiva é do âmbito do Bill of Material (BOM), onde é feita uma lista dos materiais e componentes envolvidos para termos um aerogerador ou parque eólico pronto a entrar em operação e também do Life Cycle Assessment (LCA), onde são quantificados os impactes ambientais associados a todas as etapas do ciclo de vida do parque eólico. Na sequência da contabilização das emissões de CO2 associadas a cada material utilizado, ao seu transporte, instalação e manutenção durante o tempo de vida útil, é possível calcular as emissões totais de CO2eq por MW instalado. Adicionalmente, para cada localização é possível quantificar o potencial de geração de energia eólica em MWh por MW instalado, tendo por base o fator de capacidade que depende do número de horas de disponibilidade do recurso eólico, e calcular depois as emissões indiretas médias de CO2eq por cada kWh gerado, dividindo as emissões totais pela produção total de energia. O valor CO2eq/kWh encontrado reflete assim as emissões indiretas, e reais, associadas a produção de eletricidade com base no recurso eólico.
- Desenvolvimento de uma bateria com BMS para uso em veículo eléctricoPublication . Carvalho, Ana Cláudia Rodrigues de; Delgado, Joaquim Duarte BarrocaA presente dissertação tem por objectivo relatar o projeto de uma bateria com BMS para uso num veículo eléctrico e contribuir para a melhor integração dos veículos eléctricos, sensibilizando para a necessidade de uma mobilidade mais sustentável com suporte na eletricidade face ao panorama atual energético. O trabalho inicia-se com a exposição de um estado de arte sobre a evolução do veículo eléctrico com enfâse nos factores que levaram à sua hibernação, assim como as motivações que estiveram na origem do seu regresso e as diferentes arquiteturas atualmente em uso. De seguida, expõem-se o estudo da cinemática do veículo automóvel com formulação das forças que se opõem ao movimento, bem como a potência, velocidade e o binário para as vencer. Analisam-se depois as diferentes tecnologias de armazenamento de energia. Destas são exploradas as que atualmente cumprem melhor os requisitos para uso na mobilidade eléctrica com maior incidência na tecnologia electroquímica à base de Lítio e nos seus desenvolvimentos em curso. Apresentam-se também as funcionalidades que devem ser implementadas por um BMS para supervisão dos parâmetros críticos e a proteção da bateria. Foi depois escolhido um veículo e com base nas suas especificações procedeu-se ao projeto de eletrificação do sistema propulsor com a escolha de componentes reais. Por aplicação da teoria da cinemática foram formuladas as equações diferenciais que modelizam o comportamento dinâmico do veículo. A partir desses estudos e das especificações encontradas foi projetada uma bateria que permitisse alcançar a autonomia desejada e desenhada uma possível representação do seu aspecto interior e encapsulamento. Com base na modelização formulada foi desenvolvida uma aplicação em MATLAB para a simulação do comportamento do veículo em diferentes cenários. Este modelo permite inferir a ação da variação da massa e da inclinação do pavimento sobre aceleração e a velocidade instantânea e máxima alcançável, assim como a distância percorrida pelo veículo. Com efeito, permite conhecer a evolução de outros parâmetros como a potência e o binário motor e a forças atuantes com o movimento. Adicionalmente foi realizada uma simulação do ciclo de condução NEDC que permite estimar o consumo energético, a partir do qual é calculado o impacto ambiental e a autonomia proporcionada pela bateria. A aposta na conversão de um automóvel convencional em eléctrico é uma solução viável e que promove a redução das emissões de CO2 deste sector, porém constitui ainda uma atividade não compensadora do ponto de vista económico.
- Desenvolvimento de uma bicicleta elétrica de alta performance (E-bike)Publication . Pereira, Miguel Ângelo Barreiros; Delgado, Joaquim Duarte BarrocaNas últimas décadas temos vindo a tomar cada vez maior consciência de que o uso de energia de origem fóssil é responsável por emissões de gases de efeito de estufa com implicação nas mudanças climáticas e de que essa fonte é finita e um dia irá esgotar-se. Sendo o setor dos transportes na União Europeia o maior consumidor desta forma de energia e responsável por cerca de um quarto das emissões, estes factos têm motivado para a diversificação de fontes de energia renovável para reduzir essa dependência. As fontes de energia renovável de maior potencial são a solar, a eólica e a hídrica, que se caracterizam por serem inesgotáveis à escala da nossa civilização. Com base nesta ideia têm vindo a ser aperfeiçoadas as tecnologias para a sua captura convertendo a energia primária disponível na natureza em eletricidade que é gerada com taxas de emissão cada vez mais reduzidas e utilizada crescentemente, também, no setor dos transportes. Uma alternativa de transporte viável e cada vez mais utilizada em muitas situações é o uso da bicicleta. Para diminuir o esforço da sua utilização e melhorar o desempenho, a escolha assenta cada vez mais nas E-bikes, pois trata-se de uma alternativa de mobilidade versátil e que permite realizar as deslocações de forma mais cómoda do que com a bicicleta tradicional. Esta dissertação teve por objeto o estudo, o projeto e a implementação de uma E-bike de alto desempenho e eficiência. Esta constitui um meio de transporte viável para além de ser uma opção sustentável. Utiliza energia produzida cada vez mais a partir de fontes renováveis, contribui para a melhoria da qualidade do ar no meio onde é utilizada e promove hábitos de vida saudáveis. Após a realização de estudo cinemático da E-bike com base no desempenho e autonomia que desejávamos alcançar, desenvolvemos o projeto teórico para atingir o desempenho e eficiência que iriam justificar as escolhas dos componentes a utilizar na implementação. O quadro da E-bike destina-se não só a suportar o ciclista, mas também de todos os componentes mecânicos e elétricos como a bateria, o controlador e o motor elétrico. O formato escolhido foi o de um quadro que se assemelha ao de motas elétricas. Na fundamentação teórica foram realizadas simulações relativas ao desempenho dinâmico, potência requerida, consumos, autonomia e impacto ambiental. Após a concretização da E-bike foram realizados testes para comprovar se o protótipo com os componentes escolhidos permitia alcançar o desempenho e autonomia pretendidos. Essa validação foi dividida em 3 modos de condução (só com propulsão do ciclista, com propulsão elétrica pura e com propulsão híbrida) e constatamos que: (i) nos modos com propulsão elétrica pura e com propulsão híbrida os resultados alcançados superaram o previsto; (ii) no modo com propulsão só do ciclista os resultados ficaram um pouco aquém do idealizado na fase de projeto.
- Projecto de carneiro hidráulico com integração de energia eléctrica proveniente de fonte renovávelPublication . Mota, Miguel Ângelo Diego Lisboa Medeiros; Delgado, Joaquim Duarte BarrocaA água é um bem essencial para toda a humanidade e a sua disponibilidade está condicionada pelo seu transporte desde os pontos de captação. O seu transporte pode ser efectuado com taludes naturais por gravidade ou recorrendo a bombas, que consomem energia eléctrica ou derivada do petróleo. A energia proveniente da queima de combustíveis fósseis contribui para a deterioração do meio-ambiente aumentando o efeito de estufa. Assim, a crescente preocupação com os impactos ambientais que advêm da sua utilização, levou à procura de fontes de energia alternativas, nomeadamente de origem renovável. Neste contexto, o carneiro hidráulico tem sido utilizado ao longo dos anos como dispositivo de elevação de água à superfície, com ampla utilização em locais remotos e cujo funcionamento não prejudica o meio-ambiente. Esta dissertação procurou conceber uma solução de bombeamento de água, complementando a sua operação com uma bomba de diafragma alimentada com energia eléctrica produzida a partir de fonte solar fotovoltaica. Ao longo dos anos têm sido realizadas pesquisas e ensaios experimentais de modo a avaliar a influência das diversas variáveis no rendimento do carneiro. Assim, tendo como base outros trabalhos construiu-se um protótipo do carneiro hidráulico convencional e numa primeira fase através da realização de ensaios experimentais efectuou-se o estudo dos factores que mais afectam o seu desempenho. De acordo com os resultados obtidos a bomba carneiro foi sofrendo algumas alterações tendo em vista uma melhor performance. Posteriormente foi concebido e testado o protótipo aperfeiçoado, culminando numa última e importante alteração, com a aplicação de uma electroválvula de forma a torná-la numa solução vantajosa face às bombas disponíveis no mercado. Ainda no presente trabalho apresentam-se diversas soluções atendendo a várias capacidades e caudais de elevação, bem como o processo de dimensionamento a utilizar. No final aborda-se um caso de estudo, representando um exemplo real de possível aplicação.
- Sistema de mobilidade elétrica de duas rodas de elevada eficiência e performancePublication . Silva, José Carlos Marques da; Delgado, Joaquim Duarte BarrocaA bicicleta é hoje reconhecida a nível internacional não apenas como instrumento lúdico, mas também como um meio de transporte urbano promotor de saúde. Pedalar constitui um modo saudável, limpo, económico e divertido de mobilidade que traz muitas outras vantagens e que deve ser cada vez mais adotado pelas pessoas, sobretudo pela população mais jovem e nas deslocações pendulares para a escola ou trabalho. No contexto europeu e apesar de dispormos de ímpares condições de diferenciação positiva, o nosso país apresenta um dos menores índices de utilização dos modos suaves de mobilidade, para o qual tem contribuído um planeamento orientado para o transporte rodoviário. Recentemente o “Projeto Mobilidade Sustentável” deu um passo na promoção da mudança de paradigma no contexto nacional de redes de mobilidade suave, imperativo nos dias de hoje. Para melhorar o desempenho e diminuir o esforço do uso da bicicleta tradicional nas subidas, a opção recai na bicicleta elétrica assistida, pois é um veículo híbrido que permite a realização de percursos de forma mais cómoda e rápida. A presente dissertação teve por objetivo projetar uma bicicleta elétrica de elevada eficiência e performance e em simultâneo disseminar conhecimento rigoroso referente a esta forma de deslocação, ajudando a sensibilizar os intervenientes acerca dos grandes benefícios do uso da bicicleta elétrica, promovendo a mobilidade sustentável. Após um rigoroso e detalhado estudo cinemático do veículo de duas rodas e com base nas performances que se pretendem alcançar, foi elaborado o projeto da bicicleta, selecionados os componentes que o integram e expostos os fundamentos teóricos que justificam a escolha dos mesmos. O desenho do quadro teve por base um convencional, adaptado para integrar as baterias. Foram realizadas diferentes simulações do estudo cinemático e diversos cálculos referentes a consumos, autonomia, custos associados, impacte ambiental, bem como a contabilização de todos os benefícios resultantes da utilização da bicicleta elétrica. Para transmitir de forma eficaz as qualidades da bicicleta projetada, foi criada a marca, o slogan, concebido o logotipo e construído o website onde estão publicados os dados gerais do projeto. O referido website contribui também para a divulgação, sensibilização e promoção do uso da bicicleta elétrica. A opção pela utilização da bicicleta como forma de deslocação alternativa ao automóvel, nomeadamente em meio urbano, apresenta inegáveis vantagens que justificam plenamente a promoção deste modo suave de mobilidade.
- Sistemas de iluminação pública inteligentes e de alta eficiênciaPublication . Lindinho, Micael Ferreira de Almeida; Delgado, Joaquim Duarte BarrocaNa sequência dos compromissos assumidos no âmbito do Protocolo de Quioto, a União Europeia (UE) definiu um conjunto de metas a atingir até 2020, denominada Estratégia 20/20/20. Relativamente aos valores de 1990, reduzir em 20% as emissões de gases de efeito de estufa; promover o aumento da exploração de fontes de energia renovável por forma a alcançar 20% de geração de energia primária e reduzir em 20% o consumo global de energia com recurso à melhoria da eficiência energética. Em Portugal no que respeita às melhorias da eficiência energética no setor elétrico, foi lançado em 2006 pela ERSE (Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos) o PPEC (Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica). Este tem por missão promover a implementação de medidas com tecnologias de maior eficiência energética, economicamente viáveis e que conduzam a ganhos em poupança e redução de emissões. No PPEC de 2013 foi descontinuado o financiamento às lâmpadas fluorescentes compactas e o plano incide agora na substituição de sistemas de iluminação pouco eficientes por tecnologia LED (Light Emitting Diode). Esta dissertação enquadra-se neste contexto, expondo a comparação do desempenho técnico e económico das várias soluções (lâmpadas, luminárias e sistemas de controlo), com o objetivo de tornar a iluminação pública mais eficiente. A iluminação LED caracteriza-se por uma redução de consumos e maior tempo de vida útil, que se traduzem numa redução de emissões de CO2 e dos custos de manutenção e maior facilidade de variação do fluxo luminoso. A desvantagem desta tecnologia é o seu custo mais elevado e a necessidade de alimentação em DC. As metodologias investigadas foram aplicadas a um caso de estudo num sistema de iluminação pública (IP) na Avenida do Povo, em Viseu, com cerca de 1000 metros de extensão e um total de 38 postes com 62 lâmpadas. Cada ponto de iluminação tem atualmente instalado uma lâmpada de vapor de Sódio de alta pressão de 250 W com controlo ON/OFF realizado por relógio astronómico. Com base na instalação de IP existente é efetuado o estudo luminotécnico e o de viabilidade técnica e económica para a escolha de um sistema de iluminação alternativo que seja mais eficiente que o atual. É assim confrontado o desempenho económico e ambiental de sete soluções alternativas. Seis delas com base em tecnologia LED e uma mais simples, assente na redução da potência das lâmpadas com a tecnologia atualmente instalada. A solução ganhadora para os 30 anos de investimento é a luminária Schréder, modelo Ampera com dimming, que passará a consumir anualmente 9.499 kWh (16,8% do consumo da situação atual) e uma redução de 6,35 Ton. no CO2 emitido. A solução assente na redução da potência para 150W das lâmpadas com a tecnologia atual não pode ser descurada, pois garante os níveis luminotécnicos impostos pela norma EN 13201 e obtém um bom resultado económico.