ESTGV - DEE - Dissertações de mestrado (após aprovadas pelo júri)
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- Algoritmo de posicionamento e backtracking para seguidor solarPublication . Nascimento, Bruno André Marques; Albuquerque, Daniel Filipe; Lima, Miguel Francisco Martins deNesta dissertação foi implementado um algoritmo de posicionamento solar e desenvolvido um algoritmo de backtracking num autómato programável (PLC) para o controlo de seguidores solares de um eixo da empresa Martifer Solar. Optou-se por implementar o algoritmo de posicionamento solar SPA devido à elevada precisão nos resultados apresentados. Para além disso foi desenvolvido um algoritmo de backtracking com o objetivo de evitar as sombras resultantes da posição dos painéis vizinhos. Este fenómeno acontece devido à evolução diária do Sol, sendo que o ângulo de incidência solar é baixo para o nascer e pôr do Sol. O algoritmo de backtracking permite maximizar o ângulo de incidência solar sem produzir sombra nos painéis vizinhos, bem como a funcionalidade de adaptar os seguidores solares a terrenos inclinados. Em relação aos resultados obtidos, o algoritmo SPA foi comparado com um outro algoritmo de posicionamento solar com o objetivo de analisar as diferenças entre ambos os algoritmos e realçar que o algoritmo SPA é mais preciso. No entanto para o ângulo de inclinação dos painéis obteve-se um erro absoluto máximo de 1º e no algoritmo de backtracking obteve-se um erro absoluto máximo de 4º. De notar que o erro é elevado na transição do algoritmo SPA para o algoritmo de backtracking, devido à inversão do sentido de rotação dos motores dos seguidores solares nessa transição.
- Análise e controlo de sistemas de aquecimento residenciaisPublication . Santos, João Baptista dos; Costa, Paulo Moisés Almeida daA presente dissertação procura contribuir para a divulgação e melhor integração do conceito de microcogeração (μCHP) nos sistemas de aquecimento central residenciais O trabalho começa com a exposição das principais motivações e dos objetivos que se pretendem alcançar. De seguida, são apresentados conceitos relativos ao aquecimento central residencial e às tecnologias mais promissoras da uCHP. A contribuição mais importante deste trabalho consiste na definição de um modelo que permite simular o comportamento de uma unidade de μCHP quando aplicada com o objetivo de satisfazer as necessidades térmicas típicas de uma habitação. Este modelo permite efetuar simulações considerando que a unidade de μCHP satisfaz as necessidades de energia térmica de forma direta (produção térmica feita no momento do consumo) ou indireta, utilizando um depósito de armazenamento térmico (produção térmica não é necessariamente feita no momento do consumo). A modelização desenvolvida é aplicada a casos de estudo realistas, baseados numa unidade de μCHP específica aplicada numa habitação localizada em Viseu e com consumos de energia térmica bem definidos. Os resultados obtidos permitem retirar conclusões interessantes sobre o comportamento elétrico e térmico da unidade μCHP utilizada. Adicionalmente, os resultados permitem inferir conclusões sobre a influência que a utilização de depósitos de armazenamento de energia térmica e a otimização do funcionamento da unidade de μCHP podem produzir.
- Aplicação Android para sistema de DomóticaPublication . Monteiro, Pedro José Santos; Tomé, Paulo Rogério Perfeito; Albuquerque, Daniel FilipeO Homem sempre procurou abrigo e proteção em cavernas que posteriormente se converteriam nas habitações atuais. Já nesse período de evolução, o Homem aprimorava as suas construções tendo em conta as suas necessidades. Com a evolução tecnológica ao nível dos materiais de construção, redes de comunicação entre outras, o Homem deu origem aos conhecidos “edifícios inteligentes”, iniciando-se o processo de mudança do paradigma de habitação. A habitação perdeu a função de local de refúgio ou descanso para se transformar num local de lazer, bem-estar e repouso. Para acompanhar esta mudança de paradigma nasceu a Domótica permitindo transformar uma simples habitação numa habitação inteligente, através de sistemas de automação residencial. Os sistemas de domótica possibilitam o controlo dos diversos elementos presentes numa habitação moderna, como por exemplo a iluminação, para além de permitir ao utilizador a configuração de macros ou tarefas. A evolução das tecnologias de comunicação, nomeadamente o aparecimento do smartphones e os tablets, possibilitou à domótica atingir um novo grau de flexibilidade até aqui inexistente. Este novo grau é possível uma vez que estes novos aparelhos têm a capacidade de executar o mesmo controlo e gestão através de aplicações, que era até então, efetuado pelos softwares computorizados, fornecidos na aquisição dos sistemas de domótica. Esta dissertação propõe o desenvolvimento dum sistema de domótica, cuja arquitetura se divide em componente física e lógica. Relativamente à componente física, esta assenta em uma arquitetura distribuída, isto é, possui mais que uma consola de comando que comunicam entre si. No que diz respeito à componente lógica, esta assenta em uma aplicação para plataformas móveis (AndroidTM) que irá permitir o controlo e a gestão de toda o elemento físico do sistema de domótica. A arquitetura do sistema provou ser flexível, pois a componente lógica (aplicação) consegue controlar e gerir o elemento físico. Quanto à aplicação, uma vez que utiliza Android que, tratando-se de uma plataforma com variadíssimas opções ao nível de desenvolvimento gráfico, permitiu a criação de interfaces simples e intuitivos para o utilizador. No que diz respeito à gestão do sistema, o utilizador poderá interagir com operações mais simples como a alteração de designações ou ícones, e opções mais complexas como a configuração de macros, onde é possível efetuar uma série de operações em cadeia.
- 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.
- Automatização de um processo industrial. Aplicação a um caso: Colocação de escorredor em embalagem de esfregões saponificadosPublication . Rodrigues, Egon Santos; Lima, Miguel Francisco Martins deA automação é responsável pela automatização de processos maioritariamente manuais. Estes processos são predominantemente repetitivos, com cadência, por vezes, elevada, levando à exaustão de qualquer ser humano. O presente trabalho teve por objetivo criar uma solução industrial automatizada capaz de executar a aplicação de escorredor em estojo de esfregões saponificados. Esta tarefa era, anteriormente, executada de forma manual. Trata-se de uma solução desenvolvida à medida, completamente de raiz, única no mercado, integrada na máquina existente, com automação própria. Como resultado final, obteve-se um só equipamento integrado, responsável pela tarefa de abrir o estojo, colar as abas, tampas e inserir o escorredor de forma automática; de forma manual, são inseridos apenas os esfregões. Para além da explicação do processo de desenvolvimento até chegar à solução, a dissertação apresenta as fases da construção mecânica e implementação de atuadores e respetivo comando para se atingir os objetivos pretendidos. Assim, a presente dissertação aborda as etapas necessárias na integração de dois equipamentos industriais, provenientes de diferentes fornecedores, em que o existente está em laboração continua. Por fim, o estudo descreve o processo de arranque e otimização em ambiente industrial, bem como a formação e interação das equipas de operação e manutenção com o novo equipamento.
- Automatização de uma máquina de corte de pedra de 3 eixosPublication . Tomás, Marco José Pereira; Lima, Miguel Francisco Martins deA indústria é o grande motor da economia e só com a automatização industrial se consegue competir nos mercados internacionais. A indústria transformadora de rochas continua em crescimento e, num contexto regional, existem dezenas de instalações industriais em funcionamento há algumas décadas. Destas unidades, algumas têm vindo a investir em novos equipamentos e na remodelação de equipamentos mais antigos. Neste trabalho desenvolveu-se um sistema de automação que permite modernizar máquinas de corte de pedra de três eixos, acrescentando a possibilidade de corte através do desenho de um perfil de corte e controlo de custos. Este sistema controla a máquina e interage com o operador. O interface homem máquina é simples, de modo a permitir uma fácil adaptação dos operadores sem necessidade de mão-de-obra especializada. Em termos práticos, esta modernização consiste em refazer o quadro elétrico, substituindo os sistemas de controlo a relé ou autómatos antigos, por um novo autómato associado a variadores de velocidade e a um computador. O computador executa uma aplicação de interface homem máquina amigável que permite dar ordens de controlo à máquina, bem como definir parâmetros, introduzir medidas e desenhar as retas ou arcos que constituem os perfis de corte.
- 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.
- Comando à distância de sistema domóticoPublication . Oliveira, Marisa de Matos; Lima, Miguel Francisco Martins deO ritmo de evolução que a sociedade atual atravessa, tanto a nível científico como tecnológico, conduz o homem a aumentar, cada vez mais, as suas exigências no seio do seu ambiente doméstico, possibilitando que as tarefas mais rotineiras e maçadoras sejam realizadas automaticamente. A domótica surge assim como uma aliada do homem, não só porque lhe proporciona o bem-estar tão desejado como também lhe proporciona uma maior segurança, gestão e consciencialização sustentável em termos de despesas com a sua habitação. São já vários os parâmetros de controlo possíveis numa habitação. O melhor é que a localização já não é limite. Com o acesso à internet, o controlo da habitação e de todas as suas componentes, passa a poder ser realizado em qualquer parte do mundo. Neste trabalho desenvolveu-se um sistema capaz de comandar à distância um sistema domótico. Implementou-se num PLC S7-1200 um conjunto de funcionalidades domóticas, podendo estas serem avaliadas através de registos históricos e geridas à distância (web, wifi, gsm) recorrendo a tecnologias como página web, sms, app e e-mail.
- Comunidade Energética Renovável v.s. Autoconsumo Individual - Casos de EstudoPublication . Costa, Manuel Lameirinhas; Santos, Vasco Eduardo Graça dosDurante os últimos anos, a descarbonização tornou-se um dos temas centrais do setor energético. A necessidade de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa, aliada ao impacto crescente das alterações climáticas, fez com que surgissem novas formas de produção e consumo de energia. Nesse contexto, as comunidades energéticas renováveis aparecem como uma alternativa inovadora do autoconsumo individual. Para além disso, a partilha de energia entre os consumidores normalmente resultam em ganhos bilaterais, o que resulta numa implementação mais eficaz dos recursos renováveis. No entanto, a escolha entre autoconsumo individual e participação numa comunidade energética não é trivial, pois envolve fatores técnicos, financeiros e regulatórios que devem ser cuidadosamente analisados. O principal objetivo desta dissertação é comparar essas duas abordagens quando aplicadas a um caso específico. Para isso, foi realizado um estudo detalhado que inclui o dimensionamento e cálculo da produção de sistemas fotovoltaicos, a simulação de perfis de consumo e uma análise económica aprofundada. Foram também avaliadas, duas configurações distintas para a comunidade energética renovável aplicada ao caso específico, de modo a identificar qual a mais benéfica. Em última análise, este estudo pode ter utilidade no entendimento das oportunidades e ameaças trazidas por essas duas abordagens e podendo servir de base lógica na tomada de decisões na esfera da transição energética e da sustentabilidade.
- Conceção de sistema de baixo custo para avaliação do comportamento e monitorização dos estados de carga e de saúde de baterias LiFePO4Publication . Ferraz, Nelson Viegas; Costa, Paulo Moisés Almeida da; Santos, Vasco Eduardo Graça dosAs baterias de Lítio–Fosfato de Ferro (LiFePO4) têm vindo a assumir-se como uma das mais promissoras tecnologias de armazenamento de energia, particularmente para aplicações de pequena escala relacionadas com a mobilidade elétrica e com os sistemas de aproveitamento de energias renováveis. As características que estas baterias apresentam são favoráveis a tais aplicações, nomeadamente o facto de esta tecnologia ser segura, durável, apresentar reduzido impacto ambiental, possuir um rendimento elevado e uma taxa de autodescarga reduzida. O presente trabalho apresenta uma descrição da tecnologia LiFePO4 e descreve as respetivas vantagens e inconvenientes face a outras tecnologias de armazenamento. Adicionalmente é apresentado um conjunto de ensaios efetuados com baterias LiFePO4, os quais permitiram caracterizar o comportamento de baterias deste tipo, nomeadamente no que se refere à tensão (em carga e em vazio) e ao rendimento do processo de carga e descarga. Para o efeito foi desenvolvida uma plataforma de ensaios dotada de um banco de cargas, um carregador e um sistema de controlo, monitorização e registo de dados. A referida plataforma e os dados recolhidos nos ensaios serviram de suporte ao desenvolvimento e teste de um algoritmo capaz de estimar e transmitir, a um sistema de gestão de energia, o estado de um sistema de armazenamento baseado em baterias LiFePO4, nomeadamente no que se refere ao estado de carga (SoC) e de saúde (SoH). O algoritmo desenvolvido baseia-se no método da contagem de Coulomb, tendo sido integrado um mecanismo de ajuste automático e dinâmico. O algoritmo foi testado usando a plataforma desenvolvida, a qual foi parametrizada para simular um consumidor doméstico alimentado por um sistema isolado da rede elétrica constituído por um gerador fotovoltaico e por um sistema de armazenamento baseado em baterias LiFePO4. Os testes efetuados mostram que o algoritmo permitiu estimar o SoC e o SoH de uma bateria com um erro máximo de 1,5 e 3%, respetivamente.