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 um sistema industrialPublication . Brito, Alexandre Moutinho; Ferrolho, António Manuel Pereira; Lima, Miguel Francisco Martins deO presente trabalho enquadra-se na área da automação e robótica industrial, com especial enfoque no desenvolvimento de sistemas de controlo para equipamentos industriais, implementados numa maquete existente no Laboratório de Automação e Robótica (LAR) do Departamento de Engenharia Eletrotécnica (DEE). Inicialmente, são apresentados o enquadramento tecnológico e o estado da arte, abordando a evolução dos autómatos programáveis, interfaces homem-máquina (HMI) e robótica industrial, evidenciando a importância destas tecnologias na modernização dos processos industriais. O trabalho desenvolveu a programação estruturada do ciclo de trabalho de parte do sistema, através de um PLC, incluindo a configuração das entradas, saídas e memórias internas, bem como a elaboração de diagramas grafcet para controlo sequencial. Paralelamente, foi implementada uma HMI que permite a monitorização em tempo real do sistema. Adicionalmente, foi realizada a simulação em ambiente virtual e a programação real de um robô industrial ABB IRB 1600, responsável pela manipulação e embalagem de peças. O presente trabalho tem como objetivo a automatização de um sistema industrial, utilizando para isso uma maquete existente no LAR do DEE. Para tal, foram desenvolvidas soluções que incluem: i) a programação estruturada do ciclo de trabalho, num autómato programável, para controlo de parte do sistema; ii) a implementação do sistema de comando, em modo manual e automático, através de uma Interface Homem Máquina (HMI), permitindo a monitorização e operação do processo; e iii) a simulação em ambiente virtual e a programação real de um robô industrial ABB IRB 1600, destinado à manipulação de peças e respetiva embalagem das mesmas em caixas de cartão. Os resultados alcançados evidenciam a viabilidade da automatização da maquete utilizada neste projeto, validando a programação do PLC, a interação com a HMI e o controlo do robô industrial, contribuindo, assim, para uma maior compreensão do funcionamento integrado de sistemas automatizados.
- 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.
- Certificação e Medidas de Eficiência Energética: Ferramentas para a Sustentibilidade em Edifícios de Serviços: Um estudo de casoPublication . Gomes, Nuno Miguel Francisco; Santos, Vasco Eduardo Graça; Costa, Paulo Moisés Almeida daOs edifícios representam uma parcela significativa do consumo de energia nos países desenvolvidos, representando cerca de 40% do consumo final de energia na Europa. Este elevado consumo tem implicações importantes para as sociedades, nomeadamente no que concerne às emissões de gases de efeito estufa, ao aquecimento global e às alterações climáticas. Em países como Portugal, o uso de energia nos edifícios também contribui para o aumento da dependência energética. Ademais, para os proprietários e gestores de edifícios, o consumo de energia implica custos que podem ser elevados. A pressão para melhorar a eficiência energética dos edifícios tem crescido ao longo dos anos, incentivando a adoção de soluções sustentáveis, como isolamento térmico eficiente, sistemas de aquecimento mais sustentáveis e o uso de fontes de energia renovável. Neste contexto, a União Europeia tem implementado diversas iniciativas para aprimorar o desempenho energético e as condições de conforto dos edifícios, através de diretivas que estabelecem normas obrigatórias para os Estados-Membros. Em Portugal, em resposta às exigências europeias, foi criado o Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCEE). Como consequência, a certificação energética tornou-se obrigatória em diferentes situações, incluindo edifícios novos e reabilitados. Este trabalho de dissertação apresenta um processo de certificação energética de um edifício de serviços localizado em Portugal, especificamente um hotel. Para o efeito, foram utilizadas ferramentas de simulação apropriadas e efetuada uma análise detalhada do ambiente envolvente e dos sistemas técnicos do edifício. O estudo identifica e quantifica os principais pontos de desperdício de energia, propondo medidas de melhoria energética e avaliando o seu impacto no desempenho global do edifício. Além disso, o trabalho inclui uma avaliação económica das intervenções sugeridas. O estudo demonstrou que o edifício requer intervenções para alcançar níveis adequados de eficiência energética. As recomendações fundamentais incluem a instalação de painéis fotovoltaicos, o reforço do isolamento térmico nas zonas mais vulneráveis e a substituição das caldeiras atuais por sistemas mais eficientes. Conforme demonstrado, a implementação das medidas em questão tem o potencial de transformar custos operacionais constantes em investimentos com retorno, evidenciando que a transição energética no setor hoteleiro representa uma necessidade ambiental e uma decisão financeiramente vantajosa.
- 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.