ISEP - Dissertações de Mestrado
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Browsing ISEP - Dissertações de Mestrado by Sustainable Development Goals (SDG) "07:Energias Renováveis e Acessíveis"
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- Conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos como medida de estabilidade da frequência dos sistemas elétricos de energiaPublication . MENDES, ANTÓNIO TIAGO RIBEIRO; Carvalho, José António BelezaAs metas de neutralidade carbónica estabelecidas pela União Europeia e por diversos países em todo o mundo impulsionaram uma transformação dos Sistemas Elétricos de Energia (SEE), caracterizada pela substituição gradual da geração térmica síncrona por Fontes de Energia Renovável (FER), como a eólica e a solar. A transição energética, embora necessária para alcançar as metas estabelecidas, introduz desafios significativos à estabilidade dos SEE, uma vez que as FER ainda não contribuem para a estabilidade em níveis equiparáveis aos de um gerador síncrono, seja ao nível da inércia, que tem registado uma redução assinalável nos últimos anos, seja no controlo de tensão ou na potência de curto-circuito. Neste contexto, os compensadores síncronos apresentam-se como uma solução promissora para assegurar, de forma eficaz, o papel de estabilidade até agora desempenhado pela produção termoelétrica. Entre as soluções de compensação síncrona destacam-se duas abordagens: a conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos e a construção de novos compensadores. Dado o contexto, a solução de conversão representa uma oportunidade única para rentabilizar ativos que seriam, de outro modo, descomissionados, apresentando custos de investimento até 50 % inferiores e prazos de implementação mais reduzidos, comparativamente à construção de novos compensadores síncronos. Ainda assim, esta potencial vantagem económica e operacional deve ser avaliada face aos requisitos técnicos exigidos e à viabilidade específica de conversão de cada central, uma vez que nem todas se encontram em iguais condições técnicas e estado de conservação. Na literatura atual, a informação necessária para conduzir esta avaliação encontra-se dispersa e limitada, sobretudo ao nível técnico. Assim, nesta dissertação, propõe-se uma metodologia sistemática para analisar a viabilidade técnica e económica da conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos, identificando os principais desafios e modificações técnicas, os aspetos económicos envolvidos, e comparando as vantagens e desvantagens desta opção face à construção de novos compensadores síncronos. Para validar a metodologia proposta, desenvolve-se um caso de estudo utilizando como referência as condições reais de uma central termoelétrica existente. Os resultados obtidos confirmam não só a viabilidade da conversão do caso estudado, como também a eficácia e aplicabilidade da metodologia enquanto ferramenta prática e replicável a diferentes contextos e tipologias de centrais. O trabalho desenvolvido demonstra que as centrais termoelétricas existentes podem desempenhar um papel essencial no contexto da transição energética, através da sua conversão em compensador síncrono, proporcionando benefícios económicos e as condições técnicas necessárias para que a crescente integração das FER decorra sem colocar em causa os níveis de fiabilidade dos sistemas elétricos de energia.
- Descarbonização de um edifício unifamiliar existentePublication . PINHO, GONÇALO DA COSTA; Pereira, Isabel Maria Garcia SarmentoA sustentabilidade do planeta está dependente do decremento da emissão de gases com efeito de estufa e, implicitamente, da redução do consumo de energia. Nesse contexto, o presente trabalho estuda a possibilidade de transformar um edifício unifamiliar existente, de arquitetura tradicional e sem sistema de climatização, num edifício com baixas necessidades energéticas e neutro em emissões de dióxido de carbono operacional e, em simultâneo, incrementar as condições de conforto dos ocupantes. Analisou-se o edifício na sua localização original, o Porto, quantificaram-se as horas de desconforto térmico na ausência de sistemas de climatização e da possibilidade de ocorrência de condensações e avaliaram-se as necessidades energéticas globais do edifício. Identificaram-se as hipóteses de melhoria, quer passivas, ao nível das soluções construtivas quer tecnológicas, ao nível dos sistemas de iluminação, ventilação e climatização e quantificaram-se os impactos, individualmente e de forma conjugada. A implementação daquele conjunto de medidas permitiu: reduzir as horas de desconforto térmico de 4000 horas por ano, para cerca de 3250 horas, isto é, uma redução de cerca de 20%, eliminar a probabilidade de ocorrência de condensações e concomitantemente reduzir em mais de 70% as necessidades energéticas de aquecimento, passando de 71,18 kWh⁄(m2. ano) para 20,79 kWh⁄(m2. ano). Os resultados obtidos permitem concluir que, as melhorias passivas e ativas (tecnológicas) introduzidas, asseguram níveis de temperatura do ar interior do edifício dentro dos valores de conforto térmico e que as emissões de dióxido de carbono para atmosfera são nulas, mediante a introdução de uma bomba de calor, que colmate as necessidades energéticas residuais em climatização, a par da utilização de energia primária proveniente de fonte renovável. A mesma avaliação foi realizada colocando o edifício em outras três localizações distintas, com distintos zonamentos climáticos, tendo-se concluído que é, igualmente, possível descarbonizar um edifício existente com recurso a soluções passivas e ativas, a par da utilização de fontes de energia renovável, ainda que, o fator climático seja decisivo no impacto relativo das medidas estudadas para o edifício na sua localização inicial.
- Desenvolvimento de uma plataforma para simulação e otimização de redes de energia inteligentes com dados abertosPublication . SILVA, BERNARDO FILIPE DIAS; Carvalho, Piedade Barros LopezEste relatório foi redigido no âmbito da unidade curricular Preparação para a Dissertação incluída no plano de estudos do Mestrado em Engenharia Informática do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O projeto documentado foi desenvolvido pelo estagiário, membro da equipa de desenvolvimento do GILT. O GILT propôs o desenvolvimento de uma Plataforma para a Simulação e Otimização de Redes de Energia Inteligentes com Dados Abertos. O principal objetivo deste projeto/estágio consistiu na criação de uma plataforma que permita aos gestores de energia simular e otimizar redes de energia inteligentes (smart grids) de forma a maximizar a eficiência e integrar novas tecnologias. A plataforma desenvolvida possibilita a simulação de diferentes cenários de integração de fontes renováveis, como a solar e a eólica, e a análise do impacto de tecnologias emergentes, como os veículos elétricos e os sistemas de armazenamento de energia, nas redes elétricas. Para isso, a plataforma utiliza dados abertos que tornam os cenários simulados mais realistas e ajustados às condições do mercado energético atual. Para além dos gestores de energia, os consumidores beneficiam indiretamente ao contar com redes mais eficientes e sustentáveis. Os governos e os reguladores são também stakeholders-chave, considerando o papel da plataforma na promoção de políticas públicas, no cumprimento de normativos e no incentivo à integração de tecnologias limpas. Os desenvolvedores de tecnologia e as instituições académicas encontram na plataforma uma oportunidade para melhorar soluções inovadoras e realizar investigação que aborde cenários energéticos avançados. As comunidades locais são beneficiadas pelo aumento da inclusão e pela sustentabilidade das redes energéticas, enquanto os investidores vêm oportunidades de retorno financeiro ao apostar numa tecnologia que alia eficiência energética e inovação.
- Fitorremediação de nutrientes em excesso na Ribeira da Costa/CourosPublication . MARTINS, ANA RITA TEIXEIRA; Gonçalves, Ana Clara Fortio Mourato Teixeira Grosso; Morais, Simone BarreiraA crescente pressão antrópica sobre os sistemas fluviais urbanos tem conduzido a fenómenos de degradação ecológica e eutrofização, exigindo soluções sustentáveis e eficazes para a melhoria da qualidade da água. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficácia de três espécies de macrófitos, T. latifolia L., J. effusus L. e I. pseudacorus L., na remoção de nutrientes (nitratos, azoto amoniacal e fósforo) através de ensaios laboratoriais controlados, e a sua posterior aplicação em contexto real, na Ribeira da Costa/Couros, Guimarães, como estratégia de reabilitação ecológica. Os resultados laboratoriais demonstraram que T. latifolia, I. pseudacorus e J. effusus foram particularmente eficazes na remoção de nitratos, com taxas de remoção de 100% em todos os casos, comparativamente aos 33,4% observados no grupo controlo, resultando em diferenças estatisticamente significativas. Relativamente ao fósforo, J. effusus obteve uma taxa de remoção de 100%, I. pseudacorus de 98,5% e T. latifolia de 96,0% em contraste com os 71,1% registados no controlo. Quanto ao fosfato, J. effusus revelou novamente uma remoção completa (100%), seguida por I. pseudacorus com 98,5% e T. latifolia com 96,1%, superando significativamente os 65,7% do grupo sem plantas. As diferenças estatisticamente significativas na remoção de fósforo e fosfato foram observadas apenas entre I. pseudacorus e J. effusus em comparação com o grupo controlo. Relativamente ao azoto amoniacal, observaram-se taxas mais moderadas, com T. latifolia a alcançar 87,8%, I. pseudacorus 86,1% e J. effusus 85,3%, comparativamente aos 77,4% do grupo controlo, não tendo sido detetadas diferenças estatisticamente significativas neste parâmetro. A análise visual confirmou o desenvolvimento das plantas ao longo do ensaio, com maior vigor observado em T. latifolia e I. pseudacorus. Em contexto real, verificou-se um crescimento satisfatório das espécies em zonas da ribeira com menor perturbação humana, embora tenha sido observada a proliferação de espécies invasoras e o desaparecimento dos macrófitos introduzidos em zonas mais expostas. Os resultados de monitorização da água apontam para uma manutenção da qualidade da mesma, sem alterações significativas, o que reforça a importância da densidade de plantação, tempo de maturação e controlo de variáveis externas, como descargas ilegais, carga contaminante e presença de espécies exóticas. Estes resultados validam o potencial da fitorremediação com macrófitos como ferramenta de reabilitação ecológica urbana e destacam a necessidade de abordagens integradas e de longo prazo para garantir a sua eficácia.
- Monitorização de recursos em ambiente fabrilPublication . SILVA, AUGUSTO ULISSES TERROSO DA; Felgueiras, Manuel Carlos Malheiro de CarvalhoA Bosch Security Systems, localizada em Ovar, utiliza nas suas instalações diversos recursos essenciais ao funcionamento industrial, nomeadamente energia elétrica, ar comprimido, azoto e água, cujo custo agregado ascende, em média, a 90 000 € mensais. Atualmente, o consumo destes recursos é registado apenas de forma global, impossibilitando identificar detalhadamente as áreas, departamentos ou equipamentos com maior utilização ou consumos atípicos. Esta limitação compromete a gestão eficiente dos recursos, dificulta a identificação de oportunidades de melhoria e inviabiliza a imputação rigorosa de custos. A implementação de um sistema de monitorização de recursos permitiria desagregar os consumos, proporcionando uma visão detalhada de cada recurso, desde o consumo global das instalações até aos consumos individuais de cada equipamento. Esta abordagem possibilita ganhos significativos, nomeadamente a otimização do uso dos recursos, a redução de custos e a melhoria na gestão de equipamentos e infraestruturas. Adicionalmente, permite antecipar eventuais avarias mediante a identificação de padrões anómalos de consumo, bem como atribuir os custos de forma proporcional à utilização de recursos por departamento da empresa. O presente trabalho endereça parcialmente este problema através do desenvolvimento e implementação de um sistema de monitorização de energia elétrica, ar comprimido e azoto nas diferentes áreas do parque industrial da empresa. A solução concebida procurou alinhar-se com os princípios definidos pela norma ISO 50001, que estabelece boas práticas para a gestão eficiente da energia. Os resultados obtidos demonstram a relevância e a aplicabilidade da abordagem proposta, contribuindo não apenas para a melhoria da eficiência energética, da sustentabilidade e da competitividade da organização, mas também para o seu alinhamento com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável.
- Produção de bioetanol a partir de biomassa microalgal utilizada no tratamento de águas residuaisPublication . COSTA, SÓNIA SOFIA LOBÃO DA; Caetano, Nidia de SáWastewater treatment is a major environmental challenge, while microalgae offer a sustainable solution by simultaneously removing nutrients and generating biomass suitable for bioenergy production. This study examines the integration of microalgae in wastewater treatment, as well as the valorization of the resulting biomass for bioethanol production. Cultivation experiments were conducted using effluents from the Gaia Litoral wastewater treatment plant, employing a 50:50 (v/v) mixture of primary-treated and secondary-treated wastewater, scaled up to a final volume of 30 liters over four weeks. Physicochemical and biological parameters were monitored, revealing high nutrient removal efficiencies: up to 97% for inorganic carbon, 83% for total nitrogen, and 82% for orthophosphate. Microscopic analysis confirmed the predominance of Scenedesmus sp. within the microalgal consortium. Episodes of sedimentation and acidification were mitigated by periodic medium renewal, thereby ensuring the stability of the cultures throughout the study. Regarding biomass valorization, twelve different combinations of pretreatment and hydrolysis were evaluated. Although glucose release was limited, the samples subjected to thermal pretreatment or ultrasound-assisted pretreatment followed by enzymatic hydrolysis with Ultraflo exhibited the highest sugar concentrations, with Samples 6 and 11 standing out, showing arabinose concentrations of 2.962 g/L and 0.654 g/L, respectively, after hydrolysis, and corresponding biomass concentrations of 1.105 g/L and 2.370 g/L. After fermentation, arabinose decreased to 0.211 g/L and 0.008 g/L in the same samples, indicating partial fermentation. Fermentation using Saccharomyces cerevisiae resulted in low ethanol yields (<0.056% v/v), with the highest absolute yield obtained in Sample 10 (0.220 g in 500 mL), restricted by incomplete hydrolysis, possible inhibitor formation such as phenolics, organic acids, and salt residues, and limited pentose fermentation by Saccharomyces cerevisiae (that could be improved by using a yeast able to ferment pentoses, such as Pichia stipitis). Despite these limitations, the results demonstrate the potential of microalgae in integrated processes of environmental remediation and energy biomass production, highlighting their contribution to sustainable biorefinery strategies.
- Validação de uma metodologia de cálculos de estimativas de produção de energia em parques fotovoltaicos em operaçãoPublication . FERREIRA, JESSICA TATIANA GARCIA; Mendonça, Jorge Manuel Pires; Pilão, Rosa Maria Barbosa RodriguesA transição energética é um dos grandes desafios do nosso tempo, e a energia solar fotovoltaica tem-se afirmado como catalisador desta transformação. Torna-se, por isso, indispensável dispor de metodologias robustas para estimar a produção a longo prazo em parques já em operação. Ao contrário das previsões de pré-construção, as estimativas pós-operacionais permitem recalibrar as projeções futuras de produção anual de energia, incorporando dados operacionais reais. Esta abordagem possibilita a redução das incertezas associadas a estudos energéticos preliminares, decisões de investimento, Power Purchase Agreements (PPAs) e avaliações de risco. Neste enquadramento, a presente investigação pretende validar a aplicabilidade da metodologia Measure–Correlate–Predict (MCP), originalmente desenvolvida no setor eólico, ao setor fotovoltaico, adaptando-a a dados mensais de produção real e a séries de radiação de longo prazo provenientes de bases reconhecidas. A abordagem assentou na regressão linear simples entre a produção medida e a série de radiação de referência, após uma análise comparativa de três bases (Solargis, PVGIS e ERA5) com o intuito de identificar a mais adequada para caracterizar cada parque. Esta etapa foi complementada por um processo de deteção de outliers, assegurando uma maior robustez das correlações. Em paralelo, foram explorados modelos alternativos como: regressão múltipla e algoritmos de machine learning (Random Forest e XGBoost) para comparar o respetivo desempenho preditivo com o MCP clássico. Os resultados evidenciam que, quando suportado por seleção criteriosa da base de radiação e por tratamento sistemático de outliers, o MCP apresenta desempenho consistente e fiável em contexto pós-operacional. As abordagens de machine learning revelam ganhos pontuais em cenários de maior variabilidade, constituindo um complemento pertinente à clareza e parcimónia da regressão linear. Em síntese, o estudo reforça a confiança nas estimativas de longo prazo em parques fotovoltaicos em operação, contribui para a redução de incertezas e informa decisões de investimento.