ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
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- Aplicação do dynamic line rating na exploração dinâmica da Rede Nacional de TransportePublication . Bernardes, Vasco Oliveira; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoA capacidade máxima de um condutor de uma linha aérea para o transporte de energia elétrica é determinada com base no comportamento térmico. A estimativa dinâmica desta capacidade, denominada por Dynamic Line Rating (DLR), tem ganho destaque por ser uma tecnologia eficaz para minimizar a necessidade de expansão da rede em sistemas, com crescente necessidade energética e com o consequente aumento de fontes de produção de energia renováveis. Esta dissertação aborda as características da Rede Nacional de Transporte (RNT) e as suas variáveis de controlo, avaliando a viabilidade e os benefícios da implementação do DLR. A análise detalhada inclui a gestão pela Rede Elétrica Nacional (REN), o controlo de segurança aplicado e os principais componentes da infraestrutura, como cabos condutores e equipamentos instalados nas subestações. Também são estudados fatores críticos como a capacidade de interligação internacional, diferentes tipos de cabos e a capacidade máxima dos painéis de linha. Além disso, são exploradas as consequências do sobreaquecimento dos condutores, com ênfase nos efeitos do annealing, que afeta as propriedades mecânicas dos metais devido ao calor, e na importância de manter distâncias de segurança entre as linhas e objetos. O estudo aprofunda-se no DLR, uma tecnologia que ajusta a capacidade das linhas de forma dinâmica, em tempo real, com base em condições operacionais e ambientais. São analisados métodos diretos e indiretos para o cálculo da capacidade, comparando o DLR com abordagens tradicionais como o Static Line Rating (SLR), o Seasonally Adjusted Rating (SAR) e o Ambient Adjusted Rating (AAR) que se baseiam em condições fixas ou sazonais ou diárias não considerando a variação da velocidade do vento. A análise descreve a aplicação prática do DLR implementada na REN, destacando os benefícios potenciais, como a maximização da capacidade de transporte e a redução dos riscos de interrupções, garantindo uma operação mais eficiente e segura da rede elétrica. São comparados diferentes modelos de DLR, como os de Kuipers e Brown, CIGRE e IEEE, avaliando-se o impacto de fatores climáticos como temperatura ambiente, velocidade do vento e radiação solar no cálculo da capacidade de transporte. É, também, proposta uma metodologia híbrida que define, tanto a velocidade mínima do vento para assegurar um arrefecimento adequado quanto a corrente máxima admissível, evitando a sobrecarga dos equipamentos de medição. Adicionalmente, é realizada uma análise da qualidade das medições de temperatura em várias instalações da RNT, além de uma avaliação da temperatura de referência de verão para verificar o seu ajuste à realidade. Examinou-se, também, a adequação do local selecionado para a medição da radiação solar e sugeriu melhorias, comparando a qualidade das medições com os métodos propostos. O estudo sintetiza as principais descobertas, salientando a importância da caraterização detalhada da RNT e da adoção do DLR como uma solução crucial para enfrentar os desafios da gestão de redes de transporte de energia elétrica. Com este trabalho conclui-se que, a implementação do DLR pode representar um avanço significativo na eficiência e segurança da rede, integrando tecnologias inteligentes na gestão da infraestrutura energética.
- Análise técnico-financeira de unidade de produção de hidrogénio verde com integração de uma central fotovoltaicaPublication . Almeida, Tiago Filipe Coelho de; Azevedo, Manuel Maria Pereira deA presente dissertação, explora a viabilidade técnica e económica de uma unidade de produção de hidrogénio verde, utilizando uma central fotovoltaica, baterias e conexão à rede pública de eletricidade. Inicialmente, com o intuito de apresentar e compreender as temáticas a abordar foi realizada um estado da arte sobre os componentes do sistema de produção de hidrogénio verde, incluindo eletrolisadores, baterias e energia solar fotovoltaica. Também foi discutido os benefícios ambientais do hidrogénio verde, destacando a sua contribuição para a redução das emissões de gases de efeito estufa, a promoção da independência energética e a criação de uma matriz energética mais sustentável para Portugal e para o mundo. A integração da energia solar fotovoltaica no processo de produção de hidrogénio é apontada como um passo importante na caminhada rumo à neutralidade carbónica, alinhando-se com as metas estabelecidas por acordos internacionais, como o Acordo de Paris. Em seguida, foi realizado o estudo em si, este propõe a integração de uma central solar fotovoltaica com uma potência de 20 MW e um eletrolisador de 10 MW, complementados por baterias que armazenam o excesso de energia solar. Foi realizado o dimensionamento da central fotovoltaica utilizada considerando a sua localização, as características dos equipamentos e ainda o cálculo do custo nivelado da energia (LCOE), com e sem o uso de baterias. Posteriormente, foi feita a escolha do eletrolisador com base numa análise técnica detalhada, abordando o seu funcionamento e características, como o tipo de membrana e os custos associados. Seguidamente foram considerados quatro cenários de operação, variando a integração das baterias e a aquisição de energia da rede através de contratos de Power Purchase Agreement (PPA), para garantir a aquisição de energia renovável da rede, quando necessário, que permitiram avaliar o impacto das diferentes configurações na eficiência e no custo da produção de hidrogénio. No final, a tese apresenta uma análise detalhada dos resultados obtidos nos quatro cenários de operação, comparando o custo de produção de hidrogénio (€/kg-H2), o tempo de operação do eletrolisador, a flexibilidade oferecida pelas baterias e o impacto da compra de energia da rede.
- Eficiência energética da frota automóvelPublication . Queirós, Sérgio Luís de Magalhães; Dias, Fernando Maurício Teixeira de SousaO transporte rodoviário é responsável por aproximadamente um quarto das emissões totais de gases com efeito de estufa na Europa. Este setor é, portanto, um dos principais focos do Pacto Ecológico Europeu, o plano da Comissão Europeia para alcançar a neutralidade climática na Europa até 2050. A crescente consciencialização ambiental e a emergência energética global, juntamente com os avanços tecnológicos e os incentivos governamentais, têm impulsionado a disseminação da mobilidade elétrica no setor dos transportes. Para compreender os diversos fatores que influenciam a mobilidade elétrica, este relatório propõe uma análise abrangente através da Análise PESTEL, que examina os fatores políticos, económicos, sociais, tecnológicos, ambientais e legais que afetam o desenvolvimento e a adoção de veículos elétricos. Esta análise serviu como base para a metodologia aplicada no estudo sobre a transformação de uma frota empresarial, realizado no contexto de um estágio, cujo objetivo era reduzir o consumo de combustíveis fósseis através da substituição por veículos elétricos. O capítulo prático do estudo abrange várias etapas essenciais. Inicialmente, foi realizado um levantamento de dados relativos à frota do ano de 2022, reunindo informações detalhadas sobre a utilização e os gastos associados aos veículos atuais. Procedeu-se ao tratamento dos dados e à eliminação de outliers, garantindo o menor erro associado aos dados analisados. A criação de perfis de utilização permitiu identificar os padrões de uso dos veículos na frota. Posteriormente, foi efetuado um levantamento do mercado e a definição de perfis de solução, analisando as opções disponíveis e identificando as mais adequadas às necessidades da frota. Por fim, desenvolveu-se uma calculadora de cenário, na qual são calculadas as necessidades energéticas e as respetivas despesas associadas, a poupança ambiental, os benefícios económicos e os indicadores financeiros, com e sem incentivos fiscais. Esta abordagem metodológica permitiu a realização de uma análise detalhada e fundamentada sobre a viabilidade e os benefícios da transição para uma frota de veículos elétricos. Desta forma, contribuiu para a criação de um cenário solucionador do objetivo e promoveu tanto a redução das emissões de gases com efeito de estufa, como uma maior sustentabilidade económica e ambiental.
- Integração de machine learning em subestações: estudos de previsãoPublication . Alves, Pedro João Pereira; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoTodo o setor energético está a passar por um período de mudanças drásticas em várias valências e isso exige que, cada vez mais, a rede seja fiável, estável e eficiente. Dado isto, o presente trabalho está intrinsecamente relacionado com as temáticas mencionados. Sendo o foco principal o estudo da implementação de machine learning em subestações de forma a aumentar a sua fiabilidade e, consequentemente, a sua estabilidade. As subestações atualmente contam com um avançado sistema de monitorização baseado no SCADA (Supervisory control and data acquisition), no entanto esta implementação apenas permite melhorias na ótica de monitorização e controlo da rede elétrica. A integração de machine learning irá permitir que se façam previsões de eventuais defeitos na rede. Primeiramente será feita uma introdução às subestações, a sua importância e respetivos equipamentos que a integram. Abordando concisamente os principais componentes de uma subestação e como os mesmos podem ser integrados no sistema de previsão. Segundamente será feita uma introdução ao machine learning, incluindo o seu funcionamento e as diferentes tipologias existentes. Concluindo esta parte com uma breve comparação entre os diferentes tipos. Após ser feita uma breve introdução das subestações e de machine learning separadamente, é feita uma análise das vantagens que poderão surgir da integração. Estando feita a introdução teórica, é elaborado um código em python que permite, com recurso a redes neuronais, fazer previsões e extrair dado das mesmas. São criados diferentes cenários para perceber quais os melhores parâmetros nesta situação de integração. Os dados desses cenários são apresentados e analisados. Com a análise feita, conclui-se com considerações importantes relativamente á utilidade do algoritmo e a eficiência demostrada.
- Instrumentação industrial: arquitetura tipo e soluções tecnológicas evoluídasPublication . Santos, Nuno Filipe Sousa; Ramos, Sérgio Filipe CarvalhoEste trabalho tem como objetivos a identificação do estado atual da instrumentação industrial e cibersegurança nesse contexto. São abordadas as principais tecnologias de instrumentação, incluindo arquiteturas de aquisição e comunicação de dados, com foco em parâmetros críticos como temperatura, nível, pressão e caudal. Além disso, a pesquisa explora medidas para implementar efetivamente a cibersegurança na instrumentação industrial. O trabalho visa dimensionar uma solução de engenharia na área de instrumentação industrial, com ênfase no desenvolvimento de uma infraestrutura que procura garantir a segurança das comunicações no escopo do projeto. O conjunto desses objetivos contribuirá para uma análise abrangente e aprofundada, proporcionando insights significativos para a compreensão e aplicação prática desses conceitos na indústria. Este estudo inclui um caso prático, fazendo uma análise do um projeto industrial proposto pela empresa QUADRANTE. Onde vai ser feito um balanço do orçamento necessário para implementação do mesmo e a respetiva caracterização e disposição dos equipamentos.
- Desenvolvimento de um manufacturing execution system numa indústria de elevadoresPublication . Fernandes, Marco António Veríssimo; Dias, Fernando Maurício Teixeira de SousaNo amanhecer da Quarta Revolução Industrial, o cenário industrial testemunha uma metamorfose sem precedentes, guiada pelo avanço exponencial da tecnologia. À medida que nos imergimos na era da Indústria 4.0, as fronteiras entre o físico e o digital desvanecem, dando origem a um novo paradigma de produção. O Trabalho para a dissertação "Desenvolvimento de um Manufacturing Execution System numa indústria de elevadores" apresenta um estudo detalhado sobre a implementação de um sistema de execução de manufatura (MES) em colaboração com a empresa Schmitt + Sohn Elevadores. O trabalho destaca a importância da gestão operacional focada na redução de desperdícios e custos, visando otimizar os processos de produção de elevadores de média/alta gama. A dissertação oferece insights valiosos sobre a aplicação prática de conceitos de gestão operacional e sistemas de execução de manufatura num contexto industrial específico. Além disso, o estudo aborda a integração do MES com o ERP (EnterPrise Resource Planning) da empresa, recolhendo dados provenientes dele e das múltiplas máquinas da fábrica, permitindo a criação automatizada de dashboards e apresentando indicadores-chave de desempenho (KPIs) pré-definidos. O trabalho contribui significativamente para a área de gestão operacional e sistemas de execução de processos, fornecendo informações valiosas para empresas que procuram otimizar seus processos produtivos e aumentar a competitividade de seus produtos
- Análise técnico-económica da colocação de uma bateria numa instalação fotovoltaica em autoconsumoPublication . Freitas, José Rui Nogueira; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoAtualmente, é evidente que o consumo intermitente de energia em instalações fotovoltaicas pode resultar em desperdício. Isso ocorre devido à produção excessiva e à integração dessa energia na rede a preços nulos. A inclusão de baterias de armazenamento apresenta-se como uma solução eficaz para capturar e conservar a energia excedente, permitindo seu uso posterior. Para a realização deste trabalho, foi necessário estudar os sistemas fotovoltaicos, analisando as diferentes tipologias, sua constituição e as características dos principais componentes. Neste contexto, esta dissertação concentra-se na otimização do consumo de energia em habitações, explorando a viabilidade da integração de um sistema de armazenamento de energia. Este estudo de caso tem como principal objetivo avaliar a viabilidade da aplicação de sistemas de armazenamento de energia em sistemas solares fotovoltaicos para autoconsumo residencial. A avaliação é realizada por meio de dois cenários distintos: no primeiro, uma habitação já possui um sistema fotovoltaico instalado e foi submetida a um retrofit; no segundo, a mesma habitação não possuía qualquer sistema fotovoltaico previamente instalado. Para ambos os cenários, foram analisadas diversas capacidades de armazenamento de diferentes marcas de baterias, estudadas em conjunto com diferentes potências do campo solar (2,67 kWp e 4,01 kWp). Para avaliar a viabilidade das soluções analisadas em ambos os cenários em estudo, foram tidos em conta os seguintes indicadores técnicos: autoconsumo direto, energia injetada na rede, consumo da bateria e redução do consumo da rede elétrica. A nível económico foram tidos em conta os seguintes indicadores: VAL, TIR e PRC. Os resultados obtidos neste estudo revelam a importância crucial de um dimensionamento adequado do sistema de produção e armazenamento de energia para a integração eficiente de fontes renováveis, como a energia solar fotovoltaica. Esta otimização não só beneficia os consumidores, reduzindo os custos de energia, mas também promove a sustentabilidade ambiental e fortalece a estabilidade da rede elétrica pública.
- Implementação de sistema de controlo de temperatura em câmaras frigoríficasPublication . Carvalho, João Miguel Pinto de; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoA presente Dissertação aborda a implementação de um sistema de controlo de temperatura em câmaras frigoríficas para refrigeração de fruta, nomeadamente a construção e desenvolvimento de um Datalogger através da plataforma Arduíno. Este foi aplicado na empresa Fribila – Frio Industrial e teve como principal objetivo reduzir o consumo energético analisando-o antes e após alterações implementadas no cliente Apple Logistics. Na literatura apresentada é possível encontrar informação acerca da evolução destes tipos de sistemas de refrigeração, onde se verifica a constante melhoria tecnológica e o consequente aumento da eficiência. Os dados recolhidos demonstram uma significativa melhoria no desempenho energético, com uma redução de 39% no consumo de eletricidade, mantendo a qualidade do produto refrigerado. O projeto também apresenta a viabilidade da aplicação de novas tecnologias em ambientes industriais para reduzir custos operacionais e aumentar a competitividade.
- Desenvolvimento de projeto de unidade de produção de autoconsumo (UPAC)Publication . Abreu, Hugo Miguel Moura; Castro, Rui Paulo Ramos deNum mundo onde a necessidade de sustentabilidade nunca foi tão urgente, a transição para fontes renováveis de energia deixou de ser uma escolha, tornando-se uma exigência para o futuro. Esta dissertação mergulha na realidade dos sistemas fotovoltaicos, investigando como a energia solar pode ser a resposta para reduzir a dependência de combustíveis fósseis e as emissões de carbono. O trabalho explora não só a tecnologia por detrás dos painéis solares, mas também as complexidades da sua aplicação em projetos de autoconsumo, com foco em Portugal. Ao longo deste estudo, desvendam-se as etapas essenciais para a implementação de uma Unidade de Produção para Autoconsumo (UPAC), desde a escolha dos componentes até à realização de um rigoroso dimensionamento técnico. No entanto, não se limita ao aspeto técnico, é realizada também uma análise económica de um sistema fotovoltaico. Será que o investimento em energia solar realmente compensa? As simulações realizadas mostram que a resposta vai além do simples retorno financeiro. O impacto ambiental, a redução das emissões de CO₂ e a contribuição para os objetivos de sustentabilidade são evidências poderosas de que o futuro reside nas energias renováveis. O estudo prático desenvolvido revela a viabilidade de instalar sistemas solares em ambientes comerciais e demonstra, com números concretos, o quanto a tecnologia solar pode contribuir não só para a economia de uma empresa, mas também para a proteção do planeta. Mais do que um trabalho académico, esta dissertação é um convite para repensarmos o nosso papel na preservação do ambiente, mostrando que, com as ferramentas certas, cada um de nós pode fazer parte desta revolução energética.
- Desenvolvimento de uma base de dados em MS Access de normas e legislação aplicável a instalações elétricas especiais na área da saúdePublication . Costa, Diogo Rui FerreiraA área da instalação elétrica abrange muitos aspetos, desde a obtenção de licenças até à aplicação de diferentes regulamentos e requisitos técnicos das respetivas instalações. A legislação nesta área é de suma importância, não só porque define um conjunto de normas quanto à instalação, conforto e qualidade do serviço, mas sobretudo porque visa garantir a segurança de pessoas e equipamentos contra os perigos e danos que possam advir da utilização das instalações elétricas. No caso de instalações hospitalares, esta temática adquire particular relevância por serem consideradas instalações especiais e com uma legislação e um conjunto de normas muito mais exigentes do que as restantes instalações, devido aos cuidados necessários com as pessoas que nela se encontram, cujo estado de saúde é, muitas vezes, bastante sensível e crítico. Com este enquadramento, foi realizada uma base de dados em MS Access de normas e legislação aplicáveis a instalações elétricas especiais na área da saúde, de forma a tornar mais eficaz, prática e objetiva a realização deste tipo de instalações, pois encontrar-se-á, com maior facilidade, o conjunto de normas e regulamentos estabelecidos para cada espaço. Também foi desenvolvido um manual, de forma a tornar mais fácil a compreensão e a utilização da mesma. No final da presente dissertação, encontra-se apresentado o Manual de Utilização da Base de Dados utilizado como caso de estudo, a validação da base dados das instalações elétricas da Unidade de Saúde da Santa Casa da Misericórdia de Vila do Conde.