ISEL - Eng. Electrotécn. - Dissertações de Mestrado
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- Modelação da produção de hidrogénio num eletrolisador com base num plasmaPublication . Alves, Vasco Miguel Eugénio; Redondo, Luís Manuel dos Santos; Canacsinh, HirenNeste trabalho é apresentado o gás Hidrogénio como uma tecnologia alternativa promissora que permitirá alcançar as metas ambientais definidas pelas várias indústrias. Através da eletrólise é possível a produção de Hidrogénio verde, uma opção energeticamente sustentável e economicamente viável, em comparação com outros métodos de produção. Nesse sentido, no presente trabalho exploratório estudou-se dois métodos de produção de Hidrogénio a partir da eletrólise: método convencional e método de plasma. Este estudo teve como principal objetivo a diminuição de energia elétrica necessária do processo. Como tal, foi contruído um eletrolisador, de escala laboratorial, para realização de ensaios experimentais. Para o estudo do método convencional foi desenvolvido, em MATLAB, um modelo matemático de uma eletrólise de base alcalina, modelando os processos físicos associados ao processo. Os ensaios experimentais permitiram obter dados do comportamento do eletrolisador durante o processo e a validação do modelo matemático. Foi analisada a evolução da tensão em função da temperatura e a taxa de produção de Hidrogénio em função da corrente e concluído que o modelo simula o processo com bastante precisão. No estudo do método de plasma foi conseguida a produção de Hidrogénio e foram comparados os resultados obtidos com o método convencional. O rendimento de Faraday através do método de plasma foi superado em 1168,75%. Foi também demonstrado que o consumo energético através deste método é menor para a mesma produção de Hidrogénio. O método de plasma apresenta um método inovador para melhorar a produção de Hidrogénio e também para diminuir o consumo de energia.
- Comunidades de energia renovável: implementação teórica e práticaPublication . Ideias, Tiago Miguel Rascão; Barata, Filipe André Sousa Figueira; Elvas, Luís Miguel SilveiroA presente dissertação tem como principal foco identificar e estudar a utilidade, as vantagens e as desvantagens das comunidades de energia renovável (CER) nos dias atuais. Portugal encontra-se entre os duzentos países que demonstram principal preocupação relativamente às mudanças climáticas, seguindo um estudo realizado pela empresa Meta. Com o Decreto-Lei nº162/2019 as CER sofreram uma dinamização, tocando em pontos como a permissão dada aos autoconsumidores de energia renovável para produzir, consumir, partilhar e vender eletricidade sem serem alvo de exagerados encargos. Com este trabalho de mestrado irá ser estudada a formação de uma CER na cidade da Amadora, simulando a implementação de painéis solares fotovoltaicos num condomínio e analisando os dados de produção dos mesmos. Posteriormente, os dados de consumo de energia elétrica das frações do condomínio serão comparados com os de produção e irá ser realizada uma análise para compreender de que forma a energia poderá ser partilhada entre todos e qual o excedente que poderá ser vendido à rede de modo a conseguir rentabilizar o projeto. O resultado deste trabalho permitiu concluir que com a utilização das CER, além da produção de “energia verde” também se traduz numa redução conjunta na fatura de eletricidade dos seus participantes.
- Jogo do Galo com o RobotPublication . Orvalho, Rúben Alexandre de Gonçalves; Almeida, Maria da Graça Vieira de BritoA dissertação apresentada foi desenvolvida com o intuito de aliar tecnologia de processamento de imagem com mecanismos de decisão e cinemática. Desta forma, utilizando um ambiente de interação com o utilizador pode-se dar resposta ao mesmo de forma autónoma. O ambiente escolhido é o tradicional jogo do galo, este é composto por um tabuleiro com 9 casas e destinado a 2 jogadores. O jogo começa com a escolha da marca a utilizar por cada jogador, X ou O em seguida, alternadamente, cada jogador deve preencher uma casa do tabuleiro com a sua marca sendo a vitória atribuída ao jogador que conseguir colocar três peças em linha com a sua marca, esta pode ser vertical, horizontal ou diagonal. Para a interação do computador com o jogador vai ser utilizado um manipulador para traduzir fisicamente a resposta calculada pelo computador à jogada do utilizador. Neste âmbito entram em jogo duas disciplinas, muito abrangentes e cada vez mais importantes no desenvolvimento tecnológico mundial, robótica e processamento de imagem. No campo do processamento de imagem tem-se como tarefas: identificação do estado do ambiente de interação, processamento da jogada do utilizador e recolha da posição física das peças colocadas em jogo. Aliado a este processo existe um algoritmo que com base no estado do jogo irá calcular a melhor resposta a efetuar pelo manipulador. De forma a conseguir uma recolha correta do ambiente de jogo, foram utilizadas rotinas de processamento de imagem com métodos para reduzir o ruído que possa ser introduzido por variáveis externas ou alterações no ambiente e corretamente identificar a peça introduzida em jogo. Após a correta análise do estado atual do tabuleiro de jogo e com base na jogada calculada para o computador é determinado o movimento a executar pelo manipulador com recurso a cinemática. Com a informação necessária para realizar o movimento da peça a mesma é traduzida com recurso a um sistema dedicado ao seu tratamento e compatibilização com o manipulador. Em seguida os movimentos de cada junta previamente determinados são convertidos para grandezas analógicas através dum processador Arduíno e enviados para o manipulador.
- Aplicação da Técnica de Estabilização de Posição “Gimbal” na Compensação de Movimentos Involuntários em HumanosPublication . Silva, Ricardo Modesto da; Encarnação, Luís José Lamy Rocha da; Sousa, Sérgio Fernando Pereira Delgado deO aumento de diversos problemas de saúde, relacionados com a degradação da qualidade de vida, má alimentação e sedentarismo têm suscitado o aparecimento e crescimento de doenças crónicas, como o diabetes ou mesmo o Parkinson. A área do controlo de processos e eletrotecnia poderá ser usada como ponte de maneira a solucionar ou atenuar alguns problemas provenientes destas patologias. No presente trabalho final de mestrado, tem-se como objetivo, fazer o estudo e caracterização de componentes elétricos e eletromecânicos, bem como a implementação e criação de modelos computacionais que permitirão a simulação do mesmo. Abordou-se e implementou-se métodos de controlo de processo para se poder implementar e modelar o sistema em cadeia fechada. De modo a validar os modelos teóricos foi desenvolvida uma bancada de testes para simular uma oscilação mecânica, no limite esta oscilação poderá aproximar-se a um tremor comparável aos existentes na doença de Parkinson.
- Simulação do mercado ibérico de eletricidade com variáveis estocásticas utilizando um modelo em variações conjeturaisPublication . Vasconcelos, Pedro Miguel Ornelas; Lagarto, João Hermínio Ninitas; Martins, Ana Alexandra Antunes FigueiredoO processo de liberalização no setor elétrico iniciou-se apenas há três décadas. Em Portugal, a primeira grande reforma no setor aconteceu em 1995, com a constituição de um mercado concorrencial, através da reestruturação e privatização parcial da Energias de Portugal. No âmbito destas reformas, Portugal e Espanha uniram esforços com o objetivo de criar um mercado comum, com benefícios para os consumidores de ambos os países: o Mercado Ibérico de Eletricidade (MIBEL). Com esta união esperava-se o aumento da eficiência do mercado, no entanto, o comportamento competitivo das empresas, que procuram maximizar os seus lucros, pode colocar em risco os benefícios da sua liberalização. A presente dissertação tem por objetivo simular o MIBEL e analisar os resultados do mercado para os diferentes comportamentos competitivos das quatro maiores empresas. Para a simulação da concorrência entre empresas recorreu-se a um modelo em variações conjeturais. Primeiro, analisou-se a amostra de dados, constituída pelos valores de produção das quatro maiores produtoras do MIBEL, de forma a caraterizar a natureza estocástica da amostra. Depois, com recurso aos modelos ARIMA, geraram-se dados de entrada para o simulador (SiMEC 3.0). Por fim, simularam-se os resultados de mercado, em diferentes cenários de concorrência (Cournot, perfeita e intermédio) e analisou-se o impacto no preço no mercado da eletricidade, quantidade total de mercado e portfólio de produção de cada empresa. Os resultados mostram que na concorrência à Cournot as empresas apresentam menores valores de produção e, consequentemente, preços de mercado mais altos. Por outro lado, um cenário mais competitivo apresenta maiores valores de produção e menores preços de mercado. No cenário de concorrência à Cournot os valores de preço e produção apresentam maior variabilidade, enquanto em concorrência perfeita apresentam uma maior estabilidade. Os resultados apontam para uma preferência, por parte das empresas, para produção através de centrais nucleares e CCGT.
- Avaliação das emissões de CO2 associadas ao Veículo Elétrico tendo em conta a sua integração no Sistema Elétrico PortuguêsPublication . Oliveira, Nuno Filipe Antunes de; Carvalho, Ezequiel Francisco Vale; Lagarto, João Hermínio NinitasNesta dissertação pretende-se avaliar as emissões de CO2 associadas aos veículos elétricos (VEs) tendo em conta a sua integração no sistema elétrico português (SEP). O Plano Nacional de Energia e Clima 2021-2030 (PNEC 2030), prevê que até 2030 um terço das vendas de veículos ligeiros seja elétrico. Como tal, esta tese foca-se nos impactos originados pela penetração dos VEs no SEP em 2030. Utilizou-se uma metodologia baseada num despacho económico (DE) com coordenação hidrotérmica. De forma a resolver o despacho das centrais térmicas e hídricas foi utilizado um simulador desenvolvido anteriormente em GAMS. Para avaliar os impactos resultantes da penetração dos VEs foram considerados 15 cenários que consistem em diferentes penetrações de VEs, cenários de variação dos índices de produtibilidade hídrica (IPH), de produtibilidade solar (IPS), produtibilidade eólica (IPE) e de potência instalada eólica e fotovoltaica. Os resultados dos VEs são obtidos através de uma metodologia marginal que faz a comparação entre um cenário de geração sem penetração de VEs com um cenário em que se considera a geração adicional para fornecer a carga total aos VEs. Como resultado obtém-se, através das simulações, a geração hídrica e térmica, os custos e as emissões de CO2. Concluiu-se na conclusão deste trabalho que carga adicional dos VEs consegue ser colmatada com a potência instalada prevista para 2030 e que apesar de uma maior potência renovável instalada é necessário recorrer à geração por centrais a gás. O aumento de consumo reduziu invariavelmente a bombagem das centrais com albufeira o que se verificou em vários cenários. O aumento de geração por centrais a gás aumenta as emissões do sistema o que, por conseguinte, aumenta as emissões e os custos associados aos VEs.
- Caracterização das Componentes da Potência Instantânea em Sistemas EléctricosPublication . Matos, José Jorge Miranda de; Encarnação, Luís José Lamy Rocha da; Chaves, Miguel Cabral FerreiraDesde a segunda metade do século XVIII, aquando do desenvolvimento da Revolução Industrial, começaram a surgir estudos sobre toda a área da ciência respeitante aos fenómenos de natureza elétrica. Os desenvolvimentos iniciaram-se pela caracterização dos fenómenos e grandezas fundamentais e posteriormente pelas relações entre estas, dando origem a definições e normalização globalmente aceite na Engenharia Eletrotécnica. No contexto das definições e normalização de base na Engenharia Eletrotécnica, a presente dissertação de Mestrado tem como objetivo efetuar um estudo relativo à caracterização do cálculo de potências em sistemas elétricos, recorrendo para o efeito aos padrões globalmente aceites na área. Neste trabalho, e no Estado da Arte, foram passadas em revista as definições e unidades de potência utilizadas atualmente em Engenharia Eletrotécnica, tanto em sistemas elétricos monofásicos como em trifásicos. Dando suporte a estas definições, são apresentados os desenvolvimentos analíticos, exemplos e simulações numéricas que validam teoricamente as definições, desde os sistemas elétricos monofásicos e trifásicos até aos sistemas com cargas não lineares, fazendo, ainda, uma breve alusão aos sistemas de potência pulsada. Por fim, a implementação experimental de circuitos de corrente alternada de vários tipos e com diferentes cargas permite validar os desenvolvimentos teóricos. Como complemento, em anexos, é apresentada informação complementar e demonstrações, cujo teor, estão subentendidas no desenvolvimento do estudo efetuado no corpo principal.
- Estudo das Proteções de Sobrecorrente e Sobretensão em Semicondutores de Potência Totalmente ComandadosPublication . Figueirinhas, Miguel Loureiro; Redondo, Luís Manuel dos Santos; Canacsinh, HirenNo presente trabalho realizou-se o estudo de um circuito de proteção, de sobrecorrente e sobretensão, para dois tipos de semicondutores de potência totalmente comandados, o MOSFET e o IGBT. Este trabalho inicia-se apresentando o MOSFET e IGBT como dispositivos semicondutores de potência amplamente disseminados na indústria. Em seguida são estudadas as técnicas apresentadas na literatura, para proteção de sobrecorrente e sobretensão, tendo-se definido igualmente as utilizadas neste trabalho. Após, com recurso ao software LTspice realizou-se um estudo preliminar do circuito em questão, para posterior dimensionamento de uma placa PCB. Por ´ultimo realizou-se a obtenção de resultados experimentais, e posterior comparação com os obtidos via software. Os resultados experimentais, obtidos via LTspice e em ambiente laboratorial, tiveram como principal foco o dispositivo MOSFET.
- Impacto do Novo Modelo Remuneratório nas Receitas da Central de Valorização Energética da ValorsulPublication . Silva, Mário Helder Simões da; Sousa, Jorge Alberto Mendes; Lagarto, João Hermínio NinitasA economia circular é um modelo de produção e de consumo que envolve a partilha, o aluguer, a reutilização, a reparação, a renovação e a reciclagem de materiais e produtos existentes, enquanto possível, de forma a alargar o ciclo de vida dos produtos, e dissociar a atividade económica da extração de matérias-primas e da produção de resíduos. A valorização energética permite que esse objetivo venha a ser alcançado, nomeadamente nas situações em que a reutilização ou reciclagem dos produtos já não se afiguram como soluções viáveis. A incineração de resíduos urbanos em unidades industriais controladas, para além da redução do volume inicial do resíduo, permite ainda que o calor formado na combustão dos resíduos venha a ser convertido em eletricidade. Em Portugal desde 1999 que a regulamentação da remuneração da venda de eletricidade produzida a partir de resíduos sólidos urbanos teve em conta os princípios necessários à internalização dos benefícios ambientais proporcionados por essas instalações. No entanto em em 2020, foi publicada uma nova regulamentação que vem determinar um novo modelo remuneratório para a venda de energia elétrica produzida a partir de resíduos sólidos urbanos assente na participação no mercado grossista de venda de energia elétrica. Neste trabalho, toma-se como exemplo a Central de Valorização Energética da Valorsul, para demonstrar que esta alteração legislativa, dependendo do comportamento do mercado grossista de venda de energia elétrica, poderá vir a ter um forte impacto na receita obtida pela venda de energia elétrica gerada por esta unidade. Demonstra-se ainda, que cada euro de variação na remuneração da energia elétrica gerada pela CVE terá um impacto de quarenta e sete cêntimos no valor do serviço de gestão de resíduos sólidos urbanos, e que como consequência da regulamentação vigente para o sector dos resíduos em Portugal, esse impacto será refletido no custo a ser suportado pelos utilizadores do sistema.
- Análise da Qualidade de Energia Elétrica em Variadores de Velocidade IndustriaisPublication . Semedo, João David Castanho Pereira; Gambôa, Paulo José Duarte Landeiro; Chaves, Miguel Cabral FerreiraA necessidade de utilização dos recursos energéticos de forma mais eficiente aliada ao desenvolvimento tecnológico, mais especificamente da eletrónica de potência, tornam-na num poderoso aliado da eficiência energética. Conjugando técnicas de comando e controlo adequadas com conversores de eletrónica de potência, constroem-se soluções de armazenamento de energia ou de produção de energia eólica, dando dois exemplos. Componentes semicondutores como díodos ou IGBTs fazem parte da constituição destes conversores. Estes componentes usados em conversores, e em resultado da sua comutação, constituem cargas não lineares, gerando conteúdo harmónico, isto é, tensões ou correntes sinusoidais de frequência múltipla inteira da frequência fundamental da tensão. Vários tipos de conversores são abordados, nomeadamente os DC/DC/AC, AC/DC/AC e AC/AC, bem como as suas variantes. Dos vários tipos destes conversores, é estudado e testado o AC/DC/AC de um VEV, alimentado pela rede elétrica, com retificação não controlada e com um ondulador controlado com técnica de controlo de modulação de largura de impulso (PWM). Este sistema acionou um motor assíncrono trifásico com rotor em curto-circuito ou em “gaiola de esquilo”. O conteúdo harmónico nas correntes de entrada e saída do VEV foi analisado. Para atenuar esta perturbação e melhorar a distorção harmónica total (THD), foram aplicadas medidas de mitigação de harmónicas de corrente. Os resultados com e sem medidas de mitigação serão analisados e comparados, recorrendo a modelos de simulação (Matlab/Simulink) e experimentais.