ISEL - Eng. Electrotécn. - Dissertações de Mestrado
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- Integração do sistema de armazenamento de energia por bateria para guindaste RTG diesel híbridoPublication . Fernandes, Mauro Mascarenhas; Luís, Ricardo Jorge FerreiraNum contexto marcado pelo reconhecimento das alterações climáticas e pela procura de soluções sustentáveis, esta dissertação investiga a viabilidade de aumentar a eficiência energética de um guindaste RTG (Rubber-Tyred Gantry) convencional, que opera com um motor diesel, através da implementação de um sistema híbrido de armazenamento de energia. O principal objetivo é analisar a integração de um sistema híbrido paralelo utilizando baterias de iões de lítio, avaliando o seu impacto na eficiência operacional e nas emissões de CO2. Para validar esta abordagem, foi desenvolvido um estudo de caso baseado em dados de operação de guindastes e consumo de energia, complementado por simulações numéricas que recriam o desempenho nos modos diesel convencional e híbrido. As simulações foram projetadas para replicar com precisão os parâmetros operacionais do guindaste, permitindo uma análise detalhada do consumo de energia. Na configuração híbrida proposta, o sistema de baterias foi dimensionado para atender às demandas específicas do guindaste, permitindo uma operação mais eficiente dos motores a diesel. Os resultados demonstram que, através de um investimento relativamente modesto e soluções tecnológicas viáveis, é possível melhorar a eficiência energética do guindaste. Isso não só contribui para a redução das emissões de CO2, alinhando-se com as metas do Acordo de Paris, como também oferece benefícios ambientais e financeiros significativos, sem comprometer as funções operacionais dos equipamentos.
- Sistema de produção e armazenamento de hidrogénio verde através de microrrede DCPublication . Soares, Dérik Jorge Spencer; Luís, Ricardo Jorge Ferreira; Fonte, Pedro Miguel Neves daEsta dissertação de mestrado tem como objetivo principal o estudo e implementação de um sistema de produção e armazenamento de energia, utilizando hidrogénio (H₂) e uma microrrede de corrente contínua (DC). O sistema proposto integra um eletrolisador e uma pilha de combustível para a produção de hidrogénio e eletricidade, com armazenamento do H₂ em garrafas de hidretos metálicos e da energia elétrica em baterias. Esses componentes estão conectados eletricamente por meio de uma microrrede DC, que também se liga à geração fotovoltaica (PV) e a cargas DC. O excesso de produção de energia renovável será convertido em hidrogénio verde através de um processo de eletrólise. A utilização de uma microrrede DC elimina a necessidade de conversões eletrónicas entre DC-AC e AC-DC, aumentando a eficiência geral do sistema. O estudo tem como cenário uma aplicação em Cabo Verde, visando melhorar a estabilidade da rede elétrica, reduzir os custos de eletricidade e diminuir o consumo de combustíveis fósseis.
- Comparação das emissões de gases com efeito de estufa de veículos elétricos a baterias e veículos elétricos a pilha de combustível usando análise do ciclo de vidaPublication . Teixeira, Bruno Miguel Alves; Sousa, Jorge Alberto Mendes de; Lagarto, João Hermínio NinitasEsta dissertação tem como objetivo a comparação das emissões de gases com efeito de estufa de veículos elétricos a baterias (BEV) e veículos elétricos a pilha de combustível (FCEV), utilizando como exemplos o Tesla® Model 3 e o Toyota® Mirai respetivamente, tendo como base deste estudo o ciclo de vida de cada um dos veículos. Assim sendo, nesta dissertação realizou-se uma pesquisa teórica acerca do ciclo de vida de cada um dos veículos, tendo sido definidas fronteiras para cada ciclo. Definidas as fronteiras, realizou-se o inventário dos veículos que permitirá estudar cada fase do ciclo de vida destes. Desta forma, ocorre a necessidade de realizar um estudo acerca dos componentes principais de cada veículo e qual o seu papel no que diz respeito às emissões de gases com efeito de estufa. Tendo determinado os ciclos de vida de cada veículo, definiu-se como base para o estudo o sistema energético português, porém, apenas se consideraram as percentagens de energia produzida através de fontes renováveis. Recorrendo ao programa GREET®, foram realizadas simulações para ambos os veículos de forma a comparar as emissões de gases com efeito de estufa durante o seu ciclo de vida. Como resultados obtidos verificam-se emissões de 0,017 kgCO2e/km para os FCEV e 0,029 kgCO2e/km para os BEV, o que indica que os FCEV, no global do seu ciclo de vida, serão menos poluentes no que diz respeito à emissão de gases de efeito de estufa, comparativamente aos BEV. Ao comparar estes valores com a meta da União Europeia onde se define que os veículos novos ligeiros de passageiros não deverão emitir a partir de 2030 mais do que 0,0594 kgCO2e/km, é possível concluir que os veículos em estudo cumprem a meta estabelecida, sendo o FCEV menos poluente comparativamente ao BEV, tendo em conta o sistema energético utilizado na simulação.
- 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.