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Viabilidade dos sistemas geotérmicos estimulados para a produção de energia eléctrica em Portugal

Palavras-chave: Geotermia,Sistemas geotérmicos estimulados,Viabilidade,Temperatura,Caudal,Geothermal electricity,Enhanced Geothermal System,Feasibility,Temperature,Flow rate

Tradicionalmente, o aproveitamento da energia geotérmica para produção de energia eléctrica limitava-se a locais onde o vapor e/ou as águas muito quentes emergiam à superfície. Recentemente, com o avanço da tecnologia começaram-se a desenvolver-se novos sistemas de captação desta energia tendo surgido os sistemas geotérmicos estimulados (SGE) que permitem produzir energia eléctrica em qualquer parte do mundo, mesmo em locais com baixas entalpias. A aplicação de um SGE torna-se assim numa excelente oportunidade para produção de energia eléctrica, na Região Centro de Portugal, local dominado por baixas entalpias. Ao longo desta dissertação, procura-se analisar os custos associados a estes sistemas e avaliar a influência das variáveis chave, como a profundidade, o gradiente de temperatura do solo em profundidade e o caudal na viabilidade económica da instalação de um SGE nesta região. Neste estudo é testada a viabilidade de cinco profundidades (3,0; 3,5; 4,0; 4,5 e 5,0 km) para implantação de um SGE. Para cada uma das profundidades são assumidas quatro variações de temperatura por quilómetro de profundidade (30; 35; 40 e 45 ºC/km) e um caudal de 30 L/s. Através de pressupostos técnicos, económicos e financeiros, é determinada a viabilidade da aplicação de um sistema geotérmico estimulado na Região Centro de Portugal. Concluiu-se que as situações com maior rentabilidade económica estão associadas aos maiores aumentos da temperatura com a profundidade. Assumindo uma tarifa líquida de 0,25 €/kWh e que são rentáveis os investimentos com um Período de Retorno (PR) inferior a 15 anos, afiguram-se como viáveis as situações com gradientes de temperatura superiores a 35 ºC/km para uma profundidade de 5,0 km, com gradientes a partir dos 40 ºC/km para furos de 4,5 km e acima de 45 ºC/km para profundidades iguais ou superiores a 3,5 km. Não é viável instalar um SGE em locais com gradientes de temperatura inferiores a 35 ºC/km. O recurso a profundidades inferiores a 3,5 km só será eventualmente viável para gradientes de temperatura superiores a 50 ºC/km, mas este caso não foi analisado no decurso deste trabalho.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Padronização do processo de etiquetagem para melhoria de gestão de stocks no armazem

Palavras-chave: Protocolo Logístico,Six Sigma,Reorganização de Layout,Análise ABC,Análise COI,Gestão de Stocks,Logistic Protocol,Six Sigma,Layout Reorganization,ABC Analysis,COI Analysis,Stocks Management

Hoje em dia numa economia globalizada, a sobrevivência das organizações depende da sua habilidade e flexibilidade de inovar e efetuar melhorias contínuas. Este projeto tem em conta metodologias, análises e documentos que podem auxiliar as organizações do sector automóvel no progresso dos diversos processos existentes. Primeiramente, este projeto observa a necessidade e a importância que os protocolos logísticos podem ter nas organizações. Uma vez que o protocolo é um acordo entre ambas as partes (fornecedor/cliente), foi realizado o seguimento do mesmo para os fornecedores com maior relevância para a organização. Considerando o baixo índice do número de receções realizado automaticamente com o leitor de código de barras, foi aplicada a metodologia six sigma para otimizar a receção de mercadorias. Após a implementação gradual desta metodologia alguns aspetos positivos foram já constatados, sendo espectável que, a nível geral, as atividades se tornem mais organizadas e permitam uma melhoria. A partir da análise das características dos componentes armazenados, dos seus movimentos, da sua rotação e das atividades efetuadas no âmbito do armazenamento, foi possível reorganizar o layout do armazém central. Tendo por base as metodologias de análise ABC e análise COI, este projeto procura apresentar alterações na organização e arrumação do armazém central de forma a otimizar os recursos disponíveis.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Propagação de fendas por fadiga: efeito de subcargas

Palavras-chave: Propagação de fendas por fadiga,fecho de fenda induzido por deformação plástica,Subcargas,Sobrecargas,Fatigue crack growth,Plasticity induced crack closure,Underloads,Overloads

A rotura por fadiga é um modo de falha que surge frequentemente nas peças em serviço, submetidas a cargas cíclicas. Os componentes são muitas vezes sujeitos a espetros de carga variáveis e aleatórios, sendo porém importante começar por compreender inteiramente o efeito de solicitações mais simples como sobrecargas, subcargas e blocos de carga. O fenómeno de fecho de fenda apresenta atualmente um papel bastante relevante no estudo do efeito da razão de tensões e da história de carregamento na velocidade de propagação de fendas por fadiga. Este fenómeno consiste no contacto entre as faces de fenda numa porção do ciclo de carregamento. O principal objetivo desta dissertação é o estudo do efeito de variações de carga, nomeadamente subcargas, no fenómeno de fecho de fenda induzido por plasticidade (PICC). Foram realizadas diversas simulações numéricas, em condições de estado plano de tensão e em estado plano de deformação, com recurso ao software de elementos finitos DD3IMP. O tratamento de resultados incidiu essencialmente na determinação de perfis de fenda, forças de contacto, níveis de fecho de fenda e alongamentos plásticos (yp). A aplicação de uma subcarga provoca uma depressão no perfil e uma redução das forças de contacto no local da solicitação, reduzindo os níveis de fecho de fenda. O esmagamento associado à força de compressão acontece principalmente atrás da extremidade da fenda na posição da solicitação. O aumento de ΔF1=Fmín-FUL aumenta o decréscimo dos valores mínimos de fecho no instante em que é aplicada a subcarga e o aumento de ΔF2=Fmáx-FUL aumenta as distâncias de propagação necessárias para a ocorrência da estabilização do fecho de fenda. O efeito de uma subcarga está intimamente ligado à deformação plástica inversa e isso explica o aumento do efeito que ocorre com encruamento cinemático. A aplicação de subcargas periódicas prolonga o efeito de uma subcarga, e os valores de fecho aproximam-se dos correspondentes a um ciclo de amplitude constante com Fmin=FUL. A aplicação de uma subcarga após uma sobrecarga reduz parcialmente o efeito da sobrecarga, reduzindo e alterando a posição do pico.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Ligação dissimilar alumínio-aço por friction stir welding: um caso de estudo para ligações em junta sobreposta

Palavras-chave: Friction Stir Welding,Ligas de aluminio,Aço,Junta Sobreposta,Friction Stir Welding,Aluminum alloy,Steel,Lap Joint

Na presente dissertação de Mestrado é estudada a ligação dissimilar entre a liga de alumínio AA6082-T6 e o aço S355J2+N, realizada utilizando o processo de Friction Stir Welding em junta sobreposta, com três passagens sucessivas de ferramenta, algo pouco explorado na literatura até ao momento. No que diz respeito à caracterização mecânica constatou-se, nos provetes tracionados em corte que, antes da rutura, ocorreu deformação plástica na zona afetada pelo calor (ZAC) da terceira passagem da ferramenta na liga de alumínio, existindo no final do ensaio a separação dos materiais base paralelamente à interface entre as chapas soldadas. Nos provetes de soldadura tracionados uniaxialmente existiu igualmente deformação plástica não só na ZAC da terceira passagem da ferramenta, como também na ZAC da segunda da passagem da ferramenta. Nos ensaios de fadiga, a fratura de todos os provetes ocorreu no Nugget da terceira passagem da ferramenta, constatando-se que a fratura se iniciou na interface dos materiais base, mais concretamente na zona de passagem do pino da ferramenta. Da análise metalográfica e microestrutural, constatou-se a existência de três Nuggets da soldadura com maior evidência na liga de alumínio, sendo o material base da chapa inferior, o aço, pouco alterado na sua microestrutura. Na análise por SEM das superfícies de interface dos materiais base comprovou-se a pouca penetração do pino da ferramenta. Ainda recorrendo à análise por SEM, constatou-se nas superfícies de fratura dos provetes de fadiga que a rutura foi maioritariamente dúctil. Na análise de difração por Raio –X não foram detetados compostos intermetálicos na soldadura, defeito bastante comum na literatura existente de soldadura entre ligas de alumínio e aço por Friction Stir Welding.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Aplicação de ferramentas TPM no ataque sistemático de perdas Sociedade de Águas do Luso

Palavras-chave: Melhoria Contínua,,TPM,Manutenção Planeada,Perdas,MTBA,Pequenas Paragens,BDA,Avarias,5´S,Continuous Improvement,TPM,Planned Maintenance,Losses,MTBA,Minor Stoppages,BDA,Breakdowns,5´S

A presente dissertação intitulada “A aplicação de ferramentas TPM no Ataque Sistemático de Perdas” assenta no trabalho desenvolvido na linha L06C (linha de enchimento de água mineral natural de capacidades 33cl e 50cl) decorrente do estágio integrante do Mestrado em Engenharia e Gestão Industrial da Universidade de Coimbra. Foi proposto pela Sociedade de Águas de Luso, S.A. (SAL) reduzir as principais perdas referentes ao Pilar de Manutenção Planeada. Para tal, aplicaram-se diversas ferramentas de melhoria contínua, no âmbito da filosofia TPM – Total Productive Maintenance. A grande característica da TPM é a orientação para uma cultura de zero perdas, isto é, Zero Acidentes, Zero Defeitos e Zero Avarias. Determina-se, pois, a criação de procedimentos e de rotinas que tenham a finalidade de eliminar todo o tipo de perdas, uma vez que estas não agregam valor às empresas. Neste trabalho foi possível atuar em três vertentes, utilizando para cada uma delas uma ferramenta específica, a saber: o MTBA – Pequenas Paragens, o BDA – Avarias e ainda o 5´S – Organização do Armazém de Peças de Reserva. Pode concluir-se que o trabalho desenvolvido no âmbito desta tese conduziu à diminuição da saturação dos operadores e ainda ao aumento da eficiência da linha L06C da SAL, sediada no Luso, Portugal.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Efeitos químicos na solubilidade de gases em líquidos

Palavras-chave: Halocarbonetos,Álcoois,Aromáticos,Líquidos iónicos,Solubilidade G/L

Existem muito poucos estudos sobre o efeito das forças químicas na solubilidade dos gases em líquidos, devido sobretudo à inerente dificuldade em caracterizar quantitativamente essas forças, onde as ligações por pontes de hidrogénio representam o efeito químico mais comum em soluções termodinâmicas. No entanto, os efeitos químicos na solubilidade gás/líquido podem também resultar de outros tipos de forças de ligação, levando à formação de complexos entre espécies dadoras de eletrões e espécies aceitadoras de eletrões. Neste trabalho, foi efetuado o estudo do efeito da associação entre as moléculas do soluto e do solvente na solubilidade de gases em líquidos, em particular na solubilidade de halocarbonetos em solventes orgânicos. Dos gases estudados salientam-se os hidrofluorcarbonetos que são compostos organofluorados com propriedades peculiares que os tornam atrativos na indústria química. Os valores experimentais da solubilidade gás/líquido para os sistemas halocarbonetos / solventes orgânicos são escassos, ou mesmo inexistentes na literatura. Razão pela qual foi determinada experimentalmente a solubilidade de halocarbonetos gasosos em três classes diferentes de solventes orgânicos: os álcoois, considerados líquidos associados através de ligações de hidrogénio, sendo o efeito químico previsível na solubilidade nestes sistemas (halocarbonetos/álcoois), a existência de ligações de hidrogénio entre o oxigénio do álcool e o hidrogénio dos halocarbonetos; os solventes aromáticos onde a natureza do grupo substituinte no anel benzénico desempenha uma função importante na solubilidade, devido à existência de grupos dadores de eletrões que favorecem a formação de complexos, ou a existência de grupos sacadores de eletrões do anel que impedem a formação de complexos; e, por último, os líquidos iónicos, que devido à sua complexidade ao apresentarem uma combinação multifacetada de interações resultantes da sua carga elétrica, polaridade e estrutura molecular e eletrónica, dificulta o estudo dos efeitos químicos na solubilidade de gases nestes solventes. As medições foram efetuadas à pressão atmosférica e na gama de temperaturas [284; 313 K], numa instalação de vácuo que incorpora um método volumétrico. Os valores experimentais da solubilidade obtidos permitiram o desenvolvimento de correlações para a solubilidade do tetrafluormetano e dos hidrofluorcarbonetos nos álcoois, as quais são função de alguns parâmetros de natureza química característicos do solvente e/ou do soluto. As solubilidades dos halocarbonetos em solventes orgânicos foram descritas usando um modelo que inclui a equação de estado cúbica de Soave-Redlich-Kwong com a adição de um termo associativo, modelo este designado por Cubic-Plus-Association. Além deste modelo foi também utilizada a teoria das soluções regulares para o desenvolvimento de um modelo capaz de descrever as solubilidades dos hidrofluorcarbonetos em líquidos iónicos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Integração energética dos processos de stripping e de secagem de uma unidade de produção de pvc em suspensão

Palavras-chave: Processos de stripping,PVC

Neste trabalho foi efectuado um estudo da integração energética dos processos de stripping e de secagem de uma unidade de PVC em suspensão na CIRES, S.A. Foram considerados vários cenários de integração energética e concluiu-se que a configuração mais promissora é a do Cenário B2, que proporciona uma redução de 20% no consumo de energia comparativamente à situação actual. Esta configuração não contempla a unidade de separação flash, nem a corrente de ar a passar pelas unidades de transferência de calor do processo. São propostas linhas orientadoras de trabalho futuro, tendo em vista o desenvolvimento de um modelo matemático mais detalhado e uma análise económica da solução de integração energética.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Preparação de lipopolímeros por modificação química de fosfolípidos para estabilização de formulações lipossómicas

Palavras-chave: Sistemas de libertação de medicamentos,Lipossomas,Fosfolípidos

O objetivo deste trabalho consistiu na síntese e caracterização de complexos polímero-lipossoma (CPL) para sistemas de libertação controlada, através da modificação química de fosfolípidos. O fosfolípido utilizado foi a lecitina de soja (LC) e os polímeros para a síntese dos lipopolímeros poli(etilenoglicol)bis(carboximetil)éter, COOH-PEG-COOH, e o poli(dimetilaminoetil-2-metacrilato), PDMAEMA. A síntese dos lipopolímeros com COOH-PEG-COOH ocorreu através da reação entre o grupo amina protonado [NH3+] do fosfolípido e o grupo carboxílico [COOH] do polímero (coupling carbodiimidas). Esta síntese foi realizada por dois procedimentos alternativos, ambos bem sucedidos, de entre os quais se adotou o que requer menor tempo de reação. Devido à dificuldade em sintetizar o PDMAEMA com um grupo carboxílico terminal tendo em vista a síntese posterior de lipopolímeros de base PDMAEMA, recorreu-se a outro método que consistiu na síntese de PDMAEMA com terminação colesterol (CHO-PDMAEMA), cuja natureza hidrofóbica tende a promover a sua ancoragem na formulação final (CPL de base lecitina-PEG-COOH e CHO-PDMAEMA). Este polímero modificado foi então incorporado em diferentes proporções (2,5%, 5% e 10%) em relação ao lipopolímero lecitina-PEG-COOH. A caraterização dos CPL foi realizada em termos de tamanho, polidispersividade, potencial zeta, perfis de libertação e eficiência de encapsulação. Os resultados demonstraram que os CPL de lecitina-PEG-COOH são estáveis em condições fisiológicas (pH=7), com e sem a incorporação de CHO-PDMAEMA, e que, em meios com pH diferente de 7, se tornam instáveis, libertando todo o seu conteúdo (calceína). De todas as formulações testadas, verificou-se que os melhores resultados de estabilidade ao longo do tempo e de eficiência de encapsulação foram obtidos para as formulações de lipopolímero lecitina-PEG-COOH e de lipopolímero lecitina-PEG-COOH com 5% de CHO-PDMAEMA. Verificou-se que as vesículas são estáveis e que a melhor forma de as conservar consiste em mantê-las à temperatura ambiente depois de liofilizadas. Este trabalho mostra-se inovador face aos existentes na medida em que a ligação química do COOH-PEG-COOH aos fosfolípidos é promovida de forma mais expedita e rápida, podendo ser aplicada a diferentes polímeros com diferentes características de forma a obter sistemas de controlo e libertação de fármacos, projetados de acordo com as necessidades da aplicação pretendida.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Recuperação de metais pesados com recurso a líquidos iónicos

Palavras-chave: Líquidos iónicos,Extração líquido-líquido,Solventes

A poluição dos meios aquáticos por efluentes domésticos e industriais contaminados com metais pesados é um dos mais sérios problemas ambientais nos dias de hoje. A persistência destes elementos químicos no meio aquoso e a sua acumulação na cadeia alimentar pode ter consequências nefastas nos organismos vivos. Os líquidos iónicos (IL) são uma nova classe de solventes, que se apresentam como alternativa interessante aos métodos comuns de remoção de metais pesados de matrizes aquosas. A presente dissertação tem como objetivo estudar a extração de Zn(II) e Cr(III) com recurso a líquidos iónicos, designadamente o Cloreto de Trioctilmetilamónio [TOMA][Cl] e Bis(2,4,4 – Trimetilpentil)fosfinato de Trihexil(tetradecil)fosfónio [(C6)3C14P][Bis]. Neste âmbito foi estudado o efeito do pH, do tempo de contato entre as fases de líquido iónico e aquosa (t), da razão volumétrica entre estas fases (O/A) e a concentração inicial dos iões metálicos em solução aquosa (C0) na eficiência de extração (EE). Adicionalmente foi determinada a capacidade de loading do líquido iónico considerado, bem como o processo de stripping, de modo a regenerar IL. No estudo da extração de Cr(III) com recurso a [TOMA][Cl], as percentagens de remoção foram praticamente nulas, concluindo-se que este IL não é o mais apropriado para a extração deste metal. Por sua vez, o [(C6)3C14P][Bis] apresentou uma boa percentagem de remoção de Cr(III), tendo-se atingido eficiências de 81%. No estudo de extração de Zn(II) com recurso a [TOMA][Cl], as percentagens de remoção foram sempre acima dos 65% em todas as condições testadas, tendo-se chegado a valores próximos de 100%. As condições de eficiência máxima de extração foram: pH < 2; O/A = 2; C0 = 300 mg/L; t = 60 min. Após a determinação da capacidade de loading do IL [TOMA][Cl], verificou-se que é possível transferir até cerca de 9 g/L de iões de Zn(II) para a fase de IL, em 10 ciclos de extração. O stripping do IL carregado com iões de Zn(II) foi realizado com recurso a uma solução de NaOH. A eficiência máxima de stripping foi de aproximadamente 68%, considerada satisfatória. Conclui-se também que a eficiência de stripping diminui com o loading do IL. No decorrer das experiências de stripping, verificou-se que se formou o IL [TOMA][OH] e que este atinge eficiências próximas de 100% de remoção para o Zn(II).

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Tratamento de águas residuais da indústria farmacêutica por processos de electro-oxidação

Palavras-chave: tratamento de águas residuais,efluente fenólico,processos electroquímicos,oxidação electroquímica,eléctrodos de Ti e Ir,wastewater treatment,phenolic efluente,electrochemical processes,electrochemical oxidation,Ti and Ir electrodes

A proteção ambiental é e sempre foi das maiores preocupações do ser humano. A água é dos recursos naturais com maior destaque e essencial para a vida na Terra. Neste sentido, há que tomar medidas para evitar a sua contaminação, que acontece maioritariamente pela descarga de efluentes industriais como é o caso dos provenientes de lagares de azeite. Estes efluentes devido à presença de compostos recalcitrantes na sua composição, de baixa biodegradabilidade e elevada toxicidade, não podem ser tratados por processos biológicos. Surge assim, a necessidade de aplicar novos e mais eficientes processos de tratamento, como é o caso do processo de oxidação eletroquímica. O objetivo deste estudo foi tratar, um efluente simulado de lagares de azeite por eletrooxidação utilizando com ânodos de Ti/RuO2 e Ti/IrO2. Foram estudados parâmetros como a intensidade de corrente (0,8 – 2,5 A), a área do elétrodo (21,1 – 33,5 cm2), tipo/quantidade de eletrólito (NaCl/Na2SO4 – 1,5 – 20 g/L) e pH inicial do efluente (3 - 9). As condições operatórias ótimas obtidas para este processo, para ambos os elétrodos foram: intensidade de corrente de 2,5 A, área de elétrodo de 21,1 cm2, quantidade de NaCl de 10 g/L e um pH inicial de 3. O elétrodo de Ti/RuO2 foi mais eficiente dando origem a uma CQO residual de 5,0% e com uma remoção completa do conteúdo fenólico (TPh) tendo um consumo de energia específico de 130,3 kWh/kg CQO. Por outro lado, para o elétrodo de Ti/IrO2, a CQO residual atingiu um valor de 15,2%, ocorreu remoção completa de compostos fenólicos com um consumo de energia específico de 197,0 kWh/kg CQO. Estas condições de operação foram aplicadas a um efluente real de lagar de azeite. Com o elétrodo Ti/RuO2 obteve-se uma CQO e TPh residuais de 83,8% e 0%, respetivamente, com um gasto energético de 1264,6 kWh/kg CQO. Já com o elétrodo Ti/IrO2, a CQO residual e o TPh residual atingiram a 90,8% e 26,4%, respetivamente, com um gasto energético de 615,6 kWh/kg CQO. Este estudo demonstrou que o elétrodo de Ti/RuO2 tem uma aplicação promissora quando utilizado no processo de eletrooxidação na degradação deste tipo de efluentes.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias