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Potencial e caracterização de combustíveis derivados de resíduos: análise de um combustível derivado de resíduos urbanos

Palavras-chave: Combustível derivado de resíduos,Resíduos urbanos,Valorização energética,Poder calorífico,Indústria cimenteira,Refuse derived fuel,Municipal solid waste,Energy recovery,Heat value,Cement industry

É analisado o potencial dos combustíveis derivados de resíduos (CDR) e a validade das técnicas comuns de análise na caracterização de combustíveis sólidos recuperados (CSR) e aplicadas a um CDR urbano, contribuindo assim para a avaliação da viabilidade dos CDR. São avaliadas as características dos CDR, nomeadamente através da distribuição granulométrica, humidade, poder calorífico inferior, teor de cinzas, cloro e mercúrio, e do processo de decomposição em regime de pirólise, tendo por propósito a futura aplicação do CDR em unidades cimenteiras, entre outras possíveis unidades industriais de valorização energética. A viabilidade da utilização de CDR urbanos é estudada tendo em apreciação as características, qualidade e segurança que este combustível alternativo apresenta. Ao utilizar este combustível em unidades cimenteiras consegue-se uma poupança significativa em combustíveis não renováveis e evita-se, em simultâneo, a deposição em aterro com consequente redução dos custos associados. O CDR em estudo é caraterizado por ter um teor de humidade de 26,49±1,63 % e um teor de cinzas de 16,94 %. Apresenta um aspeto grosseiro e heterogéneo, constituído essencialmente por partículas inferiores a 12,5 mm de diâmetro (representam 90 % da amostra), tendo que sofrer processos de trituração ou moagem para ser utilizado como combustível pelas diversas técnicas de valorização energética. Um CDR ideal deve apresentar um elevado PCI e baixos teores de cloro e mercúrio. Segundo os ensaios este combustível exibe um baixo PCI (15,35±0,93 MJ/kg) e revela um teor de cloro de 0,67±0,02 % e um teor de mercúrio de 8,10±0,14 mg Hg/kg, valores considerados altos por comparação com outros CDR urbanos. Segundo o sistema de classificação de CDR, baseado na norma portuguesa NP 4486:2008, a amostra estudada apresenta uma baixa qualidade como CDR.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Identificação de medidas mitigadoras e de adaptação face a alterações climáticas em Portugal

Palavras-chave: alterações climáticas

O ambiente e a sociedade têm vindo a deparar-se, em diversas áreas, com grandes impactos das alterações climáticas, manifestadas em variáveis meteorológicas e hidrológicas. Independentemente da origem dessas alterações, natural ou antrópica, é necessário adotar medidas de adaptação que sejam as mais adequadas à escala local/regional e medidas mitigadoras, para minimizar as emissões de gases com efeito de estufa para a atmosfera. O objetivo principal deste estudo foi dedicar atenção à problemática das alterações climáticas, especialmente de origem antrópica, e às medidas mitigadoras e de adaptação com relevância em Portugal Continental. Pesa aqui o reconhecimento de alterações recentes na variabilidade na precipitação e temperatura do ar em Portugal Continental, a escalas temporais e espaciais pertinentes à identificação de medidas de adaptação adequadas. Assim, recorreu-se à pesquisa bibliográfica para conhecer e perceber melhor a problemática do efeito das alterações climáticas e, neste âmbito, quais as questões significativas identificadas já pela comunidade científica e técnica. Complementarmente, procedeu-se ao estudo e análise de algumas séries temporais de precipitação e temperatura do ar, pretendendo-se investigar a existência (ou não) de diferenças entre regiões de Portugal Continental nas tendências recentes observadas nessas variáveis. Os resultados foram discutidos e comparados com estudos anteriormente realizados por outros autores. Por fim, identificam-se medidas a adotar, de adaptação e de mitigação

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise das características físico-químicas e térmicas de diferentes resíduos biodegradáveis para valorização energética

Palavras-chave: resíduos biodegradáveis,lamas residuais urbanas,lamas celulósicas,borras de café,compostagem,valorização energética,Biodegradable waste,urban sludge,cellulosic sludge,coffee dregs,composting,energetic recovery

No presente trabalho são estudados três resíduos, lamas urbanas, lamas celulósicas e borras de café, na perspetiva da viabilidade de valorização energética. Apesar de existirem diferentes alternativas de gestão para estes resíduos, a valorização energética é vista como uma possível solução para os períodos em que não há escoamento suficiente para as outras alternativas e/ou quando os resíduos em causa não reúnem as condições necessárias para esse efeito. Para tal foram realizados ensaios experimentais para determinação do teor de humidade, composição elementar, poder calorífico, percentagem de resíduo resultante da combustão e da análise térmica. Dada a elevada humidade das lamas, estas foram previamente submetidas a um processo de compostagem (em pilha ao ar livre), das quais foram sendo retiradas amostras em tempos distintos, de modo a avaliar a influência deste processo nos parâmetros usados para estudar a valorização energética. Os resultados obtidos das diferentes amostras de lamas da pilha de compostagem situam-se entre 52 a 86%. No que respeita à composição elementar, as borras de café são dos três tipos de resíduo estudados, as que apresentam valores mais elevados dos teores de carbono, hidrogénio e oxigénio, sendo de aproximadamente 53, 7 e 28 %, respetivamente. A combustão em bomba de oxigénio e a análise termogravimétrica, em regime de pirólise, revelou a existência de um resíduo final de cerca de 10 e de 40% em média, respetivamente para as lamas celulósicas. O poder calorifico das borras de café, 24759 kJ/kg mostrou-se superior ao das lamas celulósicas, 22906 kJ/kg, sendo as lamas urbanas as que apresentam menor valor, 21046 kJ/kg. Os resultados da análise termogravimetrica mostraram-se bastante idênticos para os três resíduos (lamas urbanas, lamas celulósicas e borras de café), com perda de massa devido à evaporação da água até cerca dos 200 °C e entre este valor e sensivelmente até 600 °C, uma acentuada perda de massa devido à degradação térmica (pirólise) dos principais constituintes: da celulose, lenhina, hemicelulose e xilano.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise das potencialidades de aplicação de matérias-primas secundárias radioativas

Palavras-chave: Resíduo,Gás radão,Tratamento térmico,Perlite,Mármore,Casca de Ovo,Waste,Radon gas,Heat treatment,Expanded perlite,Marble,Eggshell

A quantidade excessiva de resíduos radioativos presentes em escombreiras de antigas minas de urânio leva à necessidade de serem tratados e, posteriormente, aproveitados para diversas aplicações. O gás radão presente em materiais geológicos radioativos tende a fixar-se em espaços fechados e quando inalado pela população contribui para o desenvolvimento de neoplasias pulmonares. Em consequência, para se reutilizar estes materiais geológicos tem de se proceder, imperativamente, à sua descontaminação. No presente trabalho, é analisado o efeito da temperatura de tratamento térmico nestes resíduos, com ou sem diferentes percentagens (ponderal) de aditivos, nomeadamente, perlite expandida, mármore e casca de ovo, com o objetivo de reduzir as taxas de exalação de radão dos materiais geológicos em estudo. Com o tratamento dos materiais geológicos com ou sem aditivos ocorre um decréscimo significativo das emissões de radão, nomeadamente, quando o aditivo é o pó de casca de ovo, evidenciando que até com dois resíduos se pode obter um produto utilizável.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise de soluções de produção de energia em complexos desportivos: Casa do Complexo Olímpico de Piscinas de Coimbra

Palavras-chave: Piscinas interiores,Edifícios comerciais,Cogeração,Trigeração,Coletores solares,Painéis fotovoltaicos,Indoor pools,Commercial buildings,Cogeneration,Trigeneration,Solar collectors,Photovoltaic panels

Com a crescente necessidade de recursos energéticos, é imperativo fazer uma gestão mais racional. Neste contexto, este trabalho centra-se no estudo de alternativas tecnológicas que apresentem maior eficiência do que as convencionais, tendo como caso de estudo o conjunto do complexo olímpico de piscinas de Coimbra e o centro comercial Dolce Vita de Coimbra, por forma a proporcionar uma maior saúde financeira e ambiental. É realizada uma interpretação dos consumos e custos da energia elétrica e térmica dos dois edifícios. Com esta análise a perceção das necessidades energéticas dos dois estabelecimentos ficou clara e assim foram considerados para análise energética três tipos de tecnologia que mais se adequam ao local e às necessidades conjuntas: sistema de cogeração/trigeração, coletores solares e painéis fotovoltaicos. Para o sistema cogeração/trigeração, não foi possível retirar conclusões, sendo apenas feito um enquadramento teórico e calculados os perfis de utilização. Em relação aos coletores solares e painéis fotovoltaicos, foram feitas as devidas simulações na sua aplicação ao complexo olímpico de piscinas de Coimbra, que permitem retirar as seguintes conclusões: (1) o investimento nos sistemas solares térmicos e fotovoltaicos é bastante elevado, (2) mesmo assim os dois sistemas apresentam lucro económico no final do tempo de vida (20 anos), (3) em termos energéticos, económicos e ambientais, os resultados são de um modo geral positivos nos cenários considerados.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise das condições higrotérmicas e da qualidade do ar interior na Biblioteca Joanina da UC

Palavras-chave: condições higrotérmicas -- Biblioteca Geral da UC,qualidade do ar -- Biblioteca Geral da UC

Esta tese surge no âmbito de um protocolo criado entre a ADAI (Associação para o Desenvolvimento da Aerodinâmica Industrial) e a Universidade de Coimbra, com o objetivo de analisar as condições de temperatura, humidade e qualidade do ar interior verificadas na Biblioteca Joanina da Universidade de Coimbra: piso nobre, cave e subcave. Para analisar estes parâmetros recorreu-se a medições através de sensores higrotérmicos, a recolha de amostras de ar, softwares de cálculo e gráficos e a fórmulas matemáticas que, juntamente com a observação das condições existentes em cada local levou à possibilidade de executar uma avaliação global das condições de cada local em estudo. Com esta análise avaliou-se o desempenho que o edifício apresenta para a preservação de acervos bibliográficos. Existindo já alguns estudos anteriores no que diz respeito à preservação do espólio bibliográfico, verifica-se uma concordância relativamente aos valores ótimos de temperatura e humidade. As gamas em questão são [18-20˚C] para a temperatura e [45-55 %] para a humidade relativa. Após análise dos resultados concluiu-se que os níveis de temperatura e humidade relativa registados no interior, estão na maior parte do tempo fora dos limites aconselháveis à preservação dos acervos. Da análise feita às partículas em suspensão PM10, concluiu-se que a sua concentração é bastante superior ao limite regulamentar. Este facto deve-se ao elevado número de visitantes e ao desrespeito pelas normas vigentes respeitantes aos ciclos de visitas. A concentração de CO2 no edifício é afetada pela presença de turistas, embora não exceda o limite regulamentar. Da análise aos fungos e bactérias, conclui-se que os níveis presentes na atmosfera interior é variável de local para local, mas respeitando os limites, tendo sido detetadas espécies comuns semelhantes às existentes no exterior. No entanto, com algumas medidas de melhoramento e o cumprimento de regras já vigentes, será possível minimizar estes efeitos prejudiciais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Desenvolvimento de um sistema gerador de vórtices verticais de fogo

Palavras-chave: Gerador de vórtices de fogo,vórtices de fogo,incêndios florestais,comportamento extremo do fogo,taxas de combustão,potência gerada,Fire whirls generator,combustion rates,fire whirls,forest fires,extreme fire behaviour,generated power

Durante um incêndio florestal poder-se-á observar, em determinadas circunstâncias, a formação de vórtices de fogo, sendo difícil de prever a sua evolução, e, ainda, devido à elevada energia contida nestes se tornar um grande perigo para os combatentes. O presente trabalho tem como objetivo o estudo da formação de vórtices de fogo de eixo vertical em incêndios florestais, nomeadamente o desenvolvimento de uma metodologia de ensaio para analisar as condições de formação desses vórtices e as suas características físicas e termodinâmicas, entre elas, taxas de combustão, energias libertadas, alturas de chama e diâmetros de chama. Apesar do fenómeno já ter sido alvo de vários estudos experimentais, todos eles tiveram como base o uso de combustíveis líquidos e gasosos, sendo que os utilizados no presente trabalho foram combustíveis florestais, comuns nas florestas portuguesas, o que nos permite uma maior aproximação à realidade. Os combustíveis florestais utilizados foram Pinus pinaster (caruma), Avena sativa (palha) e mato composto maioritariamente por duas espécies, Erica australis (urze) e Pterospartum tridentatum (carqueja). Como projeto adicional, foi conceptualizado e desenvolvido um mecanismo resistente a altas temperaturas, com o intuito de medir a velocidade rotacional gerada pelo vórtice de fogo. Uma metodologia experimental foi criada e foram executadas as alterações necessárias para observação e estudo de um vórtice de fogo. Verificou-se que em circunstâncias de vorticidade, as características inerentes à formação de vórtices de fogo são bastante intensificadas em relação a situações onde não se observa a sua formação.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação destrutiva e não destrutiva de elementos retangulares de madeira de pinho bravo

Palavras-chave: Madeira de pinho bravo

O presente trabalho resultou de uma análise, realizada a elementos de madeira maciça de Pinho Bravo (Pinus pinaster Ait.), com o objetivo de estudar os diferentes processos e parâmetros envolvidos na classificação visual e mecânica deste tipo de madeira. Esta análise foi composta por três fases destintas: classificação visual, ensaios mecânicos e ensaios estáticos. A primeira fase, relativa à caracterização e classificação visual, consistiu na análise visual dos diferentes elementos de madeira em estudo. Esta, foi feita de acordo com os pressupostos indicados na norma europeia prEN 1310 (CEN, 1995) e na norma portuguesa NP 4305 (LNEC, 1995). Na segunda fase, relativa aos ensaios mecânicos, procedeu-se à realização de ensaios não destrutivos com o objetivo de fazer uma classificação mecânica dos elementos de madeira em estudo. Para esta classificação determinou-se o módulo de elasticidade mecânico recorrendo a métodos envolvendo a vibração longitudinal, nomeadamente através de: Timber Grader MTG e Acelerómetro (mede a aceleração da onda induzida por um impacto de um martelo). Na terceira fase, correspondente aos ensaios estáticos, foram realizados ensaios não-destrutivos e ensaios destrutivos. Os ensaios não-destrutivos tiveram como objetivo a determinação do módulo de elasticidade estático dos elementos estudados. No que respeita aos ensaios destrutivos, o seu objetivo foi o da determinação da resistência à flexão da peça. Estes ensaios foram realizados de acordo com o pressuposto na norma europeia EN 408 (CEN, 2012) . Posteriormente, foram analisados os resultados obtidos, nomeadamente através do cálculo de correlações (simples e múltiplas) entre as diversas propriedades e parâmetros analisados. Com base nesta análise serão avaliados quais os processos e seus respetivos parâmetros que melhor permitem estimar propriedades de rigidez e resistência deste tipo de madeira.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Caracterização do comportamento de ligações assimétricas

Palavras-chave: Ligação viga-pilar

O método das componentes constitui uma ferramenta suficientemente precisa e simples para caracterização do comportamento de uma ligação estrutural e é o método preconizado no Eurocódigo 3 (Norma EN 1993-1-8) para o cálculo e verificação de segurança de ligações estruturais. No entanto, até á presente data, a referida norma não abrange o caso das ligações assimétricas. Contudo no próprio EC3 existe a indicação que no caso deste tipo de ligações é necessário mobilizar medidas especiais para o seu dimensionamento, o que confirma a importância do estudo das ligações assimétricas. O objectivo da presente tese consiste na realização de um estudo paramétrico de caracterização do comportamento de ligações assimétricas soldadas. A referida caracterização será uma continuação do trabalho realizado por Jordão [Jordão, 2008]. Nesse trabalho é estabelecida formulação para as componentes da alma do pilar e estabelecido um modelo de molas em linha com o método das componentes, para ligações assimétricas com relação de 1/2 entre a altura das vigas, estando as vigas alinhadas pelos banzos superiores. A validação da formulação e do modelo é realizada para a geometria referida, sendo necessários casos representativos de toda a gama de geometrias para validação universal das propostas. O trabalho realizado na presente tese enquadra-se nesta problemática, pretendendo alargar o âmbito geométrico do respectivo estudo de modo a que as conclusões possam ser representativas de qualquer geometria de ligação. Com esse objectivo foram estudadas ligações com diferentes relações entre as alturas das vigas (1/4, ½ e ¾) e com diferentes relações entre o tamanho da ligação e a secção do pilar (1, 2, 3, ½, 1/3, 2/3). Numa primeira fase são preparados modelos numéricos correspondentes a duas ligações do estudo de referência e os seus valores validados por comparação com resultados experimentais em modelos homólogos à escala real. Esta comparação funciona como benchmark garantindo assim a qualidade do modelo numérico desenvolvido. Numa segunda fase os referidos modelos são alterados para reproduzir as geometrias da variação paramétrica. Os resultados permitem tirar conclusões sobre o comportamento estrutural de ligações assimétricas para esta nova gama de valores. Por último será revisitada a formulação do parâmetro β do método das componentes e serão propostas algumas alterações para o caso de ligações assimétricas. Essa formulação será implementada e comparada com os resultados numéricos

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise da regulamentação portuguesa de segurança contra incêndios e proposta da sua aplicação a Moçambique

Palavras-chave: regulamentação,segurança,incêndio,edifício,prescritiva,desempenho,regulation,safety,fire,building,prescriptive,performance based

A adoção de regulamentos de segurança contra incêndio em edifícios é um dos desafios atuais, em matéria de construção civil, em muitos países do mundo e em particular os em via de desenvolvimento. Todavia, não basta a existência de regulamentação é também necessária a aplicação e atualização da mesma para que se tenha resultados desejados e responder às novas exigências, no que respeite ao combate de incêndio nos edifícios. Esta dissertação propõe uma regulamentação de Segurança Contra o Incêndio em Edifícios (SCIE), para Moçambique, a qual se embasa na atual regulamentação portuguesa de Segurança Contra Incêndio em Edifícios (RT-SCIE). A regulamentação é proposta no desejo de responder a uma série de incêndios que o país, em particular a cidade de Maputo vem tendo ao longo dos últimos anos que tem resultado em inúmeras vítimas e destruições incalculáveis, assim como a tendente aceleração na construção de diversos edifícios. Pretende-se ainda com a mesma regulamentação reduzir a probabilidade de ocorrência de incêndios, circunscrevendo e minimizando os seus efeitos, nomeadamente a propagação do fumo e gases de combustão, facilitar a evacuação e o salvamento dos ocupantes em risco e permitir a intervenção eficaz e segura dos meios de socorro. Por outro lado, aglutinar num único documento e duma maneira concisa e objetiva, todo o instrumento regulador de segurança contra incêndio em edifícios, para Moçambique. A regulamentação moçambicana de SCIE, encontra-se em poucos artigos dispersos sobre vários regulamentos de Legislação Sobre Construção, para além de remontarem da era colonial e muitos deles desfasados do atual estágio de construção civil em curso no país. Moçambique preenche em termos de edifícios as doze utilizações-tipo previstas no regulamento português, inclusive as suas categorias de risco. Ademais algumas entidades moçambicanas já a usam nos projetos de SCIE, tendo isto contribuído na adaptação do RT-SCIE de Portugal para Moçambique. De salientar que para a implementação da presente proposta precisa de se criar uma entidade fiscalizadora formada pelo Serviço Nacional de salvação pública, Conselhos Municipais e a Ordem dos Engenheiros de Moçambique.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Modelação hidráulica e de qualidade da água de sistemas de drenagem em meios urbanos

Palavras-chave: Drenagem urbana,Alterações climáticas,Qualidade da água

As inundações urbanas estão a tornar-se cada vez mais frequentes. A União Europeia publicou a Diretiva 2007/60/CE relativa à avaliação e gestão do risco de inundações no sentido de mitigar e reduzir os custos relacionados com este fenómeno. Por outro lado, para a gestão e proteção dos recursos hídricos, a União Europeia adotou em 2000, a Diretiva-Quadro da Água. Desta forma, pretende-se garantir o bom estado químico da água, águas subterrâneas ou de superfície em toda a Europa, impondo limites à concentração de poluentes. As inundações ocorrem principalmente em áreas urbanas, devido a chuvadas intensas e à incapacidade do sistema de drenagem para drenar toda a água pluvial. Durante os eventos extremos, o número de descargas dos descarregadores de tempestade em sistemas unitários aumenta, comprometendo a qualidade da água e os habitats envolventes. O objetivo deste estudo é analisar um sistema de drenagem urbana unitário inserido na Zona Central em Coimbra, Portugal, onde as inundações ocorrem com frequência. Assim, além de um modelo de drenagem unidimensional, foi também desenvolvido um modelo de drenagem dual, que inclui a qualidade da água e o controlo de escoamento entre a superfície e a rede de coletores. Posteriormente, é efetuada uma análise da concentração de poluentes e do efeito da introdução de uma bacia de retenção na rede

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias