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Propriedades termofísicas do biodiesel : medição da velocidade ultrassonora e respetiva correlação com o número de cetano

Palavras-chave: Economia de energia,Energia renovável,Biodiesel

O biodiesel, definido geralmente como os ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME, do inglês Fatty acid methyl esters), de óleos vegetais ou gorduras animais, é uma alternativa ao diesel convencional, proveniente do petróleo e está a ser aceite por um número cada vez maior de países. As propriedades dos ácidos gordos que compõem o biodiesel determinam as propriedades do combustível. Assim sendo, o estudo da relação entre as propriedades do biodiesel e a sua composição em termos de ésteres metílicos é muito importante. A velocidade ultrassonora é um parâmetro acústico importante que pode ser relacionado com o número de cetano, as emissões de NOx (óxidos de nitrogénio) provenientes da combustão e a composição dos ésteres metílicos presentes no biodiesel. Assim, o principal objetivo deste trabalho é efetuar medidas de velocidade ultrassonora nos ésteres metílicos puros e em algumas amostras de biodiesel sintético. No método experimental foi usada uma célula acústica cilíndrica. A célula é previamente cheia com a amostra do líquido que se pretende estudar e de seguida, através do uso de dois transdutores acústicos (um usado como emissor da onda e outro como recetor) os ultrassons vão percorrer o líquido. Os sinais são encaminhados para um osciloscópio digital que permite transferir os dados obtidos para um computador onde são processados por forma a determinar a velocidade ultrassonora. De seguida foi realizada uma calibração da célula usando três líquidos padrão, água Mili-Q, tolueno (pureza de 99%) e 1,4 – butanediol (pureza de 99%). A calibração foi obtida com desvio padrão, σu, de 1.285 m.s-1 , e um desvio médio absoluto, AAD%, de 0.070. De seguida foram realizada medidas de velocidade ultrassonora em seis ésteres metílicos e cinco amostras de biodiesel numa gama de temperaturas de 288.15K a 253.15K. Os resultados evidenciaram uma diminuição da velocidade do relacionada com um aumento da temperatura. Foram de seguida estabelecidas correlações entre o número de cetano e a velocidade ultrassonora com um desvio padrão, σCN, na ordem da unidade e com um coeficiente de correlação múltipla, R, tipicamente de 0.999.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Velocidade do som e compressibilidade em líquidos iónicos

Palavras-chave: Líquidos iónicos,Célula acústica,Velocidade ultrassónica

Os líquidos iónicos são uma classe de sais iónicos orgânicos constituídos por catiões orgânicos combinados com aniões orgânicos ou inorgânicos, que se encontram no estado líquido a temperaturas abaixo dos 100ºC. Têm sido considerados compostos atrativos com propriedades intrínsecas únicas desejáveis à sua utilização no âmbito de uma química mais sustentável, e por isso, o conhecimento destas é necessário para estabelecer uma relação entre a sua estrutura química, interações iónicas e as suas características. Assim, o principal objetivo deste trabalho é obter medidas de velocidade ultrassónica nos líquidos iónicos, a fim de estudar essa propriedade. No método experimental foi usada uma célula acústica cilíndrica que é previamente cheia com a amostra do líquido purificado em estudo e, através do uso de dois transdutores acústicos (um usado como emissor da onda e outro como recetor), os ultrassons vão percorrer o líquido. Os sinais são transmitidos para um osciloscópio digital que permite transferir os dados obtidos para um computador onde são processados por forma a determinar a velocidade ultrassónica. Seguidamente, foi realizada uma calibração da célula usando líquidos padrão: água mili-Q, tolueno (pureza 99 % de ) e 1,4 – butanediol (pureza de ). A calibração foi obtida com desvio padrão ( ) de , e um desvio médio absoluto (DMA%) de 0,07. Obtiveram-se medidas da velocidade acústica de sete líquidos iónicos, nomeadamente do tipo amónio, fosfónio e imidazólio, numa gama de temperaturas de a . Os resultados evidenciaram uma diminuição da velocidade relacionada com um aumento da temperatura. Foram calculadas compressibilidades isentrópicas e molares a partir da velocidade do som e de valores da literatura de densidade e tensão superficial. Estabeleceram-se correlações das compressibilidades molares com a finalidade de mostrar que estas se mantêm praticamente constantes com variação de temperatura, apresentando um desvio padrão, em média de . Por fim, foram obtidos os valores da velocidade nestes líquidos com a expressão de Auerbach e comparados com os determinados experimentalmente. Sugere-se que esta relação seja alvo de alguns ajustes para líquidos iónicos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Comportamento de motores eléctricos com accionamentos electrónicos e com perturbações da qualidade de energia

Palavras-chave: Motor de indução,Motor síncrono de relutância

Os motores elétricos em aplicações industriais são responsáveis pelo consumo de 40% da energia elétrica produzida mundialmente. Na Europa, representam 70% do consumo da indústria. No setor terciário, os motores consumem 1/3 do consumo total de energia. Os motores elétricos são responsáveis pela conversão de energia elétrica em energia mecânica. O sistema não é composto apenas pelo motor elétrico. O sistema completo integra, normalmente, uma fonte de energia, um motor elétrico, a transmissão mecânica, a carga mecânica e por vezes um variador eletrónico de velocidade. Os motores elétricos podem ser utilizados numa elevada gama de aplicações. O seu desenvolvimento e aumento de performance é um aspeto fundamental, pois o aumento de eficiência vai permitir uma redução quer no consumo de energia elétrica quer nas emissões de CO2 que lhe estão associadas. A introdução no mercado de motores de alta eficiência em muito se deve a normas IEC que divulgam a performance, classificação de eficiência e limites mínimos de outros parâmetros dos motores e credibilizam as caraterísticas indicadas pelo fabricante. A eficiência do motor de indução IE3 e do motor síncrono de relutância IE4 testados nesta dissertação de mestrado é medida usando o método direto e pela segregação das perdas de acordo com as normas IEC 60034-2-1 e 60034-2-3. A introdução de dispositivos eletrónicos e a degradação da qualidade de energia afeta significativamente a eficiência e tempo de vida útil dos motores. É apresentada uma análise comparativa entre o motor de indução e o motor síncrono de relutância para várias aplicações e a influência do VSD na vida útil dos motores.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação de impactos da microgeração e da gestão da procura em redes radiais MT

Palavras-chave: Rede eléctrica,Energia eléctrica

Os sistemas de energia eléctrica, tal como os conhecemos, quer seja por razões técnicas, económicas e/ou ambientais, têm vindo a sofrer diversas alterações nos seus paradigmas. As redes eléctricas inteligentes representam uma nova era das redes de energia eléctrica, em que estas permitem um controlo, monitorização e comunicação ao longo de toda a rede, potenciando, desta forma, uma utilização integrada de recursos, tais como, a microgeração e as acções de Gestão da Procura. A presente dissertação pretende, portanto, avaliar os possíveis impactos, em regime permanente, da introdução dos sistemas de microgeração e das acções de gestão da procura em redes radiais trifásicas de distribuição de energia eléctrica. Assim, para proceder ao estudo proposto, foi desenvolvida uma ferramenta que se caracteriza pela possibilidade de análise a redes de média tensão com redes de baixa tensão alocadas nos seus barramentos. Com o intuito de analisar a incerteza relativa à carga, foi também implementado um método baseado em simulações de Monte Carlo, que faz uso de técnicas de Data Mining, para o tratamento da incerteza. Com o intuito de se avaliar os diversos impactos resultantes da aplicação dos recursos acima mencionados nas redes de distribuição de energia eléctrica, realizaram-se diversas simulações distintas, com o objectivo de analisar diferentes cenários possíveis.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Sistema de monitorização de consumos para o Pólo II :escolha de indicadores para análise de desempenho energético dos edifícios

Palavras-chave: Eficiência energética,Polo II,Monitorização de consumos elétricos

A monitorização dos consumos elétricos é cada vez mais importante, sobretudo quando se fala de um agregado de edifícios, como é o caso do Pólo II da Universidade de Coimbra. A recolha e análise de dados permite identificar desperdícios, fazer comparações entre edifícios e desta forma conseguir uma diminuição de consumos, o que por sua vez leva a uma poupança orçamental e a contribuição para um planeta mais limpo e saudável. É neste paradigma que surge este projeto de monitorização do Pólo II da UC, encontrando-se a sua implementação no terreno ainda numa fase inicial. O objetivo final deste projeto consiste em ter monitorização de consumos em todos os edifícios do Pólo II da UC e que esta informação seja disponibilizada aos gestores da manutenção bem como aos seus utilizadores. Nesta fase inicial já se encontra um sistema de monitorização montado no DEEC, sendo neste que recaiu a grande maioria da análise aqui apresentada. Neste trabalho foi descrito o sistema de monitorização que está implantado no DEEC, bem como os equipamentos utilizado e os custos associados a implementação deste projeto. Foi também feita uma estimativa do custo global do sistema de monitorização do Pólo II da UC. Ao longo deste trabalho procurou-se obter e estudar vários indicadores para integrar futuramente no sistema de monitorização do Pólo II da UC, no módulo de visualização e análise de consumos. Estes indicadores energéticos foram calculados através da faturação e da telecontagem e posteriormente analisados no sentido de ver quais os departamentos do Pólo II da UC que apresentam os melhores comportamentos energéticos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Otimização de lentes

Palavras-chave: Óptica,Lentes

Neste trabalho foi desenvolvido um programa (na linguagem de programação C++) com o intuito de otimizar a forma da Lente de uma luminária a LED, para vários tipos de objetivos (em iluminação) desejados. Fez-se o estudo considerando o modelo para a luz sob o ponto de vista da óptica geométrica, i.e., como um conjunto de raios, uma vez que é o mais usado em meios homogêneos (como as lentes). Começou-se por partir da análise do algoritmo de Computação Gráfica, Ray Tracing, para o entendimento geral da óptica do problema. Este algoritmo é bastante semelhante ao que foi implementado neste trabalho, havendo muita documentação disponível, tanto ao nível matemático/físico, como computacional (código C++). À semelhança do Ray Tracing foram usadas: equações de semi-rectas para cada raio luminoso; a Lei de Snell-Descartes, para o cálculo do raio transmitido; a Lei de reflexão, para o cálculo do raio refletido, etc. Neste trabalho fez-se o estudo a 2D (muitas variáveis têm a componente Z, mas não foi feito o cálculo matemático para 3D). Ao nível do algoritmo usado para otimizar o problema, estudou-se e implementou-se um Algoritmo Genético (AG). Optou-se por o AG uma vez que a solução do problema que se quer encontrar depende de fatores estocásticos/não determinísticos. Este é um processo iterativo em que a população vai evoluindo até encontrar a melhor solução possível. Variando diversos parâmetros, encontram-se lentes diferentes para vários tipos de função de avaliação. Este programa é bastante útil para a conceção duma lente freeform, uma vez que o desenho duma lente à mão (para cumprir certos objetivos rigorosos) é bastante difícil. Os resultados finais foram promissores, e de forma geral bons (para os parâmetros usados, que são dos mais simples), tendo em conta os objetivos traçados e desejados.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Cálculo de um par de caminhos maximamente disjuntos ou de um par de caminhos disjuntos nas avarias, de custo aditivo mínimo

Palavras-chave: Redes de telecomunicações,Protecção

Atualmente, com o crescente volume de tráfego em redes de telecomunicações, é de extrema importância a proteção das ligações ponto a ponto estabelecidas ao longo da rede, com o objetivo de evitar interrupções de serviço. Um SRLG (Shared Risk Link Group) é um conjunto de elementos da rede que têm um risco comum de falha. Os protocolos de encaminhamento podem distribuir informação acerca dos SRLG que podem afetar cada arco da rede, pelo que se torna importante o desenvolvimento de algoritmos eficientes para a determinação de caminhos disjuntos ou maximamente disjuntos nos SRLG. Um par de caminhos disjuntos nas avarias é um par de caminhos totalmente disjuntos ou que podem ter em comum elementos resilientes, ou seja que estão protegidos numa camada inferior. No presente trabalho, desenvolvido no âmbito de um contrato de I&D com a PT Inovação, foram estudados e implementados vários algoritmos: em primeiro lugar um algoritmo de cálculo de um par de caminhos maximamente disjuntos nos nós, de custo aditivo mínimo, que garante que a solução obtida é ótima; em segundo lugar três algoritmos de cálculo de um par de caminhos maximamente disjuntos nos nós e nos SRLG. Cada um desses três algoritmos, propostos no âmbito deste trabalho, são extensões/adaptações de heurísticas para a determinação de pares de caminhos disjuntos nos SRLG; finalmente foi implementada uma heurística, que procura obter um par de caminhos totalmente disjuntos nos nós, exceto em nós extremos de arcos resilientes partilhados por esse par de caminhos. Os algoritmos foram desenvolvidos tendo em vista a sua utilização em PCE (Path Computation Element) integrados em equipamentos de redes GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching). Dado que os PCE integrados têm tipicamente recursos computacionais (capacidade de processamento e quantidade de memória) limitados, procurouse otimizar os algoritmos implementados. Foram realizados testes de desempenho das rotinas implementadas, tendo-se verificado que o algoritmo de cálculo de um par de caminhos maximamente disjuntos nos nós, de custo aditivo mínimo, é perfeitamente adequado ao PCE utilizado nos testes. As implementações dos algoritmos de cálculo de um par de caminhos maximamente disjuntos nos nós e nos SRLG, mostraram poder ser utilizadas num PCE no plano de controlo desde que o número de iterações permitido fosse limitado. A última heurística desenvolvida poderá ser utilizada num PCE apenas no plano de gestão uma vez que os tempos de execução não são compatíveis com a sua utilização no plano de controlo, para a rede fornecida pela PT Inovação.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Shale gás : Tecnologia, mercado, impactos

Palavras-chave: Shale gás,Hidrocarbonetos

O shale gás é um recurso não convencional de hidrocarbonetos que está preso dentro de formações rochosas de xisto. O termo não convencional tem a ver com as características do reservatório que tornam a sua caraterização mais complexa e a sua exploração económica significativamente mais cara em relação aos reservatórios convencionais que, dada a tecnologia e o nível de informação existentes, levam a uma maior dificuldade na sua extração, sendo necessária uma tecnologia mais avançada e cara. A fraturação hidráulica é a técnica mais importante para a exploração e o desenvolvimento de shale gás que, combinada com a perfuração horizontal, maximiza a extração, tornando-se este tipo de aplicação decisiva para viabilizar o desenvolvimento e a produção de formações deste recurso. Ao contrário do gás natural e do petróleo, o shale gás tem sido encontrado em diversos locais de todo o mundo, em áreas que anteriormente não tinham reservas de gás exploráveis, constituindo, assim, um recurso com um grande potencial para transformar a indústria de energia do mundo. Toda a produção de energia cria risco de segurança e ambiental, e alguns países estão dispostos a assumir maiores riscos ambientais do que outros para promover a produção de shale gás com o objetivo bem definido de se tornarem auto-sustentáveis e não estarem dependentes de importações de outros países para a satisfação das suas necessidades energéticas. Nesta dissertação é analisada a situação de desenvolvimento da exploração do shale gás, através de uma caracterização mundial, baseada em fontes de informação de domínio público, com especial referência a alguns países que possuem maiores desenvolvimentos deste recurso, perspetivando o futuro e dando a conhecer as principais empresas desta área.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Controlador e interface android para equipamento de reabilitação dos Membros Inferiores

Palavras-chave: Bicicleta estática ativa,Sensores de força,Reabilitação de membros inferiores,Microcomputador,Placa de processamento de sinal,Android

Esta dissertação teve como objetivo a criação de um sistema de controlo de uma bicicleta estática ativa que inclui uma interface Android (para telemóvel ou tablet). O sistema desenvolvido faz parte de um equipamento de reabilitação dos membros inferiores (pernas) que consiste numa bicicleta estática ativa que inclui um motor DC, sensores de força nos pedais para aquisição da força exercida pelo utilizador em cada pedal e um sensor de batimentos cardíacos. Esta bicicleta é inovadora pois permite fazer a distinção entre ambos os membros inferiores do utilizador, permite determinar a força aplicada nos pedais e controlar o movimento consoante estas forças. É vocacionada para a reabilitação de pessoas que sofreram acidentes e estão a recuperar de intervenções cirúrgicas, AVCs e outras patologias. Foi criado uma placa de processamento de sinal para condicionamento dos sinais provenientes dos sensores de força dos pedais, do sensor de batimentos cardíacos e controlo do motor DC. O trabalho desenvolvido focou-se ainda na utilização de um microcomputador (Odroid C1) para processamento dos dados e interação com o utilizador (médico ou paciente) através de uma interface gráfica criada para dispositivos Android. Esta aplicação móvel permite o registo do utilizador numa base de dados online de fácil acesso e permite também visualizar os dados provenientes dos sensores de força colocados nos pedais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Caracterização de consumos residenciais para ações de Demand Response

Palavras-chave: Consumo de energia,Eficiência energética,Energia eléctrica

Nesta tese é feita uma abordagem baseada na caracterização dos consumos de DR (demand response). Na futura Smart Grid, o DSM (demand side management) irá melhorar a estabilidade da rede e garantir o fornecimento de energia segura. Exemplos de dispositivos viáveis para a DR são as cargas residenciais (por exemplo, máquinas de lavar roupa, termoacumulador, máquinas de lavar louça e máquinas de secar roupa) e os veículos elétricos (por exemplo, veículos elétricos híbridos, VEHPs). Em larga escala a DR é particularmente desafiadora; um grande número de dispositivos podem precisar de ser geridos tendo em conta as restrições de usuários, minimizando os custos globais de fornecimento de energia elétrica. A incerteza e a dinâmica do comportamento do consumidor e o aumento dos custos de eletricidade agravam ainda mais a complexidade da DR em grande escala. Esta tese propõe um simulador para resolver o problema de alocação de carga com a PTR (preços em tempo real). Posteriormente, é apresentado um estudo de caso detalhado, onde se mostram as capacidades do simulador proposto e vários cenários possíveis de alocação de cargas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo da sensibilidade de materiais compósitos à presença de gases redutores

Palavras-chave: Compostos cerâmicos,Sensores

Os óxidos metálicos semicondutores são vulgarmente utilizados na produção de sensores de gases. Estes quando se encontram compactados na forma volúmica possuem estruturas porosas, que ao estarem expostas a diferentes atmosferas, e como resultado de reacções de adsorção/dessorção dos gases pelo sólido, podem dar origem à variação da sua condutância. Neste trabalho, produziram-se 2 amostras cerâmicas a partir da mistura de 88,75% de TiO2 com 11,25% de ZnO, sinterizadas a 500ºC. As amostras foram sujeitas para várias temperaturas, a diferentes concentrações de CO e, posteriormente, de humidade. Para se ficar a conhecer o comportamento dos sensores, no âmbito da sensibilidade e repetibilidade, foram adquiridos os valores da variação da sua resistência, medida através de um procedimento em corrente contínua. Os dados adquiridos foram posteriormente analisados. Tendo como preocupação a liberdade do utilizador, foi necessário melhorar a automatização do banco de ensaios já existente, tendo para tal foi sido desenvolvido software em ambiente labVIEW que permite o controlo das misturas dos gases, armazenamento dos resultados obtidos, monitorização do estado de funcionamento dos componentes do sistema e por fim a desativação do mesmo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Automated evaluation of gamete and embryo quality for assisted reproduction

Palavras-chave: Reprodução medicamente assistida,Embrião in vitro,Visão por computador

A presente dissertação surge como uma abordagem de carácter exploratório face a um projecto de parceria entre o Centro de Neurociências e Biologia Molecular (CNC), os Hospitais da Universidade (HUC) e o Instituto de Sistemas e Robótica (ISR), cujo principal objectivo é o de estabelecer um método de inspecção automática com base em métodos da área de Visão por Computador que permita proceder a uma avaliação mais rigorosa e objectiva de gâmetas e embriões, visando auxiliar as correntes Técnicas de Reprodução Assistida. Este trabalho consiste num conjunto de etapas sequenciais que permitem com algum rigor fazer uma detecção e classificação de espermatozóides em imagens microscópicas. Procede-se inicialmente a um pré-processamento da imagem alvo de forma a reduzir o ruído indesejado presente nas imagens e a realçar os contornos das estruturas a segmentar. Esta etapa é seguida de um processo de binarização através do cálculo de um limiar simples. São de seguida extraídas as regiões segmentadas através da obtenção das suas caixas envolventes. Os objectos resultantes são multiplicados por um fator de escala que resulta do quociente da sua área com a de um espermatozóide de referência e manipulados geometricamente através do recurso a um método de enquadramento de elipses de forma a facilitar a sua posterior classificação. É extraída a secção intermédia desta região por intermédio da sua segmentação pelo método de Otsu, removendo o fragmento do objecto posterior à região mais escura obtida pela aplicação deste método. De seguida é utilizada uma abordagem com base na recolha de parâmetros morfológicos e num sistema de classificação como base em Máquina de Vetores de Suporte (SVM) aplicada sobre a assinatura dos contornos da cabeça com a finalidade de classificá-la morfologicamente. Este procedimento é seguido por a recolha de um conjunto de parâmetros de forma da secção intermédia para determinar a sua espessura e a possível presença de gotas citoplasmáticas. Procede-se ainda a uma nova segmentação pelo método de Otsu de uma faixa de pixéis em torno do eixo maior da cabeça na imagem processado por forma a determinar a proporção do acrossoma face à zona nuclear. Para efeitos de seguimento da cauda é utilizado um algoritmo com base em binarização local, interpolação quadrática e cálculo do Índice de Semelhança Estrutural (SSIM) de um conjunto de pixéis face a um pixel central. São apresentados os resultados para cada um dos métodos da implementação descritos na dissertação. Conclui-se que o sistema sugerido é uma proposta viável para a detecção e classificação de espermatozóides em imagens microscópicas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias