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Edifícios de balanço energético positivo : projetos de instalações elétricas e eletrónicas

Palavras-chave: Eficiência energética,Edifícios,Balanço energético

O estudo realizado ao longo da dissertação insere-se no âmbito da conceção e projeto do Edifício Zero + do Instituto de Sistemas e Robótica. Atendendo a que os consumos nos edifícios são essencialmente a nível de climatização, iluminação e alimentação de equipamentos, procura-se encontrar medidas de eficiência energética de forma a atingir o balanço energético positivo do edifício. Ao longo do documento são apresentados quatro projetos do Edifício Zero +, edifício este constituído por quatro pisos divididos essencialmente por Gabinetes e Laboratórios. A aplicação das Regras Técnicas de Instalações Elétricas de Baixa Tensão aos projetos de instalações elétricas confere medida de segurança e eficiência energética à instalação. O projeto de Infra-Estruturas de Telecomunicações em Edifícios segue as regras e normas aplicáveis em vigor atribuindo elevados níveis de fiabilidade e segurança na transmissão de dados, voz e imagem. A escolha do protocolo KNX para o projeto de automação do edifício deve-se à vasta gama de fabricantes e equipamentos compatíveis com este protocolo. Este protocolo permite monitorizar e otimizar os consumos de energia, assim como, controlar e supervisionar remotamente todo o edifício. A iluminação será implementada em todo edifício recorrendo à tecnologia LED. Para melhor compreensão do projeto de luminotecnia são apresentados conceitos e considerações gerais. Será realizada uma breve abordagem à iluminação normal e de segurança do edifício. Apresentam-se simulações luminotécnicas de Gabinetes e Laboratórios realizados, em diferentes áreas e corredor, com o software DIALux. São ainda apresentadas as conclusões e observações às soluções propostas. Por fim, são abordados alguns temas que poderão ser estudados futuramente.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo de compressão de dados médicos volumétricos usando codificadores normalizados de imagem

Palavras-chave: JPEG 2000,JP3D,DWT,Wavelets Direcionais,Imagens Médicas Volumétricas,Métricas de Erro,JPEG 2000,JP3D,DWT,Directional Wavelets,Volumetric Medical Images,Error Metrics

A crescente utilização de tecnologia no auxílio à medicina, permitiu o desenvolvimento de técnicas e processos para a criação de representações visuais do interior do corpo humano para propósitos clínicos, usando técnicas como a tomografia computorizada (CT), imagem por ressonância magnética (MRI), tomografia por emissão de positrões (PET), entre outros. Estas técnicas imagiológicas geram uma grande quantidade de informação, formando deste modo o que é conhecido como imagens médicas. Uma vez que estas imagens devem ser armazenadas, torna-se imperativo a sua compressão, pois de outro modo torna-se rapidamente incomportável o armazenamento destes dados localmente ou com a utilização da cloud. Neste sentido, é necessário a utilização de um sistema de codificação de imagens, mais concretamente o codificador JPEG 2000. A escolha recaiu neste codificador visto que a norma internacional para imagens médicas e informações relacionadas (ISO 12052), também conhecida como DICOM, definiu como codificador padrão o JPEG 2000 Parte 1, ou seja, o sistema de codificação central ao JPEG 2000. No entanto, como nesta dissertação as imagens médicas utilizadas são do tipo volumétrico é também de grande interesse a utilização da Parte 10 deste codificador, já que este adiciona a capacidade de compressão de imagens volumétricas. Neste sentido é inicialmente apresentada uma visão geral do codificador já com as alterações necessárias a fim de conseguir lidar com imagens volumétricas. No entanto, ao longo da dissertação é dada mais atenção à etapa dois do codificador. Esta etapa define a utilização de transformadas baseadas em tecnologia wavelets. Neste seguimento é apresentada uma descrição detalhada da transformada wavelet implementada no JPEG 2000, a transformada discreta wavelet (DWT). No mesmo seguimento é apresentado minuciosamente uma alternativa a este último, definido como transformada discreta wavelet direcional adaptativa (DADWT). Por fim, é efetuada uma análise sobre as diferentes possibilidades de configurações de utilização do codificador para compressão de imagens médicas. As configurações utilizadas variam desde a escolha da compressão com perdas ou compressão sem perdas ao número de decomposições a efetuar em cada slice em três direções ortogonais. Com isto é feito uma análise dos resultados obtidos permitindo tirar conclusões tão variadas como, se compensa utilizar decomposição axial para o caso das imagens médicas e para que tipo, o ganho obtido com a decomposição axial, o número ótimo de decomposições a efetuar nas três direções, a perda de informação ao utilizar compressão com perdas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Caracterização de Consumos num Campus Universitário: Uma abordagem sistemática com o caso da ESAC

Palavras-chave: Auditoria Energética,Consumos de Energia elétrica,Racionalização de Consumos,Qualidade de Energia Elétrica,Energy Audit,Electric Energy Consumption,Consumption Rationalization,Electric Power Quality

Este relatório foi desenvolvido no âmbito da dissertação de Mestrado do curso de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra no ano letivo de 2013/2014. Teve como objeto de estudo uma auditoria energética, que foi realizada na Escola Superior Agrária de Coimbra, e consistiu na recolha de dados de consumos e qualidade de energia elétrica em diversos quadros das instalações através de várias monitorizações. Com estas monitorizações pôde ser feita a desagregação de consumos e identificar algumas oportunidades de racionalização de consumos e identificar problemas de qualidade de energia. No seguimento desta análise e desagregação de consumos e existirem problemas de qualidade de energia devem ser feitas visitas ao local de modo a verificar quais as cargas que sofrem consequências desses problemas de modo a procurar a solução mais viável.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Projeto de integração e otimização de um sistema fotovoltaico em regime de autoconsumo no novo edifício NZEB DO ISR

Palavras-chave: Instalação fotovoltaica,Eficiência Energética,Autoconsumo,Emissões de CO2,Photovoltaic installation,self-consumption,Energy Efficiency,quantity of carbon dioxide (CO2) emitted

Esta dissertação surgiu pela necessidade de otimizar a futura instalação fotovoltaica do ISR. Para isso foi feita uma investigação ao nível dos materiais a usar, dimensionamento dos equipamentos, diminuição das perdas e aumento da eficiência energética. Foi projetada toda a instalação do sistema fotovoltaico para que a produção seja adequada à utilização elétrica do edifício, sendo o autoconsumo a sua finalidade. Como o edifício ainda está em fase de projeto foi tida em conta uma estimativa do consumo tendo como comparação o edifício do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores onde se inclui o atual ISR. O autoconsumo através de energias renováveis permite uma diminuição da fatura energética bem como uma redução da quantidade de dióxido de carbono (CO2) emitido. É fundamental ter em conta vários fatores, que no seu todo, farão o ajuste necessário para que se possa no final obter uma produção e uma relação custos benefícios ótima. Assim incluiu-se nesta dissertação também um estudo comparativo da relação de custos das instalações em estudo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Projeto de instalações elétricas: Comparação entre a solução convencional e uma solução baseada no sistema KNX

Palavras-chave: Edifícios Inteligentes,Domótica,Gestão Técnica em Edifícios,Sistema Convencional,Sistema KNX,Smart building,Home Automation,Technical Building Management,Conventional System,KNX System

Numa realidade onde encontramos o mundo em constante mudança, onde os fatores de agravamento ambientais são cada vez maiores, mas a tecnologia também cresce a um ritmo vertiginoso, faz sentido debruçarmo-nos e possuir um olhar crítico sobre o tema da utilização da energia e da eficiência energética. Mais concretamente na vertente da utilização de energia em edifícios e sua gestão, existem diversos meios, tecnologias e sistemas de domótica, que permitem automatizar e tornar os edifícios, ditos inteligentes. É necessário então, saber mais sobre este assunto, visto que estes meios podem ser proveitosos a nível económico mas tambem a nível ambiental. O sistema escolhido foi o KNX e esta dissertação tem como objetivo o seu estudo, a sua aplicação na instalação e respetiva análise de custo-benefício. Quanto ao edifico escolhido, optou-se por um prédio usado para a prática de advocacia, situado em Lisboa. A comparação entre o sistema convencional existente, e o sistema KNX a implementar e as respetivas vantagens ou desvantagens, proporciona relevantes conclusões, que podem ser determinantes, para tomadas de decisão nesta área.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise do desempenho de amplificadores ópticos reflectivos em redes ópticas de acesso da próxima geração

Palavras-chave: M-PSK,RSOA-Amplificador Óptico Semiconductor Reflectivo,fibra óptica,EVM,taxa de transmissão,PONs,M-PSK modulation,reflective optical amplifiers,EVM

O constante crescimento de aplicações Internet têm vindo a contribuir para a necessidade do aumento de largura de banda na rede de acesso, o que fomenta a procura de novas soluções para redes de acesso de fibra óptica. Nesse contexto, soluções conhecidas como transmissores independentes do comprimento de onda (WIT wavelength-independent transmitters) isto é, soluções para emissores que possam operar numa ampla gama de comprimentos de onda, poderão ser muito úteis. Sendo uma das mais promissoras o amplificador óptico semiconductor reflectivo (RSOA). Nesta dissertação foi implementado um modelo simplificado do RSOA que permite eficientemente determinar as suas características estáticas e dinâmicas. Foi também implementado um modelo de simulação, em Matlab, que permita estudar o desempenho de um sistema de comunicação por fibra óptica que utiliza RSOA e técnicas de modulação digital por desvio de fase com M estados (M-PSK M-ary Phase Shift Keying). Com o modelo de simulação foi avaliada qual a taxa de transmissão máxima atingível. A avaliação do desempenho foi feita através do cálculo da magnitude do vector erro (EVM Error Vector Magnitude), considerando os vários blocos implementados. Foi determinado o ponto óptimo de funcionamento do RSOA, sendo também avaliado do desempenho de sistema de transmissão, usando diferentes parâmetros do sinal M-PSK (M=4,16,64) com taxa de transmissão de 1Gbits/s e 10 Gbits/s considerando vários comprimentos de fibra óptica.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Smart Coimbra Dashboard

Palavras-chave: Web Dashboard,SmartCoimbra,SmartCity,CakePHP,MySQL,Web Dashboard,SmartCoimbra,SmartCity,CakePHP,MySQL

O aumento do número de cidadãos em áreas urbanas pode conduzir ao aumento da procura de novas habitações, estabelecimentos de ensino, saúde, água potável, saneamento, transportes públicos, energia elétrica e telecomunicações. A cidade deve ser administrada de forma a solucionar problemas a respeito da qualidade de saúde pública, do fornecimento de energia, da qualidade do ar, do congestionamento do tráfego, da qualidade e abastecimento da água. Este é o desafio que uma cidade inteligente deve enfrentar, conciliando simultaneamente a competitividade e o desenvolvimento urbano sustentável. Como objetivo desta dissertação de mestrado, foi proposto o desenvolvimento de uma plataforma que utilizasse as tecnologias da informação e comunicação em prol dos seus cidadãos e das suas empresas locais, assim como dos visitantes da cidade, podendo estes obter várias informações relativas à cidade de Coimbra num local apenas. Com base nesta informação obtida através desta ferramenta, os cidadãos podem tomar decisões e novas iniciativas, que acabarão por tornar a cidade num lugar melhor para se viver. Para tal, sugerimos um painel que resumisse a condição atual da cidade, exibindo informações relativas a meteorologia, consumo de energia, transportes públicos, qualidade do ar, promoção turística, notícias e agenda de eventos culturais. Desenvolvemos com sucesso o protótipo “Smart Coimbra Dashboard” como pretendido.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Gestão Técnica do Edifício da Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra

Palavras-chave: Faculdade de Farmácia,Universidade de Coimbra,Utilização Racional de Energia,Sistema de Gestão Técnica,Faculty of Pharmaceutical Studies,University of Coimbra,Rational Use of Energy,Building Management Systems

Em Portugal, os edifícios consomem 40% da energia final total consumida no país, tendo um potencial de poupança na ordem dos 24%, quando se comparam duas instalações, uma tradicional e outra com gestão técnica. Por este facto, tornam-se num factor a ter em conta no que à Utilização Racional de Energia diz respeito. Desta maneira a Gestão Técnica Centralizada de edifícios de serviços torna-se num factor fulcral para que se exerçam estratégias eficientes para a poupança de energia neste sector. A opção por estratégias correctas em todas as áreas técnicas do edifício, em especial nos sistemas AVAC e iluminação, grandes consumidores de energia, devidamente planificadas e coordenadas, a par da correcta selecção de equipamentos, convenientemente dimensionados, são essenciais para poder atingir esses objectivos. O sistema de Gestão Técnica Centralizada é, sem dúvida, o instrumento que permite, ao longo dos muitos anos de vida expectável do edifício, estabelecer, adaptar e readaptar, estratégias opcionais, monitorizar todos os sistemas e órgãos vitais do edifício e ajudar efectivamente o seu gestor técnico na condução diária de modo a satisfazer, com eficiência, as suas reais necessidades. Sendo a Universidade de Coimbra uma instituição bastante prestigiada a nível nacional e internacional, tem nos seus quadros profissionais pessoas que se preocupam com este tipo de problemas associados à má gestão dos recursos energéticos por parte da instituição. Desta forma há largos anos que começaram a ser instalados Sistemas de Gestão Técnica em vários edifícios pertencentes à Universidade de Coimbra. Contudo, a maior parte desses sistemas têm um funcionamento deficiente, não permitindo aos utilizadores desses edifícios terem as condições mínimas de conforto e consequentemente tendo consumos energéticos apropriados. A Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra é um desses casos. Assim, esta dissertação tem como objectivo final a remodelação do seu Sistema de Gestão Técnica, ajustando algumas funções já existentes, inclusão de informações sobre os diferentes sistemas existentes no edifício, criação de novas funcionalidades tal como o acesso remoto ao seu supervisor. Nesta fase inicial foi previsto fazer um levantamento exaustivo das funcionalidades actuais do sistema e do mapeamento dos controladores já existentes, fazendo também um levantamento exaustivo das condições actuais dos restantes sistemas existentes no edifício. No entanto, temos de perceber que cada edifício tem as suas especificidades tendo as suas próprias características, utilização e comportamento térmico. Posto isto a optimização do SGT está dependente de vários factores para a realização da poupança de energia e de forma a proporcionar o conforto necessário aos seus utilizadores.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Desenvolvimento de uma Aplicação de Gestão Técnica do Edifício do DEC

Palavras-chave: Departamento de Engenharia Civil,Sistema AVAC,Sistema de Gestão Técnica,Sistema SCADA,Gestão Técnica de Edifícios,Utilização Eficiente de Energia,Department of Civil Engineering,HVAC System,Building Management Systems,SCADA System,Technical Management of Buildings,Efficient Use of Energy

O elevado número, complexidade e exigência operacional tornam os edifícios responsáveis por aproximadamente 40% do consumo de energia da União Europeia. No sentido de limitar os seus custos de operação e gerir a complexidade apresentada pelos diversos sistemas instalados surgem os Sistemas de Gestão Técnica (SGT). Os SGTs sofreram uma evolução e reconhecimento notório ao longo dos últimos anos. Atualmente apresentam-se como uma ferramenta essencial no que concerne ao controlo e monitorização, em tempo real, dos diversos sistemas constituintes dos edifícios, desempenhando um papel fundamental na Utilização Racional de Energia. Em alguns edifícios da Universidade de Coimbra existem sistemas de supervisão no auxílio ao controlo e gestão de cada edifício. O Departamento de Engenharia Civil é um destes casos, tendo instalado um SGT com a função de controlar o Sistema AVAC. No entanto, a falta de manutenção e atualização ao longo dos anos culminaram na existência de um SGT aquém das suas reais potencialidades. De estudos realizados anteriormente, concluiu-se que a maior lacuna deste se centra no uso de software SCADA desatualizado e pouco funcional. Deste modo o objetivo primordial desta dissertação consiste no desenvolvimento de uma nova aplicação para controlar e monitorizar o sistema AVAC do Departamento de Engenharia Civil. Esta aplicação assenta na implementação de uma solução SCADA através do uso de um programa para o desenvolvimento do software SCADA da Phoenix Contact, o Visu+. A aplicação desenvolvida permite controlar e monitorizar todos os equipamentos, de forma direta ou condicionada por horário, constituintes do Sistema AVAC, assim como a criação de históricos das variáveis controladas. Como ferramenta auxiliar foi ainda desenvolvida uma plataforma de simulação com o propósito de simular e testar diversos cenários por forma a validar e comprovar as funcionalidades desenvolvidas na aplicação final. A nova aplicação, assim como a plataforma de simulação, estão perfeitamente operacionais e funcionais. No entanto, na nova aplicação podem ainda ser agregadas mais funcionalidades.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Técnicas iterativas de igualização na frequência para sistemas mono-portadora com modulação de magnitude

Palavras-chave: Redes sem fios,Modulação digital

O aumento do consumo de energia nas redes sem fios e, em particular, nas redes móveis, em tudo associado ao rápido crescimento do número de serviços multimédia disponíveis e ao elevado volume de tráfego por eles gerado, tornou-se motivo de preocupação. Do ponto de vista do utilizador, a sua maior preocupação reside na influência que a ligação às redes sem fios tem no consumo de energia dos dispositivos terminais (laptop, telemóvel, tablets) com consequente diminuição no tempo de duração das baterias. Do ponto de vista do projecto destes sistemas os principais problemas são a selectividade em frequência devido às características dispersivas do canal de transmissão e o elevado PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) dos sinais gerados pelas técnicas de modulação com elevada eficiência espectral. Sistemas de portadora única com igualização no domínio da frequência (SC-FDE – Single-carrier with Frequency Division Equalizer), nomeadamente a técnica de igualização iterativa IB-DFE (Iterative Block Decision Feedback Equalization), mostraram ser particularmente efectivos em lidar com os problemas causados pela propagação multi-percurso em canais dispersivos no tempo. Por outro lado o uso de técnicas de Modulação de Magnitude (MM – Magnitude Modulation) permite reduzir de forma significativa o PAPR de sinais de portadora-única (SC – Single-Carrier). Ambas as técnicas foram recentemente combinadas e o seu desempenho estudado em canais dispersivos no tempo. No entanto não foi considerada a utilização de codificação de canal. O trabalho descrito nesta tese estendeu a abordagem ao caso de transmissões SCFDE com MM e codificação de canal. Em particular, são usados códigos convolucionais e igualizadores do tipo Turbo IB-DFE no receptor.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Produção e caracterização de materiais cerâmicos para sensores de humidade

Palavras-chave: Materiais cerâmicos,Sensores de humidade

O r apido crescimento na area da automa c~ao exige cada vez mais e melhores tecnologias de monitoriza c~ao de par^ametros ambientais. E portanto necess ario desenvolver sistemas sensoriais robustos, que nas demais condi c~oes determinem e cazmente que tipo de gases, e em que concentra c~oes, est~ao presentes num local a monitorizar. Os materiais cer^amicos do tipo oxidos met alicos s~ao excelentes candidatos para a medi c~ao de gases, em particular a humidade, devido as suas propriedades f sico-qu micas e capacidade de adsor c~ao super cial de mol eculas de agua, permitindo conceber sensores robustos, vers ateis e de menor custo. Neste estudo, foram produzidos e caracterizados dois tipos de sensores cer^amicos porosos de humidade, ambos compostos por oxido de tit^anio (TiO2) e oxido de tungst enio (WO3), sendo um dopado com oxido de cobre (CuO) e outro com oxido de zinco (ZnO). Este sensores foram denominados de sensor Cu e sensor Zn. Para tal utilizou-se 48.92% pd de TiO2 e 51.08% pd de WO3 correspondendo, respetivamente, a 1.326 e 1.386 gramas, e para os dopantes a massa usada foi de 0.093 e 0.095 gramas relativas ao CuO e ZnO. Obtidas as pastilhas em verde por CIP (Cold Isostatic Pressing), sinterizaram-se a 700 C durante duas horas. Os dois sensores foram caracterizados eletricamente recorrendo a espectroscopia de imped^ ancia complexa, para determinar a sua sensibilidade a humidade. Conclui-se que o sensor Zn e mais sens vel do que o sensor Cu, pois este ultimo n~ao manifesta qualquer mecanismo interveniente na dete c~ao de humidade. O sensor Zn apresenta excelente sensibilidade entre os 30 e 90 C principalmente para teores de humidade baixos, entre os 10 e os 40%. Foi tamb em realizado o estudo de modelos el etricos equivalentes para uma melhor compreens~ao dos processos f sicos presentes nos sensores, e conclui-se que os modelos el etricos propostos revelaram-se bastante ajustado para ambos os sensores.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Impacto da nova legislação sobre o regime de autoconsumo de energia

Palavras-chave: Energia solar,Tarifário Net-Billing,Troca de energia com a rede,Análise económica

Portugal é um dos países do mundo que possui condições climatéricas privilegiadas para a implementação das energias renováveis. Entre as energias renováveis merece destaque, pelo seu forte crescimento recente a nível mundial, a energia solar fotovoltaica. Esta forma de geração de energia apresenta como grande vantagem a sua fácil integração em edifícios. De facto, tem-se assistido a uma utilização e instalação crescente de sistemas fotovoltaicos no país e em particular nos edifícios residenciais e de serviços. Atualmente, com a substituição da tarifa feed-in pelo tarifário net-billing, torna-se fundamental estudar o impacto dessa mudança a nível económico, isto é avaliar o retorno financeiro do investimento face às novas condições impostas no setor, bem como o estudo da nova legislação em vigor que apresenta múltiplos detalhes. A presente dissertação pretende avaliar o impacto da nova legislação sobre o regime de autoconsumo de energia. Para tal, é feito o dimensionamento de painéis solares fotovoltaicos que assegurem 25%, 50%, 75% e 100% do consumo médio de energia por agregado familiar em Portugal, com ligação à rede elétrica. Para esse dimensionamento foi utilizado o software PVSyst e foram estimadas as necessidades de troca de energia com a rede, para cada sistema. Posteriormente, foi avaliada a viabilidade económica dos quatro casos de estudo. Essa análise é importante e serve de apoio à decisão da escolha do sistema fotovoltaico mais favorável face à legislação aplicada atualmente em Portugal e ao regime tarifário remuneratório que esta tecnologia tem atualmente no país.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias