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Percorrer Instituto Superior de Engenharia por Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) "06:Água Potável e Saneamento"
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- Análise de métodos de classificação automática de uso do solo associadas à caracterização e quantificação de áreas regadas - Caso de estudo Campina de Faro, AlgarvePublication . Marques, Jonat Stefani Justa; Martins, Fernando Miguel Granja; Costa, Luís Ricardo Dias daA região Algarvia, com um clima temperado de características mediterrânicas, enfrenta uma crescente incidência de fenómenos de seca hidrológica prolongada, o que agrava de forma significativa os desafios relacionados com a escassez de recursos hídricos na região. A estimativa de valores do consumo de água subterrânea em áreas de regadio na região Algarvia consiste numa variável difícil de controlar e quantificar, não só devido ao elevado número de captações particulares, mas também por causa da variação meteorológica, que afeta os regimes de rega e das áreas regadas. Através da informação extraída pelo processamento de imagens digitais obtidas por deteção remota, juntamente com os valores das dotações de rega, pretende-se contribuir para estimativas do balanço hídrico do sistema aquífero de Campina de Faro mais precisas. Neste trabalho, estudou-se a classificação de uso e ocupação do solo para desenvolver uma metodologia de classificação automática de áreas agrícolas e espaços verdes regados, usando imagens de satélite Sentinel-2, aplicados à Campina de Faro. O projeto permitiu caracterizar com precisão as principais culturas agrícolas e espaços verdes regados na área de estudo e estimar o volume de água utilizado na rega com base nas dotações de rega das diferentes culturas. A metodologia desenvolvida é facilmente replicável para diferentes períodos e zonas, oferecendo uma ferramenta útil para a gestão dos recursos hídricos na região do Algarve. Os resultados obtidos permitiram a classificação das principais áreas e culturas regadas no sistema aquífero, bem como a quantificação da sua variação ao longo do tempo. Para além disso, foram aplicadas dotações de rega oficiais da DGADR, com o objetivo de estimar o volume de água utilizado na rega destas parcelas agrícolas, de forma a quantificar o volume de água extraído do aquífero para a agricultura e golfe. Os valores obtidos estão próximos dos valores oficiais reportados nos Planos de Gestão da Região Hidrográfica, o que demonstra, de certa forma, a fiabilidade dos resultados alcançados com esta metodologia.
- An automation system for predictive maintenance of electric machines applied to pumping systemsPublication . Azinheira, Gonçalo José de Sousa; Semião, Jorge Filipe Leal CostaThis thesis presents the development and implementation of an automation system for predictive maintenance of electric machines in pumping systems. The work integrates Industry 4.0 technologies such as IoT devices, machine learning algorithms, and advanced sensor systems to enhance the reliability and efficiency of industrial operations. A complete test bench was developed, featuring an electric pump, water reservoir, automation and control board, energy meter, vibration sensors, pressure sensors, motorized valves, and temperature sensors, allowing automated test procedures including fault-injection behaviors through valve control. The research bridges the gap between theoretical models of predictive maintenance and their practical implementation in industrial environments, emphasizing the importance of automation and data-driven decision-making. The core achievements include the successful development and deployment of a system capable of real-time data acquisition, advanced vibration analysis, and fault prediction using machine learning. A detailed analysis was conducted to determine optimal data processing procedures prior to analysis, and automation-based sensors were integrated with electronic-based sensors in a unified predictive maintenance system. Machine learning algorithms demonstrated the feasibility of implementing predictive maintenance within standard automation pumping systems by successfully predicting faults induced in the test pump. The developed system not only reduces unexpected failures but also aligns with modern demandsfor sustainability and operational efficiency. By combining data acquisition, real-time analysis, and predictive modeling, the research offers a comprehensive approach that can be adapted across various industries reliant on electric machines.
- Avaliação da exatidão posicional de ortofotos - caso estudo: Beja - AlquevaPublication . Silva, Sandra; Fernandez, Helena Maria; Martins, Fernando Miguel GranjaO projeto apresentado foi desenvolvido no Centro de Cartografia da Empresa de Desenvolvimento e Infraestruturas do Alqueva. Tem como objetivo avaliar a exatidão posicional das ortofotografias, utilizando técnicas fotogramétricas para a obtenção das imagens retificadas. Além disso, também foram aplicadas técnicas estatísticas para o controlo de qualidade das ortofotografias. A qualidade das ortofotografias é uma temática fundamental para o Centro de Cartografia da Empresa de Desenvolvimento e Infraestruturas do Alqueva, uma entidade especializada detentora de alvará próprio na produção de cartografia vetorial e de fotografia. As ortofotografias são de grande utilidade pois oferecem uma representação precisa e exata do terreno, sendo utilizadas por toda a estrutura da empresa, entidades públicas, privadas e por um vasto número de utilizadores em diversas áreas. A área de estudo está localizada no município de Beja, abrangendo uma extensão de 15.000 ha (equivalente a seis ortofotografias) à escala de 1:5.000. A produção das ortofotografias para o ano de 2022 compreendeu diversas etapas, desde a triangulação aérea até à extração do Modelo Digital de Superfície, passando pela retificação, e por fim, na criação do mosaico final. Para avaliar a exatidão posicional planimétrica, será utilizado o indicador estatístico denominado Erro Médio Quadrático, em conformidade com as normas e especificações técnicas estabelecidas para a Cartografia Topográfica Vetorial e de Imagem, específicas para o nível de detalhe NdD2 da Direção-Geral do Território. As ortofotografias produzidas cumpriram o critério de exatidão posicional exigida. A análise estatística revelou um Erro Médio Quadrático de 0,334 m, e todos os pontos de controlo analisados situaram-se dentro dos limites estabelecidos pelas especificações técnicas.
- Efficacy of slow sand filtration enriched with trichoderma atroviride in the control of fusarium oxysporum in soilless cultivation systemsPublication . Matias, Pedro; Guerreiro David Coelho, Luísa Isabel; Reis, MárioOn a planet intending to move toward carbon neutrality while ensuring food security, maximizing water and nutrient use efficiency in agriculture is essential. Soilless cultivation offers a promising solution for food production, yet in substrate-based systems, excess nutrient solution (drainage) is often discarded to maintain phytosanitary safety, resulting in considerable water and nutrient waste. Reusing this drainage requires disinfection to eliminate pathogens. Among available methods, slow sand filtration (SSF) is ecological, economical, and simple, showing strong biological control potential, though not always fully effective against Fusarium oxysporum. Trichoderma atroviride, an antagonistic fungus, may enhance SSF performance. Its antagonistic capacity was evaluated in vitro via direct confrontation assays and in vivo using a closed-loop soilless cucumber cultivation system with eight treatment combinations of SSF, T. atroviride, and F. oxysporum. SSF reduced F. oxysporum incidence by approximately 48%, T. atroviride in irrigation by 44%, and SSF enriched with T. atroviride reached 58% disease incidence reduction, though this increase was not statistically significant. These results confirm that both SSF and T. atroviride can partially suppress F. oxysporum, but further optimization is needed for consistent and complete pathogen control.
- Impact of pavement distribution on hillslope runoff in peri-urban landscapes, based on laboratorial experimentsPublication . Ferreira, Carla; Gerardo, Romeu; Isidoro, Jorge; Moruzzi, Rodrigo; Ferreira, António; Lima, João deIt is widely accepted that urbanization modifies the hydrological processes, increasing runoff and flood hazard. However, after decades of research, the magnitude of the impacts is not well understood. This is partially due to spatial-temporal differences in rainfall-runoff processes over complex landscapes comprising different land-uses, typical of peri-urban areas. This study aims to investigate the impact of different spatial patterns of pavement on surface runoff, under distinct weather conditions (dry vs wet). Inspired on urban cores observed in peri-urban catchments, 7 spatial patterns were investigated: 100% pavement, 100% pervious, and 60% pavement (and 40% pervious) under continuous placement located upslope or downslope, and under dispersed patterns with regular, irregular and linear distribution. Concrete blocks were used as pavement material, whereas pervious surfaces were simulated using either bare soil, 1.5 kg·m−3 with sandy-loam texture, or commercial natural grass carpets. The 13 configurations of pavement and pervious materials, pavement-soil and pavement-grass were simulated in the laboratory, in a 1.0 × 1.0 m2 flume, with 0.05 m soil depth and 9° slope. Three rainfall simulation experiments were performed for each spatial configuration. Each experiment comprises a set of four sequential storms with 50 mm·h−1 over 20-min, interrupted by 30-min intervals, to simulate dry and increasingly wet antecedent settings. Results show that runoff is driven by both spatial pattern and soil moisture. Runoff coefficients ranged from 70–81% in fully paved surfaces to 1.4–40% in bare soil and 0.2–3.8% in grass, exhibiting increasing values from dry to wet antecedent moisture conditions, especially in bare soil. Under dry conditions, continuous pavement generates more runoff if placed downslope than upslope (28% vs 5% with grass and 37% vs 33% with bare soil). Under wet settings, however, continuous pavement generated (i) higher runoff if associated with downslope than upslope bare soil (63% vs 52%), due to saturation-excess favored by cumulative rainfall and upslope runoff; and (ii) lower runoff if associated with downslope than upslope grass surface (33% vs 24%). When considering dispersed pavement, runoff increased from dry to wet conditions, ranging from 32% to 62% and 1.3% to 23% when distributed with soil and grass covers, respectively. Adequate urban planning based on spatial patterns that maximize runoff sinks over the landscape should be considered to enhance urban flood resilience. Grass (as other covers) has higher capacity to retain and infiltrate rainfall and runoff than bare soil, and may represent a nature-based solution to mitigate flood hazard in peri-urban areas.
- Implementing sponge city concepts in practice: learning from the case of Shenzhen, ChinaPublication . Sunday, Ojo Segun; Pinto, Hugo Emanuel dos Reis Sales da Cruz; Nogueira, Carla Filipa Sequeira ValenteAs inundações urbanas constituem um dos principais desafios enfrentados pelas cidades em acelerado processo de urbanização, particularmente em contextos marcados por elevada densidade populacional e crescente variabilidade climática. Na China, este fenómeno tem sido agravado pelas alterações climáticas e pela impermeabilização intensiva dos solos urbanos, exigindo respostas integradas e sustentáveis por parte das autoridades locais. Neste contexto, a presente dissertação centra-se na análise do programa Sponge City em Shenzhen, uma das cidades-piloto nacionais, com o objetivo de avaliar de que modo as soluções baseadas na natureza têm contribuído para a resiliência urbana face às inundações, bem como para benefícios ambientais e sociais mais amplos. Partindo de uma abordagem de estudo de caso, a investigação recorre a métodos mistos que combinam análise documental, dados hidrológicos secundários, revisão reflexiva da literatura e análise preliminar de séries temporais de eventos de inundação. A investigação estrutura-se em torno de três dimensões analíticas: (1) resiliência urbana e desempenho hidrológico, (2) impactos ambientais e infraestruturais, e (3) governação e desafios de implementação. Estas dimensões permitem compreender, de forma articulada, os resultados e limitações do programa Sponge City em Shenzhen, à luz de quadros teóricos como a Teoria da Resiliência, a Gestão Integrada dos Recursos Hídricos (IWRM) e a abordagem dos Serviços dos Ecossistemas. Os resultados empíricos evidenciam uma redução significativa do escoamento superficial e das cheias urbanas nos distritos intervencionados, com valores de mitigação superiores a 40% em zonas-piloto, de acordo com simulações hidrológicas e dados de monitorização. Estes resultados confirmam a eficácia das soluções de baixo impacto (Low-Impact Development – LID), tais como bacias de retenção, pavimentos permeáveis e zonas húmidas artificiais. A par da redução dos volumes de água, registaram-se melhorias na qualidade da água, com diminuições mensuráveis nos níveis de azoto, fósforo e matéria orgânica dissolvida. Estas alterações são consistentes com os princípios ecológicos que orientam o conceito de cidade-esponja, baseado na replicação de funções naturais de absorção, infiltração e depuração da água no espaço urbano. A segunda dimensão da análise incide sobre os impactos ambientais e infraestruturais decorrentes da implementação do programa. Observou-se um aumento da cobertura vegetal e da conectividade ecológica em parques urbanos requalificados, como o Parque Ecológico de Mangais de Futian, com efeitos positivos ao nível da biodiversidade e da regulação microclimática. Em algumas áreas de elevada densidade populacional, foram registadas descidas de temperatura local na ordem dos 2–3ºC, refletindo os benefícios multifuncionais das infraestruturas verdes. Além disso, a reconversão de espaços degradados em zonas de lazer e parques multifuncionais contribuiu para melhorar a qualidade de vida urbana e a perceção pública da sustentabilidade hídrica. Contudo, a investigação revela também desafios persistentes no domínio da governação. A fragmentação institucional, traduzida em mandatos sobrepostos e ausência de mecanismos formais de coordenação interdepartamental, tem comprometido a implementação eficaz e a manutenção das infraestruturas verdes. Distritos mais antigos como Luohu e Futian enfrentam dificuldades acrescidas na adaptação de zonas densamente urbanizadas, onde os constrangimentos espaciais e as limitações técnicas dificultam a adaptação de infraestruturas convencionais às exigências do modelo de cidade esponja. Por outro lado, a dependência quase exclusiva de financiamento público, aliada à escassa participação do setor privado, coloca em causa a sustentabilidade a longo prazo dos investimentos realizados. A análise mostra ainda que os sistemas de monitorização permanecem insuficientemente desenvolvidos, com cobertura desigual e ausência de uma plataforma centralizada de dados, o que dificulta a gestão adaptativa e a avaliação baseada em evidência. Em termos metodológicos, a dissertação destaca-se pela integração de diferentes tipos de fontes e metodologias de análise, embora enfrente limitações relevantes. A ausência de dados espaciais limitou uma análise mais aprofundada da equidade territorial e da associação entre diferentes variáveis. De igual forma, a ausência de dados primários recolhidos no terreno limitou a capacidade de validação empírica direta dos resultados. Estas limitações, reconhecidas de forma crítica no trabalho, abrem caminho para futuras investigações mais abrangentes e interdisciplinares. Apesar destas lacunas, a investigação cumpre os objetivos delineados, contribuindo de forma substantiva para o conhecimento sobre a operacionalização de soluções baseadas na natureza no contexto chinês. O caso de Shenzhen é analisado não apenas como exemplo de inovação infraestrutural, mas também como laboratório de governação urbana face às alterações climáticas. A análise comparativa com outras cidades como Wuhan, Xi’an ou Pequim sugere que, embora Shenzhen se destaque em termos de visibilidade pública e inovação tecnológica, partilha desafios estruturais ao nível da fragmentação institucional e da replicação em zonas urbanas consolidadas. Do ponto de vista das implicações políticas, os resultados sugerem a necessidade de reforçar a integração dos princípios das cidades-esponja nos regulamentos urbanísticos e nos códigos de construção, promovendo incentivos à participação privada e à gestão comunitária das infraestruturas. A utilização de tecnologias digitais, como sensores IoT e painéis interativos, deve ser expandida para apoiar a monitorização em tempo real e melhorar a transparência na gestão urbana da água. Finalmente, é fundamental garantir que a abordagem não se limita aos aspetos técnicos, mas integra as dimensões sociais da resiliência, promovendo o envolvimento das comunidades e a apropriação cidadã dos espaços urbanos requalificados.
- Main impacts of wastewater reuse for golf courses irrigationPublication . George, Segun Emmanuel; Silva, Manuela Moreira da; Guerrero, CarlosO golfe é uma atividade crucial para o turismo no Algarve, pelo que apostar no seu desenvolvimento sustentável é da maior relevância para a socioeconomia da região e do país. Perante o cenário de escassez de água no Mediterrâneo, incluindo o Algarve, tem-se investido crescentemente na reutilização de água para a rega de campos de golfe. Esta dissertação é uma primeira abordagem para se avaliar as implicações ambientais e económicas da reutilização de águas residuais tratadas (ApR) para rega de campos de golfe no Algarve. Foram analisados quatro campos de golfe, Salgados, San Lorenzo, Castro Marim e Quinta do Vale, e as três ETAR que os podem abastecer com ApR, as de Albufeira Poente, Quinta do Lago, Vila Real de Sto. António. Quantificou-se as necessidades de rega dos campos de golfe, a disponibilidade de ApR, os nutrientes (N e P) fornecidos pela ApR e a respetiva redução no uso de fertilizantes de síntese, as emissões de carbono associadas à rega com água de origem natural/ApR e as diferenças de custos relacionadas com a introdução da ApR na rega. Embora preliminares, os resultados indicam que em termosde disponibilidade a ApR demonstra um forte potencial de utilização para rega dos campos de golfe, poderia satisfazer totalmente a procura de água no Salgados, e nos outros campos pode suprir entre 40 a 90% das necessidades. Para além de reduzir o consumo de água de origem natural, o uso de ApR reduz a necessidade de fertilizantes de síntese azotados entre 10 a 70 % e pode substituir totalmente os fertilizantes fosfatados, evitando assim nos quatro campos estudados a emissão de 14,5 t CO₂e por ano. Em termos económicos, o uso de ApR nos campos Castro Marim e Quinta do Vale representa redução de custos, já em San Lorenzo e Salgados a atualização dos preços da ApR podem aumentar os encargos associados à rega, mas significam maior segurança no seu uso, em conformidade com os requisitos da UE para reutilização de água residual tratada.Assim, embora este estudo careça de ser aprofundado para integrar outros aspetos como por exemplo, uso de novas ferramentas eletrónicas (incluindo, IoT e IA) para otimização da gestão da água, energia, solos, relvas e fertilizantes, constata-se que o uso de ApR na rega de campos de golfe no Algarve permite melhorar a sutentabilidade ambiental do setor. Foi por exemplo, demonstrado que a redução da pegada carbónica por volta de golfe no Algarve pode atingir os 198 g CO₂e.
- A new biodevice with plants and local cork to control water eutrophication in urban lakes - nutrient remediation from urban lakesPublication . Lorenzen, Tim Robin; Silva, Manuela Moreira da; Pires, Cristina VeigaA demografia e a sócioeconomia das últimas décadas têm alterado o funcionamento dos recursos aquáticos, gerando entre outras consequências, eutrofização com consequente destruição de habitats, perda de biodiversidade e riscos para a saúde pública. Este trabalho de ecohidrologia urbana, procurou desenvolver uma Solução Baseada na Natureza (NbS) para melhorar o estado ecológico de um lago urbano, através de espécies macrófitas autóctones. fitorremediadoras de nutrientes na água. Pretendeu-se contribuir para melhorar o funcionamento do lago do Jardim das Comunidades – Almancil, Loulé, no âmbito de um projeto de investigação sobre a performance ambiental deste espaço urbano, do Instituto Superior de Engenharia - Universidade do Algarve e do Município de Loulé. Os protótipos do biodispositivo foram construídos com peças de cortiça, do interior de Loulé - Algarve, ligadas entre si com corda náutica, e onde se abriram orifícios para colocar exemplares de Typha latifolia, Phragmites australis e Juncus inflexus, selecionadas pela sua capacidade de fitorremediação. Caracterizou-se a cortiça (cor, textura, densidade e espessura) e avaliou-se o funcionamento do biodispositivo, com monitorização da qualidade da água do lago quantificando-se amónia, nitritos, nitratos, azoto total, fosfatos, fósforo total, clorofila a, oxigénio dissolvido, temperatura, pH e transparência ao Disco Secchi, antes e depois da sua instalação. Classificou-se o estado ecológico do lago através de um Índice de Estado Trófico (IET). Entre junho de 2022 e junho de 2023, não houve episódios de eutrofização, o biodevice terá contribuído para reduzir as concentrações de nutrientes na água, de 0,021 ± 0,007 para 0,002 ± 0,001 mg/L PO4, e de 0,050 ± 0,007 para 0,020 ± 0,006 mg/L NH4. A clorofila a manteve-se entre 4,00 ± 0,79 mg/m³ em junho de 2022 e 4,87 ± 0,20 mg/m³ em junho de 2023. A introdução indevida de espécimes presumivelmente exóticos de tartarugas e peixes no lago contribuiu para o aumento do azoto e do fósforo na água, dificultando a interpretação dos resultados obtidos. O azoto total aumentou de 1,59 ± 0,21 mg/L N para 68,05 ± 8,85 mg/L N, e por isso o IET (de 62,4 para 126). O fósforo total também aumentou de 0,03 ± 0,005 mg/L P para 0,08 ± 0,009 mg/L P, portanto, o IET passou de 37,4 para 53,3. Estes exemplares exóticos devem ser retirados e o biodevice deve continuar a ser testado, assegurando-se em simultâneo as condições hidrodinâmicas já definidas como ideais para o lago. Na construção do biodispositivo, deve ser testada outra corda que seja resistente à água e tenha uma pegada ecológica mais baixa.
- Revisiting relative humidity: conceptual ambiguities and applicability conditionsPublication . Ruivo, Celestino; Costa, Vítor A. F.; Domínguez-Muñoz, FernandoThe state of moist air significantly impacts human comfort, human health, preservation of goods and food, and many processes. At a given pressure, it is usually defined by one pair of independent variables, one invariably the dry bulb temperature, and the other the humidity ratio, the relative humidity, or the specific enthalpy. Relative humidity is a widely referred to and used concept. However, there is no consensus on its definition. The different definitions in literature are not clear enough, and are prone to misleading and questionable numerical values. This is especially relevant for high temperatures when using psychrometric charts, online calculators, simulation tools, software of measuring systems, and home-made routines or numerical tools. This work aims to highlight how and why the concept of relative humidity needs to be clearly and uniquely defined, and why care is needed concerning its applicability conditions. Additionally to the given explanations, mathematical expressions are used to do that more clearly and accurately. The main key issues raised in this paper are related to the consideration, and use of relative humidity when moist air temperature exceeds the water saturation temperature corresponding to the prevailing total pressure.
- Soluções regenerativas no ciclo urbano da água e resiliência climática caso de estudo: Grândola, AlentejoPublication . Serrano, Alvarina Alexandra Pinto; Silva, Manuela Moreira daO Princípio de Lavoisier, também conhecido como Lei da Conservação das Massas, afirma que, na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma. A água, é uma das manifestações mais evidentes desta afirmação, e, as cidades devem incorporar esta regra na sua génese como forma de proteger um recurso cada vez mais escasso, e, assegurarem a sua adaptação e resiliência aos desafios futuros colocados pelas alterações climáticas e pela crescente pressão antrópica sobre os recursos naturais. Grândola, uma cidade no Alentejo sofre cada vez mais com sucessivas ondas de calor e com a baixa pluviosidade pelo que, urge integrar no planeamento urbano soluções simbióticas com a natureza que, através dos serviços ecossistémicos prestados, contribuam para a melhoria da qualidade de vida dos seus habitantes, bem como para a saúde humana e ambiental. Estas soluções devem ser sustentadas, na sua totalidade ou em parte, por origens alternativas de água, de proximidade, reduzindo a pressão sobre as origens convencionais de água, e os custos associados à sua utilização. De acordo com a informação obtida, a estratégia de resiliência hídrica e climática de Grândola assenta na redução de consumos e na utilização de origens alternativas em usos não potáveis, nomeadamente através do aproveitamento da água da chuva e da água descartada das piscinas municipais. No que respeita aos serviços ecossistémicos, é fundamental identificar, para cada espaço verde da cidade, as mais-valias pretendidas. Ainda assim, o planeamento deve basear-se na diversidade de espécies (diferentes entre si e de diferentes dimensões), bem como na sua adequada distribuição pelo território urbano.