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Percorrer Instituto Superior de Engenharia por Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) "07:Energias Renováveis e Acessíveis"
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- A análise do fluxo homopolar como ferramenta no diagnóstico de avarias em transformadores trifásicosPublication . Reis, André Peres dos; Oliveira, Luís Manuel Ramos deOs transformadores de potência constituem um elemento vital para a produção, transporte e distribuição de energia elétrica. Dada a sua importância é necessário realizar manutenção preventiva para garantir a continuidade e eficiência operacional do sistema elétrico, visto que ao longo da sua vida os mesmos estão sujeitos a diferentes tipos de desgastes. Caso contrário, a ausência de manutenção adequada pode desencadear avarias inesperadas, acarretando custos elevados, não apenas para reparar ou substituir o equipamento, mas também devido à perda de receita pela energia não vendida e às possíveis compensações devido à interrupção do fornecimento de energia. Dado esse cenário, diversos métodos de análise têm sido desenvolvidos e investigados com o objetivo de detetar qualquer avaria na sua fase inicial, evitando assim eventos catastróficos. A presente dissertação dá continuidade ao trabalho iniciado anteriormente no Laboratório de Projeto Sistemas Elétricos de Energia, onde foi proposto um método de diagnóstico baseado na monitorização dos fluxos homopolares utilizando bobinas de teste. O principal objetivo agora é aprofundar essa análise com recurso a um modelo tridimensional do transformador com base em elementos finitos. Serão considerados as deformações mecânicas e os defeitos de isolamento (curto-circuito entre espiras) mais comuns nos enrolamentos. Os resultados de simulação serão validados experimentalmente com recurso a um modelo à escala de um transformador trifásico.
- Análise energética de edifícios públicos com auxílio de ferramentas de diagnóstico e medidas de melhoria: caso de estudo do Teatro das Figuras em FaroPublication . Antão, Miguel Augusto dos Santos; Sequeira, Claúdia; Monteiro, JânioAtualmente, a extrema urgência ambiental, a necessidade que temos em diversificar as fontes de energia, sermos mais sustentáveis, e amigos do ambiente, complementados com a subida dos preços da energia, leva a que haja um aumento da procura de soluções de melhoria na eficiência energética de edifícios, bem como na utilização de técnicas e métodos de diagnóstico que nos auxiliem na tomada de decisões. Entre as técnicas utilizadas, a análise de vibrações e a termografia são métodos de ensaio não destrutivos, rápidos e de custos reduzidos que fornecem resultados imediatos muito precisos sobre o estado atual de funcionamento dos equipamentos. Um dos objetivos do presente trabalho é fornecer uma visão dos benefícios e dificuldades da utilização destes métodos, no entanto, a termografia terá um destaque maior na análise energética de edifícios, como ferramenta de auxílio e diagnóstico de anomalias. Pretende-se demonstrar que a utilização da termografia pode ser um importante indicador para a manutenção preditiva dos edifícios públicos. Após a avaliação do desempenho energético do edifício e na identificação dos grandes consumidores de energia, é feita uma caraterização do perfil de utilização de acordo com o histórico e previsão futura dos espetáculos, onde serão elaboradas propostas de melhoria para a redução dos consumos de energia elétrica. Serão estudadas e propostas fontes de energia alternativas, entre as quais, através da colocação de painéis fotovoltaicos, painéis fotovoltaicos com sistema de acumulação de energia; Como objetivo final, pretende-se apresentar um conjunto de melhorias com base na análise do retorno do investimento e avaliar o impacto da utilização da termografia neste tipo de estudos.
- Análise termodinâmica e optimização de sistemas de refrigeração de ciclo transcrítico com CO2Publication . Florido, Rui Miguel Freire; Mortal, António Manuel de Sousa BaltazarNesta dissertação pretende-se efectuar a análise termodinâmica e respectiva optimização de sistemas de refrigeração que funcionam em ciclo transcrítico com CO₂, aplicados a instalações frigorificas em regiões de Portugal onde ocorrem temperaturas elevadas durante o período de Verão. O foco do trabalho é a analisar o impacto da aplicação de ejectores e gas coolers com arrefecimento evaporativo em instalações tipo Booster que funcionam com ciclos transcríticos com compressão paralela de vapor, visando melhorar o desempenho energético e a eficiência do ciclo frigorifico. A metodologia de investigação baseia-se no desenvolvimento de modelos numéricos que permitam realizar a simulação do ciclo frigorifico com compressão paralela de vapor e, posteriormente, a sua operação após a integração dos mecanismos de melhoria propostos. A análise de sistemas de arrefecimento evaporativo aplicado em gas coolers visa estimar as temperaturas de saída do CO2 em diversas condições de operação e avaliar o impacto da redução da pressão no gas cooler no consumo energético do sistema. Para tal, será realizada uma análise psicrométrica e modelação do processo de condicionamento do ar através do arrefecimento evaporativo. O estudo tem ainda como objectivo modelar numericamente o funcionamento de ejectores com o objectivo de avaliar o seu impacto no rendimento do sistema. Espera-se que os resultados comprovem que a utilização destes mecanismos de melhoria pode aumentar significativamente a eficiência de sistemas de refrigeração transcríticos com CO2, particularmente quando aplicados em condições de funcionamento mais adversas. Pretende-se, igualmente, identificar qual das soluções analisadas apresenta melhor desempenho consoante diferentes condições operacionais
- Application of solar HVAC system in residential buildings for winter conditions in mediterranean climatePublication . Conceição, Eusébio; Gomes, João; Conceição, Margarida; Conceição, Maria Inês; Lúcio, Maria Manuela Jacinto do Rosário; Awbi, HazimThe design of thermal strategies applied in buildings based on the use of renewable energies can play an important role in the development of a built environment that is better adapted to the climate. This paper is focused on the application of a renewable solar energy system coupled with a Heating, Ventilation and Air-Conditioned (HVAC) system to promote occupants’ thermal comfort (TC) and indoor air quality (IAQ) in buildings during heating season. In the building thermal design, a building thermal dynamic model is used to calculate the temperatures of the opaque and transparent building surfaces, the temperature of the water supply ducts, the TC level and the IAQ level, among other variables. The TC conditions of the occupants were evaluated using the Predicted Mean Vote index, commonly used in the literature in similar studies. IAQ was assessed by the usual carbon dioxide concentration in environments where most of the pollution is of human origin. The numerical study was carried out in a virtual residential building consisting of two floors and seven compartments. The building is occupied at night and at midday. Two cases were studied, considering, respectively, the non-use and use of the solar HVAC system. The solar HVAC system consists of solar water collectors, installed above the roof area, and thermo-convector heat exchangers, installed inside each occupied space. The results show that the application of this solar HVAC system in a Mediterranean-type climate is able to guarantee, during occupancy, acceptable TC levels in three compartments and near acceptable TC levels in one compartment. Regarding IAQ, acceptable level can be achieved throughout the day.
- 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 qualidade do ar e conforto térmico em espaços ventilados comsistemas de jatos descendentesPublication . Mestre, Ricardo José Mendes; Conceição, EusébioNeste trabalho é feita a avaliação integral do conforto térmico e qualidade do ar de uma sala de informática virtual. Esta sala de informática foi criada tendo como base a câmara experimental existente no Campus de Gambelas da Universidade do Algarve. O estudo consiste numa simulação para o período do verão considerando uma temperatura ambiente exterior de 35ºC. Para as condições interiores foi considerada uma temperatura média de 25ºC e uma humidade relativa média de 50%. A sala de informática terá uma ocupação de 6 pessoas, com uma taxa metabólica de 1 met e um vestuário de 0,5 clo. A climatização e renovação de ar será assegurada por um sistema de condutas de jatos descendentes composto por 6 difusores de insuflação e 6 difusores de extração. Para efetuar a avaliação do conforto térmico e qualidade do ar recorre-se a quatro ferramentas distintas de cálculo numérico: Modelo de dimensionamento do sistema de condutas, Modelo do comportamento térmico de edifícios, Modelo de simulação de escoamento no interior de espaços e o Modelo de simulação da resposta térmica do corpo humano. Estas ferramentas de cálculo numérico serão encadeadas de maneira obter os dados necessários para executar o cálculo do ADI (Air Distribution Index). De uma forma generalizada a geometria criada para a sala de informática obtém bons resultados ao conciliar a componente de conforto térmico e qualidade do ar, tendo como desvantagem o desconforto térmico local na zona da cabeça devido ao posicionamento dos difusores.
- Centrais fotovoltaicas este-oeste (da conceção à exploração)Publication . Costa, Ricardo Wenzel da; Sousa, António F. Marques deA geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis tem se tornado cada dia mais relevante, à medida que o mundo busca reduzir os impactos ambientais causados pelo uso de combustíveis fósseis e enfrentar a crescente demanda de eletricidade. Nesse contexto, a energia solar fotovoltaica tem oferecido uma solução promissora, sendo uma fonte de energia limpa e sustentável que pode ser aproveitada em diversas regiões do planeta com um custo de implementação cada vez menor. As centrais fotovoltaicas, também conhecidas como parques fotovoltaicos, são instalações que convertem a luz solar em eletricidade por meio de painéis fotovoltaicos, os quais utilizam células fotovoltaicas em série para transformar a energia do sol em energia elétrica. Este tipo de produção de energia elétrica pode ser dimensionado para atender diferentes demandas, desde pequenas comunidades até grandes centros urbanos, tornando-as altamente versáteis. Uma das principais consequências da imensa utilização de energia fotovoltaica é a concentração da produção apenas em um período limitado do dia. Com o objetivo de melhorar esta característica, este estudo explora o funcionamento, os desafios práticos de projeto e implementação das centrais fotovoltaicas com orientação este-oeste, assim como os recursos associados a manutenção de um parque e sua rentabilidade, realizando um comparativo com centrais que utilizam a orientação convencional (sul), abordando as vantagens e desvantagens. Esse estudo apresenta métodos de análise para determinar as condições nas quais parques fotovoltaicos com painéis com orientação este-oeste resultam em melhores resultados económicos e de produção energética em relação aos painéis orientados a sul. A orientação convencional dos painéis (a sul), embora apresente mais produção por área de painel, apresenta um menor aproveitamento da área do terreno, portanto, o custo do terreno e a área disponível para instalação dos painéis são fatores críticos na escolha da orientação dos módulos fotovoltaicos.
- A cyberattack detection and mitigation framework for community-based microgridsPublication . Velarde, P.; Zafra-Cabeza, A.; Santos, Joni; Monteiro, Jânio; Bordons, C.This article presents a Model Predictive Control approach aimed at enhancing the resilience of community-based microgrids against cyberattacks, using the energy community of Culatra Island, located in Algarve- Portugal, as a case study. Additionally, this work incorporates cybersecurity measures designed to detect and mitigate various types of cyberattacks. By applying residual analysis, the control system is able to identify anomalies in key parameters such as power balance and battery state of charge, which allows for the implementation of targeted mitigation strategies. The results demonstrate the effectiveness of the system in maintaining stability and operational resilience under different attack scenarios. Index Terms— microgrid, model predictive control, energy community, cyberattacks.
- Desempenho energético de edifícios: para além da certificação regulamentar. Uma abordagem de medição e verificação com recurso a tecnologia IoTPublication . Babynyuk, Volodymyr; Miguel, Raul Lana; Lam, RobertoA recente volatilidade verificada nos preços da energia final e a existência de um parque edificado antigo e com baixa qualidade térmica das envolventes tem vindo a colocar dificuldades a quem tem de gerir orçamentos onde a rubrica energia assume uma proporção cada vez maior. O sistema de certificação energética em edifícios (SCE) foi implementado em Portugal em 2006 [1, 2, 3] fruto de um longo caminho legislativo que teve início nos anos 90 e da evolução das respetivas diretivas europeias na matéria (EPBD [4, 5, 6, 36]). Como consequência deste processo, desde 1 de janeiro de 2009, todos os edifícios de habitação, comércio e serviços, são obrigados a ter o seu desempenho energético traduzido na forma de diversos indicadores, representados nos respetivos certificados energéticos (CE). A tarefa de estimar um valor anual de energia final para um determinado edifício, ou fração autónoma, requer uma análise exigente e multidisciplinar. Contudo, a maior parte das frações autónomas já foi avaliada no âmbito do SCE e possui informação relevante no respetivo certificado energético. Apesar desta informação ser mais utilizada para apoio à decisão de compra ou arrendamento do imóvel, é possível, através de uma abordagem de M&V, torná-la útil para apoio à gestão e monitorização dos consumos de energia final e implementação de medidas de melhoria de eficiência energética (MMEE) com investimentos associados. Os aspetos ligados ao tema da avaliação do DEE são abordados através da realização de um estado da arte. São igualmente aproveitadas, as recomendações mais relevantes para definir a metodologia adotada para o caso de estudo selecionado.
- A digital twin inspired simulation framework for optimizing renewable energy communitiesPublication . Oliveira, João; Santos, Tiago; Correia, Fernanda Brito; Farinha, José Torres; Monteiro, Jânio; Mendes, MateusThe energy transition requires efficient management of decentralized resources, in which Renewable Energy Communities (RECs) play an increasingly important role. However, the variability of solar generation and the unpredictability of consumption create complex balancing challenges. To address the limitations of existing planning tools—which often rely on synthetic profiles or small-scale validations—this study presents a data-driven Digital Twin-inspired simulation framework The unique contribution of this work lies in the combination of three elements: the use of high-resolution sub-hourly smart-meter data, the application of a novel demographic filtering methodology to accurately isolate permanent community load profiles, and the integration of an AI-driven N-HiTS (Neural Hierarchical Interpolation for Time Series) forecasting model. The framework was implemented using the PyECOM simulation engine and applied to the Culatra Island Energy Community, Portugal, processing empirical data from 338 dwellings. Multiple scenarios were evaluated, including demand flexibility, photovoltaic (PV) expansion, and battery energy storage (BESS) deployment. The baseline scenario revealed a substantial dependence on the external grid, with a Self-Sufficiency (SS) rate of 12.51%. Expanding PV capacity by 200 kWp increased SS to 32.1% but generated significant energy surpluses. The optimal configuration, integrating a 600 kWh BESS, increased SS to 37.3% while restoring the Self-Consumption (SC) rate to 99.8%. Furthermore, the integrated N-HiTS predictive model achieved a coefficient of determination of 0.64 under highly variable weather conditions. Ultimately, the results demonstrate the critical value of combining empirical simulation, optimized storage sizing, and advanced forecasting techniques to support robust REC planning.
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