Teses de Mestrado ESTiG
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Percorrer Teses de Mestrado ESTiG por Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) "07:Energias Renováveis e Acessíveis"
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- Análise do plano de ação do sector de energia 2023–2027 para produção de energia fotovoltaica: O caso da central fotovoltaica de Caraculo, Namibe, AngolaPublication . Silveira, Kelson Júlio Henriques da; Barbosa, JoséA presente dissertação desenvolve uma análise técnico-económica, de integração elétrica e de resiliência operacional integrada sobre o Plano de Ação do Sector de Energia 2023–2027 em Angola, tomando como objeto central de estudo o projeto de expansão (Fase II) do Parque Foto-voltaico (PFV) de Caraculo, na província do Namibe. Através de uma metodologia assente no estudo de caso único e em simulações computacionais avançadas, validou-se o dimensionamento de um sistema de 25.000,26 kWp de potência instalada incremental, elevando a capacidade nominal agregada do ativo para 50 MWp. A otimização geométrica computacional demonstrou que a configuração ideal para a latitude da região se fixa numa inclinação de 17◦ com orientação estrita a Norte. Esta geometria não só maximiza a captação da irradiância anual, mas também incrementa a produção energética dos 40.323 módulos bifaciais Jinko Solar N-Type através do aproveitamento do albedo do solo arenoso da Bibala.Os resultados das simulações computacio-nais finais projetam uma injeção líquida anual na rede de 48.996.229 kWh, operando com um Performance Ratio (PR) anual de 84,18%. Sob a perspetiva da engenharia elétrica, a modelação analítica real evidenciou restrições severas de escoamento elétrico na infraestrutura atual de 60 kV, comprovando que o pico de injeção gerará um défice térmico de 5 MVA perante a capacidade firme das linhas existentes (433 A / 45 MVA), validando a necessidade estrutural de reconfi-guração topológica do sistema através do seccionamento da Linha de Transporte de 220 kV Giraul–Lubango. Do ponto de vista macroeconómico e de engenharia financeira, o investimento incremental de 15.000.000 C provou ser altamente atrativo, assegurando uma Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) de 19,40%, um período de retorno (Payback descontado) de 5 anos e um Custo Nivelado da Energia (LCOE) altamente competitivo de 0,0238 C/kWh. Conclui-se que a expansão de Caraculo cumpre um papel crítico na descarbonização da matriz energética do Sul do país, mitigando a dependência histórica de combustíveis fósseis e consolidando a segurança e soberania do Sistema Interligado Nacional.
- Analysis of DC-DC converters for integrated photovoltaic solar-powered electric bus charging systemsPublication . Forigo, Paula Wassao; Soares, Orlando; Tiepolo, Gerson MáximoThis dissertation aims to conduct a theoretical study and corresponding validation of the feasibility of using integrated photovoltaic systems for charging electric vehicles, specifically focusing on an electric bus as the model of study. The work begins with a theoretical analysis of photovoltaic systems, selecting the most suitable solar cells for application in an electric vehicle, considering performance, technical, and physical characteristics. This study includes the development of a mathematical model of the photovoltaic cells and their numerical simulation. Next, the design of an energy conversion system is addressed, using DC-DC converters. Different types of converters and their combinations are studied to maximize charging efficiency. The most appropriate topologies and control methods for the converters are discussed, aiming to optimize system performance. Finally, the proposed models are validated through simulations in Matlab/Simulink software, using lithium-ion batteries as the storage system. The dissertation seeks to demonstrate how the integration of photovoltaic solar energy can serve as a complementary and eco-friendly solution for charging electric buses, contributing to sustainability in transportation.
- Aplicación de metodología BIM para la rehabilitación energética y descarbonización del edificio CITENI de laboratorios de investigación y talleres en el campus de FerrolPublication . Bes, David Zapater; Soares, Orlando; Casanova, Antonio CouceEl presente Trabajo de Fin de Máster tiene como objetivo reducir los indicadores de calificación energética del edificio objeto de estudio, estos indicadores son el consumo de energía primaria no renovable y las emisiones de dióxido de carbono (CO2) derivadas del funcionamiento de los sistemas del edificio. El edificio se trata del Centro de Investigación en Tecnologías Navales e Industriales (CITENI) de la Universidad de Coruña en el campus de Ferrol. Para ello, se empleó una metodología BIM, realizando el modelo arquitectónico mediante Revit, un análisis térmico utilizando el motor de cálculo CYPETHERM LOADS y la certificación energética del edificio a través de CYPETHERM HE Plus. A partir de los resultados obtenidos, se definieron diferentes medidas de mejora, tanto pasivas como activas con la finalidad de disminuir los valores de los indicadores anteriormente mencionados. Posteriormente, se realizó un análisis de viabilidad de las distintas actuaciones propuestas con el fin de seleccionar aquellas que mejor se adaptaban a los criterios técnicos, energéticos y económicos establecidos. Una vez implementadas las medidas seleccionadas en el modelo, se procedió a una nueva evaluación energética del edificio. Los resultados obtenidos muestran una mejora significativa de su comportamiento energético, alcanzándose una calificación energética favorable y una reducción considerable tanto del consumo de energía primaria no renovable como de las emisiones de CO2. De este modo, se pone de manifiesto el potencial de la rehabilitación energética como herramienta para avanzar hacia un modelo edificatorio más sostenible y alineado con los objetivos actuales de descarbonización y desarrollo sostenible.
- Caraterização dos consumos energéticos por edifício do IPB e dimensionamento do fornecimento de energia ao campusPublication . Teixeira, Zuleica Soraia Conceição; Barbosa, JoséO consumo de energia tem apresentado um crescimento significativo nos últimos anos, impulsionado pelo aumento da demanda industrial, residencial e pela eletrificação dos transportes. Este cenário exige novas estratégias para garantir a sustentabilidade e a eficiência energéticas. Esse trabalho tem por objetivo o estudo e caracterização dos diagramas de carga dos edifícios do IPB, dimensionamento da produção solar fotovoltaica a instalar em cada edifício, considerando ainda o armazenamento de energia caso existam muitos excedentes que visam suprimir os consumos noturnos do campus. Pretende-se utilizar os softwares PVsyst (especializado para simulação, dimensionamento e análise de desempenho de sistemas de energia solar fotovoltaica) e Sunny Design (software da SMA usado para planejar e dimensionar sistemas fotovoltaicos, otimizando o desempenho com base em dados técnicos e condições locais) para facilitar o dimensionamento e a realização deste projeto. A análise do consumo energético foi baseada uma folha de Excel contendo dados de consumo dos edifícios adquiridos em períodos de 15 em 15 minutos ao longo de um ano.
- Contributo para a valorização energética e ambiental dos resíduos sólidos urbanos de São Tomé e PríncipePublication . Batista, Liliã da Fonseca e Silva Fernandes; Castro, João Paulo; Gonçalves, ArturA gestão dos resíduos sólidos urbanos em São Tomé e Príncipe configura-se como um desafio estrutural de elevada complexidade, refletindo fragilidades institucionais, técnicas e infraestruturais que comprometem a eficiência dos sistemas de saneamento e o equilíbrio ambiental. Entre as principais limitações identificadas destacam-se a proliferação de lixeiras a céu aberto, a ausência de mecanismos de separação na origem, e a insuficiência de infraestruturas especializadas para o tratamento, valorização e disposição final dos resíduos. Estas deficiências resultam na intensificação de impactes ambientais e sociais, nomeadamente na degradação dos ecossistemas urbanos e na exposição das populações a riscos sanitários significativos. Não obstante, o contexto nacional revela um potencial considerável para a valorização energética e ambiental dos resíduos sólidos urbanos, em virtude da elevada fração orgânica que caracteriza a sua composição. O presente estudo tem como objetivo analisar criticamente o estado atual da gestão dos resíduos sólidos urbanos em São Tomé e Príncipe e propor um modelo de valorização sustentável, que baseia se no aproveitamento de subprodutos agrícolas, mas priorize recursos energéticos renováveis e de origem local. Estima-se que em São Tomé e Príncipe, os resíduos orgânicos dominam a composição dos RSU, mas apresentam baixo potencial energético face ao seu volume. Apesar de o plástico possuir um poder calorífico superior mais elevado, a elevada proporção de matéria orgânica faz com que ambas as frações apresentem contributos energéticos semelhantes no total anual produzido. Neste estudo apresentam-se várias propostas que visam contribuir para o desenvolvimento de estratégias integradas de gestão, promotoras de uma transição para a economia circular e da redução dos impactes ambientais, reforçando, assim, a resiliência dos sistemas urbanos insulares face às dinâmicas contemporâneas de sustentabilidade.
- Dry purification of ethanolic biodiesel through adsorption using almond shells based materialsPublication . Mezzalira, Melissa Giacomet; Queiroz, Ana; Ribeiro, António E.; Brito, Paulo; Gomes, Maria Carolina SérgiThe growing demand for renewable energy sources has driven the development of sustainable alternatives to fossil fuels, among which biodiesel stands out. Biodiesel can be produced from various types of oils, including waste cooking oil (WCO), contributing to the sustainability of the process. An important step in its production process is purification, which is usually carried out through wet washing. Although effective, this method generates large volumes of effluent. Thus, the use of adsorbent materials emerges as a more sustainable alternative for removing impurities such as glycerol. Biodiesel was produced through a transesterification reaction using WCO with an oil:alcohol molar ratio of 1:7.5 and 0.5 wt% catalyst, resulting in a biodiesel with an ester yield of 83.5%. Three adsorbents were prepared from almond shell waste: the first was carbonized at 500°C for 1 hour, the second chemically activated using zinc chloride and the third chemically activated with phosphoric acid. After preliminary adsorption experiments, the adsorbent activated with phosphoric acid was selected for full characterization and further adsorption studies. Kinetic adsorption studies were carried out in batch mode at three different temperatures (25, 35, and 45°C), revealing that equilibrium was reached in approximately 2 hours, with a removal percentage of 73.4% at 25°C. Pseudo-first-order and pseudo-second-order models were fitted to the experimental data. Equilibrium studies were performed at the optimal temperature identified in the kinetics (25°C), and the Langmuir, Freundlich, and Sips models were adjusted to the experimental data, with the Sips model the one that best describe the adsorption behavior of the system. The highest glycerol removal was achieved using 10 wt% of the adsorbent, reaching a maximum of 81.1% removal and a minimum glycerol content of 0.041 wt%, which is still above the limit established by the EN14214:2012 standard. Continuous adsorption experiments were performed in a fixed-bed column, with adsorption–desorption cycles operated at flow rates below 1 mL/min. The highest adsorption capacity (41.64 mg/g) was observed at a flow rate of 0.68 mL/min. The adsorption/desorption cycles indicated the regeneration potential of the adsorbent. Finally, the effect of other contaminants in biodiesel on glycerol adsorption was evaluated using a glycerol solution in ethyl acetate. The results showed a reduction in adsorption capacity (31.55 mg/mL), possibly due to the faster adsorption process, which hindered the complete use of the column bed. When comparing batch and continuous modes, the continuous process generally showed higher adsorption capacities, reinforcing its potential for industrial applications.
- Gestão estratégica: estudo de caso da empresa catedral solarPublication . Presotto, Nathan Gabriel; Scalabrini, E.C.B.A presente dissertação analisa criticamente a mobilização de ferramentas de gestão estratégica e práticas de inovação no processo de consolidação do modelo de negócios da empresa Catedral Solar, atuante no setor de energia solar fotovoltaica em Mato Grosso, Brasil, entre 2023 e 2025. A investigação, de natureza qualitativa, descritiva e exploratória, adota o método de estudo de caso instrumental, centrando-se na compreensão contextualizada das estratégias adotadas por uma organização emergente em um mercado tecnicamente intensivo e competitivo. A análise empírica fundamentou-se na análise documental, observação direta e consulta a fontes secundárias (ANEEL, SEDEC-MT, JUCEMAT e RAIS), sendo os dados tratados segundo os princípios da análise de conteúdo temática proposta por Bardin (2011). Os resultados indicam que a Catedral Solar integra de forma eficaz ferramentas clássicas de gestão estratégica como análise SWOT, Matriz BCG, Balanced Scorecard e o modelo das Cinco Forças de Porter, as práticas inovadoras, como auditorias térmicas com drones, plataformas digitais de monitoramento energético e metodologias avançadas de projeção de ROI. Essa integração tem permitido à empresa adaptar-se rapidamente às exigências regulatórias, técnicas e mercadológicas, consolidando uma vantagem competitiva baseada na inovação contextualizada e na eficiência operacional. Embora limitada ao estudo de um único caso, a investigação contribui para o avanço do conhecimento sobre a gestão estratégica em setores de base tecnológica, ao evidenciar como organizações emergentes podem articular racionalidade analítica e criatividade aplicada para enfrentar a volatilidade de mercados dinâmicos. Recomenda-se, como futuras linhas de pesquisa, a realização de estudos comparativos entre múltiplas empresas do setor e a aplicação de métodos mistos para mensurar o impacto das estratégias adotadas sobre o desempenho organizacional e a sustentabilidade do negócio.
- Implementação de uma comunidade de energia renovável caso de estudo do Instituto Politécnico de BragançaPublication . Baptista, Helder Ferreira; Leite, VicenteA transição energética e a descentralização da produção elétrica são pilares fundamentais para o cumprimento dos compromissos ambientais assumidos por Portugal. Neste contexto, o presente trabalho desenvolve um estudo aprofundado sobre a caracterização, análise e gestão de energia no âmbito de uma Comunidade de Energia Renovável (CER) a ser implementada no Instituto Politécnico de Bragança (IPB), ao abrigo do Plano de Recuperação e Resiliência (PRR). A dissertação baseia-se na análise detalhada de 14 Instalações de Utilização (IU), distribuídas por contratos de média tensão, baixa tensão especial e baixa tensão normal, com um consumo anual total de 2510 MWh (ano). Foram considerados dois cenários de consumo (anual e diurno no verão) para o dimensionamento de quatro Unidades de Produção para Autoconsumo (UPACs), com uma potência total instalada de 500 kW. O software PVSyst foi utilizado para simular a produção solar e otimizar a distribuição da potência entre os centros eletroprodutores, tendo-se escolhido o cenário anual como o mais equilibrado. A proposta de gestão energética assenta num modelo de partilha hierárquica com coeficientes de partilha proporcionais ao consumo, priorizando os pontos de maior custo por kWh. Os resultados demonstram uma taxa média de autoconsumo de aproximadamente 86,5%, com variação sazonal dos excedentes. Adicionalmente, foi analisado o impacto da geração fotovoltaica na fatura de energia reativa, bem como as limitações estruturais dos edifícios para a instalação dos módulos fotovoltaicos.
- Previsão da potência média produzida por turbinas eólicas utilizando redes neuraisPublication . Campos, Letícia Góes; Teixeira, João Teixeira; Poubel, Raphael Paulo BragaThis thesis presents the development and evaluation of artificial neural network models applied to short-term wind power generation forecasting in a wind farm. The main objective of the study was to explore the performance of Multi-Layer Perceptron (MLP) and Long Short-Term Memory (LSTM) architectures, using real data from wind turbines collected by SCADA systems between 2016 and 2017 in Portugal. Data preprocessing included normalization techniques, seasonal decomposition, and the construction of sliding windows for temporal modeling. Several configurations of MLP and LSTM were implemented, varying in the number of neurons, hidden layers, and training strategies, including early stopping and different data partitioning approaches. The evaluation employed statistical metrics to assess forecasting accuracy, including RMSE, NRMSE, and R2. Early stopping and randomized data splits were analyzed to enhance model performance and robustness. The models achieved results above 83% for the coefficient of determination (R2). The main objective of this work was to develop MLP and LSTM models capable of accurately predicting the average power output of a wind turbine in a short-term horizon. To achieve this, different layer configurations, neuron counts, and validation techniques were tested for both approaches. Additionally, both single-variable and multivariable inputs were considered for the LSTM models. Finally, the three best-performing models were selected based on the evaluation metrics and compared with existing studies in the literature.
- Revitalização do regulador de tensão do gerador síncrono de uma central hidroelétricaPublication . Kanda, Glodi; Ferreira, Ângela P.A presente dissertação, desenvolvida no âmbito do Mestrado em Energias Renováveis e Eficiência Energética do Instituto Politécnico de Bragança, tem como objetivo estudar, acompanhar e avaliar a revitalização do regulador de tensão de um gerador síncrono da Central Hidroelétrica de Picote. Esta central, localizada no rio Douro, é uma central a fio de água equipada com três grupos geradores associados a turbinas Francis, desempenhando um papel relevante na produção de energia elétrica de origem renovável e no apoio à estabilidade do sistema elétrico. O trabalho desenvolvido incluiu a caracterização da central hidroelétrica, o estudo dos princípios de funcionamento da máquina síncrona, a análise do sistema de excitação clássico existente e o estudo da solução estática Thyripol S. Foram ainda acompanhadas as fases de instalação, integração e comissionamento do novo sistema. A comparação entre o sistema clássico e o sistema estático permitiu avaliar o impacto da modernização no desempenho global do grupo gerador. Os resultados obtidos evidenciaram uma resposta dinâmica do regulador de tensão, com redução do tempo de resposta de aproximadamente 1,5 s para cerca de 0,3 s. Verificou-se igualmente uma maior estabilidade da tensão terminal, um controlo mais eficaz da potência reativa e o fator de potência durante a operação em paralelo com a rede elétrica. Do ponto de vista energético, a substituição do sistema clássico por uma solução estática permitiu reduzir as perdas internas e aumentar o rendimento do sistema de excitação, passando de cerca de 85% para aproximadamente 95%. Esta melhoria contribui para a redução dos custos operacionais, para o aumento da disponibilidade do grupo gerador e para a diminuição das necessidades de manutenção, resultante da menor dependência de componentes mecânicos sujeitos a desgaste.