[pt] A dissertação tem por objetivo avaliar o grau de comprometimento de grandes consumidores de energia elétrica com preceitos da sustentabilidade e do preocupante fenômeno das mudanças climáticas. No contexto do comprometimento da política brasileira com o desenvolvimento sustentável, o trabalho revê os principais acordos e recomendações internacionais que visam a mitigação e adaptação às mudanças climáticas e sustentabilidade como subsídios metodológicos à construção de um questionário estruturado. O questionário foi aplicado junto aos grandes clientes da concessionária de energia elétrica do Rio de Janeiro, que atende 4,1 milhões de consumidores na média e alta tensão (68 porcento da população e 66 porcento do PIB do segundo estado economicamente mais desenvolvido do país). A pesquisa de campo realizada permitiu identificar, na visão das organizações participantes, as ações de sustentabilidade e as medidas empresariais de adaptação e mitigação do fenômeno estudado. À luz das melhores práticas e diretrizes internacionais, foi proposto um indicador e uma métrica para avaliar o grau de comprometimento à essas práticas e tendências. Os resultados da pesquisa, estratificados por classes de consumidores, permitem avaliar, com base nos consumos de energia, o preocupante nível de emissões de gases efeito estufa (tCO2eq) que resultam da geração da energia elétrica consumida pelos clientes da concessionária. Não obstante mais de 90 porcento das organizações terem considerado a sustentabilidade como oportunidade de negócios e diferencial competitivo para viabilizar nichos de mercado, os resultados da pesquisa indicam que, na média, é preocupante o baixo grau de comprometimento dos grandes usuários de energia elétrica com as medidas desejáveis de restrição às emissões. / [en] In the context of global concerns related to climate change due to the alarming and unprecedented growth of greenhouse gas (GHG) emissions, the present study evaluates the commitment to emissions restrictions among large users of electricity produced by a utility company that serves 4.1 million consumers (68 percent of the population and 66 percent of the gross internal product for the second most economically developed Brazilian state), based on the proposed metrics and indicator. The present work reviews the primary international agreements and recommendations that aim to mitigate and adapt to climate change and sustainability, in light of the Brazilian commitment to the policy of sustainable development. A survey was developed for the participating organisations, which were classified by economic sector, to expose them to 18 issues that reflect worldwide guidelines on emission constraints. Based on their total energy consumption, the survey discusses the worrying level of GHG emissions (tonnes of equivalent carbon dioxide, tCO2eq) associated with the generation of the electricity consumed by the largest utility company customers. Although over 90 percent of the organisations considered sustainability to be both a business opportunity and a competitive differential that enables niche markets, the results of the present study indicated a low degree of commitment to the desired emission restrictions from the larger electricity consumers, on average.

[pt] No cotidiano das empresas a seleção de projetos é feita muitas vezes de forma arbitrária, ignorando os interesses dos diversos stakeholders e privilegiando as prioridades da gestão vigente. Este estudo utiliza o método AHP de análise multicritério para qualificar projetos de eficiência energética aplicáveis a plantas de shopping centers a luz de critérios financeiros, estratégicos, sociais e ambientais e identificar formas de evidenciar os critérios mais importantes nesse processo decisório. Pretende-se fornecer a gestores e investidores uma ferramenta auxiliar ao processo de seleção de projetos focando em evidenciar os critérios mais importantes na decisão e mostrar de que forma estes são impactados por vieses de orientação estratégica empresarial. / [en] On enterprises daily routine project selection is sometimes made in an arbitrary way, ignoring stakeholders interests and sometimes privileging current management priorities. This study uses the AHP multicriteria method to qualify energetic efficiency projects applicable to shopping centers on bases of financial, strategical, social and environmental objectives and identify ways to spot the most important criteria on this analysis. It seeks to empower managers and investors with an additional tool on project selection support aiming to understand how company strategic objectives interfere on the way decision making is seen and evaluated by management.

[pt] A Internet das Coisas (IoT) se propõe a interligar o mundo físico e a Internet, o que abre a possibilidade de desenvolvimento de diversas aplicações, principalmente na área da saúde. Essas aplicações requerem um grande número de sensores para coletar informações continuamente, gerando grandes fluxos de dados, muitas vezes excessivos, redundantes ou sem significado para as operações do sistema. Essa geração massiva de dados de sensores desperdiça recursos computacionais para adquirir, transmitir, armazenar e processar informações, levando à perda de eficiência desses sistemas ao longo do tempo. Além disso, os dispositivos IoT são projetados para serem pequenos e portáteis, alimentados por baterias, para maior mobilidade e interferência minimizada no ambiente monitorado. No entanto, esse design também resulta em restrições de consumo de energia, tornando a vida útil da bateria um desafio significativo que precisa ser enfrentado. Além disso, esses sistemas geralmente operam em ambientes imprevisíveis, o que pode gerar alarmes redundantes e insignificantes, tornando-os ineficazes. No entanto, um sistema auto-adaptativo que identifica e prevê riscos iminentes através de um sistema de pontuação de alertas antecipados (EWS) pode lidar com esses problemas. Devido ao seu baixo custo de processamento, a referência EWS pode ser incorporada em dispositivos vestíveis e sensores, permitindo um melhor gerenciamento das taxas de amostragem, transmissões, produção de alarmes e consumo de energia. Seguindo a ideia acima, esta tese apresenta uma solução que combina um sistema EWS com um algoritmo auto-adaptativo em aplicações IoT de monitoramento de pacientes. Desta forma, promovendo uma redução na aquisição e transmissão de dados , diminuindo alarmes não acionáveis e proporcionando economia de energia para esses dispositivos. Além disso, projetamos e desenvolvemos um protótipo de hardware capaz de embarcar nossa proposta, evidenciando a sua viabilidade técnica. Além disso, usando nosso protótipo, coletamos dados reais de consumo de energia dos componentes de hardware que foram usados durante nossas simulações com dados reais de pacientes provenientes de banco de dados públicos. Nossos experimentos demonstraram grandes benefícios com essa abordagem, reduzindo em 87 por cento os dados amostrados, em 99 por cento a carga total das mensagens transmitidas do dispositivo de monitoramento, 78 por cento dos alarmes e uma economia de energia de quase 82 por cento. No entanto, a fidelidade do monitoramento do estado clínico dos pacientes apresentou um erro absoluto total médio de 6,8 por cento (mais ou menos 5,5 por cento), mas minimizado para 3,8 por cento (mais ou menos 2,8 por cento) em uma configuração com menores ganhos na redução de dados. A perda de detecção total dos alarmes dependendo da configuração de frequências e janelas de tempo analisadas ficou entre 0,5 por cento e 9,5 por cento, com exatidão do tipo de alarme entre 89 por cento e 94 por cento. Concluindo, este trabalho apresenta uma abordagem para o uso mais eficiente de recursos computacionais, de comunicação e de energia para implementar aplicativos de monitoramento de pacientes baseados em IoT. / [en] The Internet of Things (IoT) proposes to connect the physical world to the Internet, which opens up the possibility of developing various applications, especially in healthcare. These applications require a huge number of sensors to collect information continuously, generating large data flows, often excessive, redundant, or without meaning for the system s operations. This massive generation of sensor data wastes computational resources to acquire, transmit, store, and process information, leading to the loss of efficiency of these systems over time. In addition, IoT devices are designed to be small and portable, powered by batteries, for increased mobility and minimized interference with the monitored environment. However, this design also results in energy consumption restrictions, making battery lifetime a significant challenge that needs to be addressed. Furthermore, these systems often operate in unpredictable environments, which can generate redundant and negligible alarms, rendering them ineffective. However, a self-adaptive system that identifies and predicts imminent risks using early-warning scores (EWS) can cope with these issues. Due to its low processing cost, EWS guidelines can be embedded in wearable and sensor devices, allowing better management of sampling rates, transmissions, alarm production, and energy consumption. Following the aforementioned idea, this thesis presents a solution combining EWS with a self-adaptive algorithm for IoT patient monitoring applications. Thus, promoting a reduction in data acquisition and transmission, decreasing non-actionable alarms, and providing energy savings for these devices. In addition, we designed and developed a hardware prototype capable of embedding our proposal, which attested to its technical feasibility. Moreover, using our wearable prototype, we collected the energy consumption data of hardware components and used them during our simulations with real patient data from public datasets. Our experiments demonstrated great benefits of our approach, reducing by 87 percent the sampled data, 99 percent the total payload of the transmitted messages from the monitoring device, 78 percent of the alarms, and an energy saving of almost 82 percent. However, the fidelity of monitoring the clinical status of patients showed a mean total absolute error of 6.8 percent (plus-minus 5.5 percent) but minimized to 3.8 percent (plus-minus 2.8 percent) in a configuration with lower data reduction gains. The total loss of alarm detection depends on the configuration of frequencies and time windows, remaining between 0.5 percent and 9.5 percent, with an accuracy of the type of alarm between 89 percent and 94 percent. In conclusion, this work presents an approach for more efficient use of computational, communication, and energy resources to implement IoT-based patient monitoring applications.

[pt] Dada a crescente demanda de energia elétrica em todo o mundo, somado ao desafio de buscar um modo mais eficiente de consumir a energia elétrica sem perder de vista a viabilidade econômico-financeira dos projetos, verifica-se na literatura a escassez de modelos que levam em conta estas questões para implementação dos projetos para gestão de energia. Nestes projetos, além da busca pela redução do consumo de energia, deve-se considerar as incertezas atreladas ao investimento para as tomadas de decisão entre investir ou abandoná-los. O objetivo desta dissertação é propor um modelo para avaliação técnico-financeira de um projeto de gestão de energia a partir de uso da geração distribuída com fontes renováveis e ações de eficiência energética. O modelo conceitual desenvolvido para alcançar tal objetivo agrega ferramentas modernas de avaliação econômico-financeira, opções reais, e metodologias de Medição e Verificação da performance de projetos de eficiência energética. Os resultados da aplicabilidade deste modelo foram obtidos através do seu emprego em uma situação real de avaliação de um projeto de gestão de energia na indústria farmacêutica. Concluiu-se com esta aplicação que é possível realizar avaliação técnico-financeira de projetos para gestão de energia por meio da abordagem de opções reais obtendo-se resultados satisfatórios com a aplicação do modelo. / [en] Given the growing demand for electricity worldwide, added to the challenge of finding a more efficient way to consume electricity without losing sight of the economic and financial viability of projects, there is a scarcity of models in the literature that lead to account these issues for the implementation of energy management projects. In these projects, in addition to seeking to reduce energy consumption, uncertainties linked to investment must be considered as a recovery of the decision between investing or abandoning them. The objective of this dissertation is to propose a model for the technical and financial evaluation of an energy management project based on the use of distributed generation with renewable sources and energy efficiency actions. The conceptual model developed to achieve this objective combines modern tools for evaluating financial savings, real options, and methodologies for measuring and verifying the performance of energy efficiency projects. The results of the applicability of this model were obtained through its use in a real situation of evaluation of an energy management project in the pharmaceutical industry. It was concluded with this application that it is possible to carry out technical-financial evaluation of energy management projects through the real options approach.

[pt] O objetivo dessa dissertação é apresentar a simulação de processos, no software Aspen HYSYS (marca registrada) v8.8, de uma planta de etanol derivado de cana-de-açúcar, abrangendo o sistema de cogeração e hidrólise enzimática aplicáveis ao bagaço, e associada a uma planta de cultivo de microalgas para produção de biodiesel de terceira geração. Adicionalmente, foram avaliados, por planejamento composto central 32, os efeitos de duas variáveis – designação de bagaço para hidrólise enzimática (x1) e de etanol para desidratação (x2) - sobre parâmetros de performance energéticos e ambientais restritos à planta, e negligenciando-se contribuições do âmbito rural. Em um cenário similar à realidade brasileira - coordenadas (0, 50 por cento) -, observou-se que a integração proporciona uma quantidade significativa de biodiesel (26,6 kg.t-1 de cana), em termos energéticos, além da oferta de etanol (62,2 kg.t-1 de cana). Nesse cenário, a demanda energética da seção de microalgas-biodiesel demonstrou-se semelhante à da planta de etanol. Os modelos produzidos demonstram-se robustos e precisos (R2 superiores a 0,998). As avaliações estatísticas indicaram que x1 afeta quadraticamente as respostas, e x2 promove efeitos nulos ou brandos. Destaca-se valores de NER - razão entre contribuições energéticas de produtos e de insumos do sistema -entre 0,763 e 0,904, próximos a 1; e valores de FER - razão entre as contribuições energéticas dos produtos e das participações fósseis de insumos - entre 4,33 e 10,88, acima 3, o que configura caráter renovável ao sistema. Dentre as otimizações de respostas, encontrou-se a coordenada (92 por cento, 0) para eficiência exergética global. Por fim, a associação das plantas de etanol e de biodiesel forneceu resultados promissores para as eficiências energéticas, razão entre oferta de energia total e consumo de energia fóssil, e incremento de eficiência exergética da planta de etanol original. / [en] The objective of this dissertation is to present a simulation in the software Aspen HYSYS (Registered trademark) v8.8 of a sugarcane-ethanol plant covering a cogeneration and an enzymatic hydrolysis system, applicable to bagasse final use, and associated to a microalgae-cultive plant for the production of third-generation biodiesel through transesterification route. Additionally, the effects of two variables - designation of bagasse to enzymatic hydrolysis (x1) and of ethanol to dehydration (x2) - were statistically evaluated by 3(2) central composite design over energetic and environmental performance parameters restricted to the plant s scope and being neglected contributions of the rural area. In a base scenario similar to Brazilian’s reality – coordinates (0, 50 per cent) –, it was observed that the integration provides a quantity of biodiesel (26.6 kg.t-1 of sugarcane) energetically significant, besides the supply of ethanol (62.2 kg.t-1 of sugarcane). In this case, the energetic demand of the microalgae-biodiesel section pointed to be similar the conventional ethanol plant consumption. The adjusted models were robust and precise (R2 higher than 0.998). The statistical assessments pointed that x1 affects quadratically the answers and x2 promotes null or mild effects. Stands out NER values - ratio between energetic contribution of products and inputs of the system - between 0.763 and 0.904, which were close to 1, and FER values - ratio between energetic contributions of products and fossil share of inputs - between 4.33 and 10.88 that were higher than the 3, which configured renewability to the system. Among the optimization of the answers, it was found the coordinate (92 per cent, 0) for the global exergetic efficiency. Finally, the association of the ethanol and biodiesel plants provided promising results for energetic efficiency, ratio between total delivered energy and demanded fossil energy, and increase in exergetic efficiency of the original ethanol plant.

[pt] O consumo de combustível em empresas do setor de transporte ferroviário representa um dos maiores gastos operacionais e uma das maiores preocupações em termos de emissões de poluentes. O alto consumo em combustíveis acarreta também em uma alta representatividade na matriz de escopo de emissões (mais de 90 por cento das emissões de ferrovias são provenientes do consumo de combustível fóssil). Com o viés de se buscar uma constante melhora operacional, estudos vêm sendo realizados com a finalidade de se propor novas ferramentas na redução do consumo de combustível na operação de um trem de carga. Nesse ramo, destaca-se o aperfeiçoamento dos parâmetros de condução de um trem que são passíveis de calibração com o objetivo de reduzir o consumo de combustível. Para chegar a esse fim, o presente trabalho implementa dois modelos de aprendizado de máquina (machine learning) para prever a eficiência energética de um trem de carga, são eles: floresta randômica e redes neurais artificiais. A floresta randômica obteve o melhor desempenho entre os modelos, apresentando uma acurácia de 91 por cento. Visando calcular quanto cada parâmetro influencia no modelo de previsão, este trabalho também utiliza técnica de efeitos acumulados locais em cada parâmetro em relação à eficiência energética. Os resultados finais mostraram que, dentro dos quatro parâmetros de calibração analisados, o indicador de tração por tonelada transportada apresentou maior representatividade em termos de impacto absoluto na eficiência energética de um trem de carga. / [en] Fuel consumption in companies in the rail transport sector represents one of the largest operating expenses and one of the biggest concerns in terms of pollutant emissions. The high fuel consumption also entails a high representation in the emissions scope matrix (more than 90 percent of railroad emissions come from fossil fuel consumption). Aiming to seek constant operational improvement, numerous studies have been carried out proposing new tools to reduce fuel consumption in the operation of a freight train. In this way, it is important to highlight the improvement of train driving parameters that can be calibrated to reduce fuel consumption. To accomplish this goal, the present work implements two machine learning models to predict the energy efficiency of a freight train: random forest and artificial neural networks. The random forest achieves the best performance against the models, with an accuracy of 91 percent. To calculate how much each parameter influences the prediction model, this work also uses the technique of accumulated local effects for each parameter related to energy efficiency. The final results show that, within the four analyzed calibration parameters, the traction per transported ton indicator presented greater representation in terms of absolute impact on the energy efficiency of a freight train.

[pt] A comunicação por fibras ópticas utiliza diversos modelos herdados dos sistemas de telecomunicações tradicionais. Recentemente, a necessidade de maior controle sobre o fluxo de dados tem atraído muita atenção para as vantagens da comunicação óptica adaptativa. Num sistema de comunicação adaptativo, o fluxo de dados pode ser alterado em função de variações na qualidade do canal ou simplesmente pela necessidade de racionalizar a utilização dos recursos disponíveis. A interoperação entre redes pressiona pela necessidade de uma rede elástica e a expectativa é que este tipo de rede permita o controle sobre vários níveis da estrutura de comunicação. Nesta tese, a análise deste tema se concentra na camada física da rede óptica, em que a elasticidade pode ser obtida através de diferentes técnicas de modulação e multiplexação. A camada física de uma rede óptica adaptativa deve responder a variações e restrições do meio de transmissão. O consumo de energia, por exemplo, é um requisito cada vez mais presente nos projetos das redes de comunicação e a relevância deste requisito tende a aumentar na medida em que as redes ópticas aumentam sua capilaridade. O principal objetivo desta tese é analisar uma solução de comunicação óptica adaptativa que atenda aos requisitos básicos de uma rede elástica. O sistema de comunicação em análise é baseado em modulações realizadas no espaço de sinais de quatro dimensões, também conhecidas como modulações 4D. A perspectiva adotada privilegia a polarização da portadora óptica. A vantagem em adotar esta perspectiva, reside no fato de que ela permite a construção de modulações multidimensionais utilizando os fibrados de Hopf. Conforme será observado, o uso dos fibrados de Hopf em conjunto com o conceito matemático denominado vértice embutido de politopos, potencializa as soluções de engenharia para o problema da comunicação óptica adaptativa. / [en] Fiber-optic communications use several models inherited from traditional telecommunications systems. Recently, the need to improve the control over the data flow has attracted attention to the advantages of adaptive optical communication. In adaptive systems, the data flow can be altered due to changes in the channel quality or simply to rationalize the use of available resources. Interoperation between networks further presses on the need for an elastic network and the expectation is that this type of network will allow control over various levels of the communication structure. In this thesis, the analysis of this theme focuses on the physical layer of the optical network, where elasticity can be obtained through different modulation and multiplexing techniques. The physical layer of an adaptive optical network must respond to variations and restrictions of the transmission medium. Energy consumption, for example, is a requirement that is increasingly present in communication network projects and the relevance of this requirement tends to increase as optical networks expands in capillarity. The main objective of this thesis is to analyze an adaptive optical communication solution that meets the basic requirements of an elastic network. The communication system under analysis is based on the four-dimensional signal space modulations, also known as 4D modulations. The perspective adopted favors the polarization of the optical carrier. The advantage in adopting this perspective resides in the fact that it allows the construction of multidimensional modulations using Hopf bundles. As will be observed, the use of Hopf bundles in conjunction with the mathematical concept called embedded vertex polytopes, improves the engineering solutions to the problem of adaptive optical communication.