Estágio realizado na F. Ramada, e orientado pelo Eng. António Paulo Cerqueira Duarte / Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-05-20Bitstream added on 2014-06-13T20:13:56Z : No. of bitstreams: 1 stefanelli_atp_me_bauru.pdf: 920548 bytes, checksum: c9a8a3f2e36438158756df4730e1a079 (MD5) / A preocupação com o meio ambiente e o aumento do custo da energia tem representado um estímulo na busca por fontes alternativas e renováveis de energia. Embora várias alternativas tenham sido cogitadas durante o processo, a energia solar sempre teve um papel importante nesta nova conjuntura. Este tipo de energia aumentou significativamente a sua participação na forma que é mais utilizada: o aquecimento direto de água. Embora outros usos da energia solar, como para geração de eletricidade, estejam em estudo no Brasil, os projetos neste sentido ainda são incipientes. No país, os principais aproveitamentos sustentáveis estão direcionados para o uso de várias formas de biomassa. Se em grande escala o uso da energia solar ainda não merece destaque, o seu uso em residências representa um caso de sucesso. Os sistemas de aquecimento baseados em energia solar podem ser direcionados tanto para uso doméstico como para uso em piscinas possui inúmeras vantagens como: a economia de outras fontes de energia e uma eficiência energética adequada. Uma das maiores restrições à difusão destes sistemas é o seu elevado custo inicial. Uma tentativa de reduzir este custo é substituição dos coletores solares tradicionais por um sistema de custo menor e, de preferência, boa eficiência. Considerando esta situação, neste trabalho propõe-se a análise da eficiência de um modelo de coletor solar para piscina composto de tubos de polietileno arranjados numa geometria em espiral. Estudos mostram que a utilização deste novo conceito de coletor solar para piscina pode reduzir o custo inicial de instalação, permitindo seu uso em substituição a modelos comerciais. Visando a eficiência térmica do coletor, foi montando um experimento de acordo com o padrão da norma brasileira e um modelo teórico baseado em expressões disponíveis na literatura... / Concern about the environment and the increasing in energy cost has been representing an incentive in finding alternative and renewable energy sources. Although several alternatives had been congitated during this times, solar energy was always an important role in this new context. This energy form has significantly increased its participation in the group that it is most commonly used: the water heating. While other uses of solar energy, such as for electricity generation, are being studied in Brazil, the tests in this direction are still incipient. In the country, the main sustainable energy source is the direct use of biomass. If large-scale use of solar energy don't deserves mention it use on residential devices is a sucess. Heating systems based on solar energy can be directed for both domestic use and for use in swimming pools. The heating of swimming pool water has many advantages such as: the economy of other energy sources and energy efficiency appropriate. One of the major constraints to the diffusion of these systems is their high initial cost. An attempt to reduce this cost is to replace the traditional solar collector system for a lower cost, and preferably good efficiency. Considering this situation, this work analyzes the efficiency of a solar collector device constructed with polyethylene tubes arranged in a spiral geometry. Studies show that the use of this new concept of solar collector for swimming pool can reduce the initial cost of installation, allowing its use in replacement of commercial models. To evaluate the thermal efficiency of the collector, an experiment was set up according to the Brazilian standards and a theoretical model based on expressions available in the literature. Using these tools, it was performed a comparative analysis between the homemade spiral type and a commercial collector. Based on the results obtained it was found that the thermal behavior of the two devices is very similar

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-24T15:05:41Z No. of bitstreams: 1 LEONARDO PEREIRA DE LUCENA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 11573134 bytes, checksum: 689b988911a16bc701eb60fd11c48dac (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T15:05:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LEONARDO PEREIRA DE LUCENA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 11573134 bytes, checksum: 689b988911a16bc701eb60fd11c48dac (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / CNPq / Em face da atual crise energética, pela qual o Brasil vem passando, torna-se proeminente a inserção de novas fontes de energia a matriz energética nacional. Devido a sua localização e condições climáticas o nordeste brasileiro possui uma vocação para utilização de energia solar, principalmente para aplicações térmicas. Contudo os meios atualmente disponíveis são importados e a maioria deles apresentam temperaturas de trabalho inferiores a 50ºC. O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de um coletor solar cilíndrico parabólico 100% nacional e que possa atingir temperaturas da ordem de 90ºC. Foi utilizada uma metodologia de projeto que consistiu no estudo de diversos coletores solares a fim de propor um coletor solar cilíndrico parabólico inteiramente nacional. Foi desenvolvido uma sistema de rastreamento solar, bem como uma instrumentação que permite avaliar o desempenho térmico do equipamento. Para avaliação de desempenho, o equipamento, foi realizado um teste de campo, bem como a simulação numérica do coletor. O teste de campo foi realizado no período de 09:30:00 a 12:30:00 onde foram monitoradas a temperatura em diversos pontos do coletor. A simulação numérica consistiu na solução das principais equações fenomenológicas envolvidas no processo de aquecimento solar, a partir de características do coletor e dados de radiação aquisitivos no momento dos testes. Como principais resultados obteve-se a eficiência global do coletor de 27,7%, bem como uma boa concordância com entre a curva experimental e a obtida pelo software. / Given the current energy crisis, in which Brazil has been going trough, it becomes prominent inserting new energy sources to the national energy matrix. Due to its location and climate conditions, northeastern Brazil has a vocation for use of solar energy, especially for thermal applications. However currently available equipment to harness this energy, are imported and most of them have working temperatures below 50 ° C. This work aims the development of a cylindrical parabolic solar collector 100% national and that can reach temperatures of 100ºC. The design methodology consisted in the study of several solar collectors in order to propose an entirely nation Parabolic Trough. A solar tracking system has been developed, as well as an instrumentation one, which allows the assessment of the thermal performance of the equipment. For performance evaluation, the equipment went through a field test and numerical simulation of the collector was performed. The field test was carried out from 9h30am to 12:30am, where temperature in various points of the collector were monitored. The numerical simulation was based in the solution of the main phenomenological equations involved in a solar heating process, from collector features and radiation data during the tests. The main results obtained was the global efficiency of 27,7% as well as a good agreement between the experimental curve and the one obtained by the software.

Orientador: Vicente Luiz Scalon / Banca: André Luiz Seixlack / Banca: Délson Luiz Módolo / Resumo: A preocupação com o meio ambiente e o aumento do custo da energia tem representado um estímulo na busca por fontes alternativas e renováveis de energia. Embora várias alternativas tenham sido cogitadas durante o processo, a energia solar sempre teve um papel importante nesta nova conjuntura. Este tipo de energia aumentou significativamente a sua participação na forma que é mais utilizada: o aquecimento direto de água. Embora outros usos da energia solar, como para geração de eletricidade, estejam em estudo no Brasil, os projetos neste sentido ainda são incipientes. No país, os principais aproveitamentos sustentáveis estão direcionados para o uso de várias formas de biomassa. Se em grande escala o uso da energia solar ainda não merece destaque, o seu uso em residências representa um caso de sucesso. Os sistemas de aquecimento baseados em energia solar podem ser direcionados tanto para uso doméstico como para uso em piscinas possui inúmeras vantagens como: a economia de outras fontes de energia e uma eficiência energética adequada. Uma das maiores restrições à difusão destes sistemas é o seu elevado custo inicial. Uma tentativa de reduzir este custo é substituição dos coletores solares tradicionais por um sistema de custo menor e, de preferência, boa eficiência. Considerando esta situação, neste trabalho propõe-se a análise da eficiência de um modelo de coletor solar para piscina composto de tubos de polietileno arranjados numa geometria em espiral. Estudos mostram que a utilização deste novo conceito de coletor solar para piscina pode reduzir o custo inicial de instalação, permitindo seu uso em substituição a modelos comerciais. Visando a eficiência térmica do coletor, foi montando um experimento de acordo com o padrão da norma brasileira e um modelo teórico baseado em expressões disponíveis na literatura... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Concern about the environment and the increasing in energy cost has been representing an incentive in finding alternative and renewable energy sources. Although several alternatives had been congitated during this times, solar energy was always an important role in this new context. This energy form has significantly increased its participation in the group that it is most commonly used: the water heating. While other uses of solar energy, such as for electricity generation, are being studied in Brazil, the tests in this direction are still incipient. In the country, the main sustainable energy source is the direct use of biomass. If large-scale use of solar energy don't deserves mention it use on residential devices is a sucess. Heating systems based on solar energy can be directed for both domestic use and for use in swimming pools. The heating of swimming pool water has many advantages such as: the economy of other energy sources and energy efficiency appropriate. One of the major constraints to the diffusion of these systems is their high initial cost. An attempt to reduce this cost is to replace the traditional solar collector system for a lower cost, and preferably good efficiency. Considering this situation, this work analyzes the efficiency of a solar collector device constructed with polyethylene tubes arranged in a spiral geometry. Studies show that the use of this new concept of solar collector for swimming pool can reduce the initial cost of installation, allowing its use in replacement of commercial models. To evaluate the thermal efficiency of the collector, an experiment was set up according to the Brazilian standards and a theoretical model based on expressions available in the literature. Using these tools, it was performed a comparative analysis between the homemade spiral type and a commercial collector. Based on the results obtained it was found that the thermal behavior of the two devices is very similar / Mestre

Para os estudiosos do clima, com o Aquecimento Global estamos diante do maior desafio que a humanidade já conheceu, sendo que para vencermos este desafio é necessário primeiramente remover o descrédito na real situação do planeta, bem como a paralisia dos gestores mundiais. Pois o Aquecimento Global requer uma profunda transformação no paradigma moderno de competição para um paradigma de cooperação, teríamos quer mudar principalmente nossa relação de consumo que é a base da economia moderna. Como uma mudança deste porte necessita ser feita por meio do Imaginário das pessoas, desta forma, tentou-se verificar qual então seria o Imaginário do Aquecimento Global, indagando-se a respeito de que se está havendo realmente uma mudança de mentalidade ou uma tomada de consciência maior da população com relação às questões ambientais. O debate em torno das mudanças climáticas ocorre atualmente nos media, dentro de uma esfera pública discursiva ecoa simbolicamente como uma espécie de ágora mediatizada. Portanto, se existe um acontecimento comunicacional é a própria discussão que ocorre nos media, enquanto espaço ou esfera pública do debate contemporâneo e, que dessa forma ganhou também o espaço das ruas, praças e lares. Assim, mesmo que lentamente, verifica-se que existe uma mudança de mentalidade da população em geral com relação às questões ambientais no século XXI, seja porque as questões do meio ambiente estejam sempre presentes nos media, seja porque as mudanças climáticas são visíveis, embora pouco dessa consciência tem se transformado em ação efetiva. De qualquer forma, o que parece certo é que a grande festa do consumo do século XX acabou, embora boa parte da humanidade sequer chegou a fazer parte dela embora sendo os primeiros a sofrerem com suas inevitáveis conseqüências. / The clime scientists said the Worm world is the biggest challenge that the Humanity has already faced and to win this problem it is necessary that world managers believe in real situation of planet for incentive people for action. It is the biggest challenge because it is necessary a total change to the action, the humanity cannot continue to be using the resources of earth planet without conscience. It seems that the big party of consume in the 20th Century has finally finished, although little people had the opportunity to take part in it. To change the attitude and imaginary is not ease at all. How can we change from one paradigm of competition to a new paradigm of cooperation? What does the people think about the worm world and what is the influence of mass communication in people´s thinking? We know that the people know about worn world, especially, because of information from the mass media, but they dont have a great understanding of the issue, however they get a sensitive consciousness about the problem.

O setor residencial reflete a cultura do uso excessivo da eletricidade para aquecimento de água. Para este uso final, a inclusão de gás e complementação com energia termo-solar pode apresentar vantagem por se tratar de energia final mais compatível com os processos de transformação em energia útil na forma de calor. A inclusão destas fontes pode propiciar uma diminuição de sobrecarga no sistema elétrico e da eletrotermia no setor residencial. Este trabalho faz uma avaliação econômica dos sistemas de aquecimento de água elétrico, a gás e solar. Os sistemas são analisados considerando custos de infra-estrutura, com diferentes disponibilidades de uso, custos de equipamentos e de operação para vários níveis de consumo. A avaliação é aplicada a 3 tipologias de edificações verticais representativas no mercado da construção civil da Região Metropolitana de São Paulo. Os custos de serviço de aquecimento de água quente estão apresentados em função do volume de água consumido. / The residential sector reflects the culture of the indiscriminate use of electricity water heating. Inclusion of gas and thermosolar energy to the electrical supply system may present advantages as they are more compatible to consumer\"s heat transformation processes. In addition these new sources of energy may decrease the electrical and electrothermal system overload in the residential sector. This study is an economic evaluation of the electric, gas and solar water heating systems. The heating systems are analyzed taking in consideration infrastructure costs, and equipment and operation costs for different levels of consumption. The evaluation is applied to three typologies of vertical residential edifications that represent the civil construction market of the São Paulo metropolitan area. The costs of water heating service are presented in function of the consumed volume of water.

The aim of this research was to evaluate and compare the behavior of temperature inside poultry sheds with bell jar type gas conventional heating and heating in the floor with use of a heat exchanger. It was used the public domain program FEMM 4.2 for the analysis of temperature through the use of finite elements techniques with data collected from two lots. Heating in the floor is made with the hot water flowing through a heat exchanger, which is installed below the bed; this hot water is from solar heaters. From the results obtained with the simulations can be observed that the heating through the floor provides a more homogeneous distribution breast when compared with the bell jar type heating. The flow of heat is upwards supplying thus the most needed heating of the bird that is the pectoral part. Energy consumption evaluation was made with use of LPG; this has enabled a comparative analysis of the quantity of electric energy necessary to provide the same thermal energy and the financial expenses obtained with the heating though LPG or electric energy for each lot. / Essa pesquisa foi conduzida com o objetivo de avaliar e comparar o comportamento da temperatura dentro do galpão avícola com aquecimento convencional tipo campânula a gás com o aquecimento pelo piso com o uso de serpentina. Foi utilizado para a análise do comportamento da temperatura o programa de computador de domínio público FEMM 4.2 que utiliza técnicas de elementos finitos, com base em 2 dos lotes coletados. O aquecimento pelo piso se dá com a utilização de água quente passando por um sistema tipo serpentina, que é instalada abaixo da cama, essa água quente é proveniente de aquecedor solar. A partir dos resultados obtidos com as simulações nota-se que o aquecimento através do piso fornece uma distribuição mais homogênea da temperatura quando comparado com o aquecimento tipo campânula. O fluxo de calor se dá de baixo para cima suprindo assim a necessidade maior de aquecimento da ave que é na parte peitoral. Foi realizada uma avaliação do consumo energético com a utilização do GLP, o que possibilitou uma análise comparativa da quantidade de energia elétrica necessária para fornecer a mesma energia térmica e os gastos financeiros obtidos com o aquecimento via GLP ou energia elétrica para cada lote. / Doutor em Ciências

O setor residencial reflete a cultura do uso excessivo da eletricidade para aquecimento de água. Para este uso final, a inclusão de gás e complementação com energia termo-solar pode apresentar vantagem por se tratar de energia final mais compatível com os processos de transformação em energia útil na forma de calor. A inclusão destas fontes pode propiciar uma diminuição de sobrecarga no sistema elétrico e da eletrotermia no setor residencial. Este trabalho faz uma avaliação econômica dos sistemas de aquecimento de água elétrico, a gás e solar. Os sistemas são analisados considerando custos de infra-estrutura, com diferentes disponibilidades de uso, custos de equipamentos e de operação para vários níveis de consumo. A avaliação é aplicada a 3 tipologias de edificações verticais representativas no mercado da construção civil da Região Metropolitana de São Paulo. Os custos de serviço de aquecimento de água quente estão apresentados em função do volume de água consumido. / The residential sector reflects the culture of the indiscriminate use of electricity water heating. Inclusion of gas and thermosolar energy to the electrical supply system may present advantages as they are more compatible to consumer\"s heat transformation processes. In addition these new sources of energy may decrease the electrical and electrothermal system overload in the residential sector. This study is an economic evaluation of the electric, gas and solar water heating systems. The heating systems are analyzed taking in consideration infrastructure costs, and equipment and operation costs for different levels of consumption. The evaluation is applied to three typologies of vertical residential edifications that represent the civil construction market of the São Paulo metropolitan area. The costs of water heating service are presented in function of the consumed volume of water.

Para medir o impacto de mudanças climáticas, acompanhadas variações do investimento agrícola, sobre a atividade agrícola brasileira, foram estimadas conjuntamente funções de receita e de custo de produtos e insumos agrícolas. Estas foram derivadas de uma função de lucro restrita, condicional a variáveis de clima e investimento. A pesquisa inova pela metodologia, diferente das demais empregadas anteriormente para o caso brasileiro, pela maior precisão dos dados de clima e pela inclusão do investimento agrícola como variável de mitigação dos efeitos gerados pela variação climática. Os resultados mostraram uma redução da lucratividade agrícola para o Brasil com o aumento da temperatura e precipitação no longo prazo, apesar de variarem conforme regiões. Saíram beneficiadas regiões mais ricas, em detrimento das mais pobres, cuja maior parte da produção agrícola é voltada para a subsistência. O investimento agrícola atuou como redutor desta tendência, de crescimento da desigualdade agrícola, ajudando a reverter apenas parcialmente o efeito do aquecimento. / To measure the impact of climate changes along with changes in agricultural investments in Brazil\'s agricultural sector, this paper jointly estimates revenue functions for the outputs and cost functions for the inputs. These equations were derived from a restricted profit function conditional to climate and investment variables. The paper innovates by using the profit function approach to study Brazils agricultural sector. It also brings more precise data and adds investment as a relevant variable in the model. Results show a reduction in profitability as temperature and precipitation grow, but they are not homogeneous amongst the different regions. Richer regions seem to do better than the poor ones, which have a large part of their production focused on subsistence. Investment seems to act as a counterbalance to this trend of increasing agricultural inequality, partially reverting the global warming effects.

A expansão da fronteira agrícola amazônica representa possivelmente a mais extensa e profunda mudança no uso da terra do mundo contemporâneo. Estima-se que a Bacia Amazônica já teve 20% de sua área desmatada e seus ecossistemas aquáticos, que abrigam a maior diversidade de peixes de água doce do planeta, também vem enfrentando inúmeras outras pressões, entre elas a construção de barragens. O desmatamento e a construção de barragens causam profundas alterações nas características bióticas e abióticas dos ecossistemas lóticos, incluindo o aquecimento da água e mudanças na composição e estrutura das assembleias de peixes. Existem inúmeras evidências de que o aumento da temperatura afeta negativamente o tamanho corporal dos organismos, e aquecimentos provocados por mudanças climáticas já foram relacionados com reduções no tamanho corporal de peixes. Contudo, faltam estudos que demonstrem que processos locais e regionais de grande relevância como as mudanças no uso da terra, também podem causar o mesmo resultado. Com foco geográfico no arco do desmatamento amazônico nas cabeceiras do Rio Xingu, os objetivos desta tese foram, (i) investigar os efeitos do desmatamento e da construção de barragens sobre características ambientais, e sobre a composição e estrutura das assembleias de peixes em riachos de primeira ordem; e (ii) testar as hipóteses de que a conversão de florestas em áreas agrícolas está associada a um aquecimento dos riachos e a uma redução no tamanho corporal dos peixes, e que esta redução no tamanho corporal é resultado de alterações na crescimento dos peixes, seja por mecanismos de adaptação e/ou por plasticidade fenotípica, promovidas pelo aquecimento do ambiente. No primeiro capítulo desta tese, demonstramos que o desmatamento e a construção de barragens provocam alterações em características ambientais dos riachos de primeira ordem que afetam a disponibilidade de hábitat para os peixes. Isto resultou em alterações na composição e estrutura das assembleias, de forma que riachos de área agrícola apresentaram maior abundância e biomassa de peixes que riachos de floresta. Trechos represados apresentaram menor riqueza de espécies que trechos lóticos tanto em ambientes florestados como desmatados, sugerindo que a construção de barragens constitui uma ameaça significativa para a conservação da biodiversidade de peixes. No segundo capítulo, combinamos amostragem em campo e experimentos em laboratório e campo para demonstrar que a conversão de florestas em áreas agrícolas aqueceos riachos de cabeceira e reduz o tamanho corporal dos peixes através de alterações nas taxas de crescimento individual Os aquecimentos e reduções de tamanho que observamos foram consideravelmente maiores que os reportados na literatura para os efeitos observados e previstos do aquecimento global. Este é o primeiro estudo, até onde nós sabemos, que investigou os efeitos do aquecimento provocado pelo desmatamento no tamanho corporal de peixes. É possível que reduções no tamanho corporal de peixes mediadas pelo aquecimento estejam ocorrendo ao longo de todo o arco do desmatamento, onde riachos de primeira ordem coletivamente contribuem com grande fração da biodiversidade de espécies amazônicas, muitas delas endêmicas. / The expansion of the Amazonian agricultural frontier possibly represents the most extensive and profound land use change in the contemporary world. Deforestation, dam construction, and numerous other pressures have serious impacts on its aquatic ecosystems, that collectively hold the greatest diversity of freshwater fish on the planet. Deforestation and dam construction cause profound changes in biotic and abiotic characteristics of stream ecosystems, including water heating and changes in the composition and structure of fish assemblages. There are many evidences that the increase in temperature negatively affect organisms body size, and warming caused by climate changes have already been associated with reductions in fish body size. However, there are no studies showing that local and regional processes of major relevance, such land use changes, can also cause the same result. With a geographic focus on the Amazonian arc of deforestation in the headwaters of the Xingu River, the objectives of this thesis were: (i) to investigate the effects of deforestation and dam construction on environmental characteristics, and on the composition and structure of fish assemblages in first order streams; and (ii) to test the hypothesis that the conversion of forests into agricultural areas is associated with stream warming and reductions in fish body size, and that this reduction in body size is a result of changes in individual growth caused by adaptation and/or phenotypic plasticity, promoted by environmental warming. In the first chapter of this thesis, we show that deforestation and the construction of dams cause changes in environmental characteristics of first-order streams that affect the habitat availability for fish. This resulted in changes in the composition and structure of assemblages, so that agricultural area streams showed higher abundance and biomass of fish that forest streams. Reservoirs had lower species richness than lotic stretches both in forested and deforested streams, suggesting that the construction of dams poses a significant threat to the conservation of fish biodiversity. In the second chapter, we combine field sampling and laboratory and field experiments to demonstrate that the conversion of forests into agricultural areas warms headwater streams and reduces fish body size through changes in individual growth rates. Warming and size reductions we observed were considerably higher than those reported in the literature for the observed and predicted effects of global warming. This is the first study as far as we know, that investigated the effects of warming caused by deforestation in fish body size. It is possible that a broad scale fish body size reduction due to warming is occurring throughout the arc of deforestation, in streams that collectively account for a large fraction of Amazonian fish biodiversity.