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Sistema híbrido para la predicción del funcionamiento de una celda de combustible basada en hidrógeno, empleada en el almacenamiento de energía
Full text link[ES] En la actualidad, en gran medida debido al auge del vehículo eléctrico, los sistemas de almacenamiento energético son cada vez una necesidad mayor siendo tanto las baterías eléctricas como las pilas de combustible, las dos tecnologías en mayor desarrollo en los últimos años. Sin embargo, no es suficiente sólo desarrollar sistemas de almacenamiento de energía, sino que es indispensable maximizar la eficiencia de los mismos, para garantizar el máximo aprovechamiento de la energía almacenada. Para alcanzar dicho objetivo, uno de los aspectos más relevantes es el poder predecir con suficiente exactitud y antelación tanto la generación como el consumo energético que se haría sobre el dispositivo de almacenamiento. Es por ello, que la presente investigación se centra en el desarrollo de un sistema híbrido de modelado de una celda de combustible mediante técnicas de aprendizaje no supervisado para agrupamientos, combinadas con técnicas de regresión para modelado. Finalmente, los modelos generados con conjunto de datos real proveniente de un sistema de generación y almacenamiento de energía mediante una celda de hidrógeno, son validados obteniendo resultados altamente satisfactorios.[EN] Currently, largely due to the rise of the electric vehicle, energy storage systems are becoming agreater need, being both electric batteries and fuel cells, the two most developed technologies in recent years. However, it is not enough just to develop energy storage system, but it is essential to maximize the efficiency of them, in order to take the maximum advantage of the stored energy. To reach this goal, one of the most relevant aspects is to predict with enough accuracy and in advance both the generation and consumption of energy that will be made on the storage device. For this reason, the present research focuses on the development of a hybrid system for modeling a fuel cell using unsupervised learning techniques for clustering combined with regression techniques for modeling. Finally, the models generated on a real dataset, coming from an experimental real generation and storage system of energy by means of a hydrogen cell, are validated obtaining highly satisfactory results
Potencial residuo eólico en Galicia
No full textMestrado de dupla diplomação com a Universidade de CoruñaEl presente trabajo de fin de máster se enfoca en el problema que supone, en la actualidad, el residuo generado por los parques eólicos, tan necesarios a día de hoy para la generación de energía eléctrica.
Se parte de una perspectiva más general analizando lo que es el residuo eólico y las tecnologías de reciclaje y tratamiento actuales relacionados con este tipo de residuo, para acabar enfocándose en la situación gallega y el cálculo del potencial residuo mediante la aplicación de un modelo matemático.
En la actualidad existen una amplia variedad de modelos matemáticos para el cálculo del residuo eólico, dos de ellos han servido de inspiración para la elaboración de este trabajo: el modelo de H. Albers, por ser uno de los primeros y que sirve de base para la elaboración de la gran mayoría de los modelos posteriores, y el de Liu y Barlow, por ser uno de los más completos. El modelo matemático de este TFM ha considerado información proveniente de 357 turbinas eólicas de diferentes fabricantes, con un rango de potencia nominal desde los 50 kW (0.05 MW) a los 14 MW, con la finalidad de relacionar intervalos de potencia nominal (kW) con el valor de la mediana del peso de los aerogeneradores (Tn).
Los datos utilizados los ha proporcionado el Observatorio Eólico de Galicia, en cuanto a potencia instalada (3,412 MW) , número de aerogeneradores (4,026 en un total de 164 parques eólicos) y ubicación de los mismos a nivel municipal y autonómico. Con estos datos hemos sido capaces de realizar varias hipótesis de cálculo de residuo eólico, con previsión a distintos años y a diferentes niveles administrativos, con los siguientes resultados:
- Hipótesis Nº1: “Cálculo del RE en Galicia hasta el 2030” → peso total del residuo eólico generado desde el año 1997 hasta el año 2030 igual a 40,114.36 toneladas, con unos costes de entierro asociados de 1,083,087.80 €.
- Hipótesis Nº2 “Cálculo del RE en Galicia hasta el 2045” → peso total del residuo eólico generado desde el año 1997 hasta el año 2045 igual a 40,699.21 toneladas, con unos costes de entierro asociados de 1,098,878.60 €.
- Hipótesis Nº3 “Cálculo del RE a nivel provincial y municipal” → peso total del residuo eólico generado igual a 38,404.4 toneladas, distribuido provincialmente:
▪ A Coruña: 9,424.4 toneladas.
▪ Lugo: 19,230.0 toneladas.
▪ Pontevedra: 5,952.0 toneladas.
▪ Ourense: 3,798.0 toneladas.
- Hipótesis Nº4: Ubicación de central de gestión de RE → En base a los resultados obtenidos de cantidad de residuo eólico y ubicación del mismo, se ha calculado mediante la ecuación del centro de masas o centroide. la localización de una futura central de tratamiento y gestión de residuo eólico en la comunidad gallega, optimizando su localización geográfica, en términos de logística y transporte. Siguiendo estos criterios se determina como la mejor ubicación para una futura central de gestión de residuo eólico, el municipio de Guitiriz, en la provincia de Lugo.Esta dissertação de mestrado centra-se no problema que é causado pelos resíduos gerados pelos parques eólicos, tão necessários hoje para a geração de eletricidade.
Parte-se de uma perspectiva mais geral, analisando o que são os resíduos eólicos e as tecnologias atuais de reciclagem e tratamento relacionadas com este tipo de resíduos, para acabar por focar-se na situação galega e no cálculo dos potenciais resíduos através da aplicação de um modelo matemático.
Atualmente existe uma grande variedade de modelos matemáticos para cálculo da quantidade do resíduo eólico, dois deles serviram de inspiração para a elaboração deste trabalho: o modelo de H. Albers, por ser um dos primeiros e servir de base para a elaboração de a grande maioria dos modelos posteriores, e o de Liu e Barlow, por ser um dos mais completos. O modelo matemático desta dissertação considerou informações de 357 aerogeradores de diferentes fabricantes, com potências em faixas nominais de 50 kW (0,05 MW) a 14 MW para relacionar os intervalos de potência nominal (kW) com o valor médio do peso das turbinas eólicas (Tn).
Os dados utilizados foram fornecidos pelo Observatório Eólico da Galiza, em termos de potência instalada (3.412 MW), número de aerogeradores (4.026 num total de 164 parques eólicos) e sua localização a nível municipal e regional. Com estes dados conseguiu-se determinar vários cenários para o cálculo do desperdício de energia eólica, com previsões para diferentes anos e em diferentes níveis administrativos, com os seguintes resultados:
- Cenário n.º 1: “Cálculo da ER na Galiza até 2030” → peso total de resíduos eólicos gerados de 1997 a 2030 igual a 40.114,36 toneladas, com custos de aterro de € 1.083.087,80.
- Cenário n.º 2 “Cálculo de ER na Galiza até 2045” → peso total de resíduos eólicos gerados de 1997 a 2045 igual a 40.699,21 toneladas, com custos de aterro de € 1.098.878,60.
- Cenário nº 3 “Cálculo de ER a nível provincial e municipal” → peso total de resíduos eólicos gerados igual a 38.404,4 toneladas, distribuídos provincialmente:
▪ A Corunha: 9.424,4 toneladas.
▪ Lugo: 19.230,0 toneladas.
▪ Pontevedra: 5.952,0 toneladas.
▪ Ourense: 3.798,0 toneladas.
- Cenário n.º 4: Localização da central de gestão de ER → Com base nos resultados obtidos a partir da quantidade de resíduos eólicos e da sua localização, foi calculada através da equação do centro de massa a localização de uma futura estação de tratamento e gestão de resíduos eólicos na comunidade galega, otimizando a sua localização geográfica em termos de logística. Seguindo estes critérios, determinou-se o município de Guitiriz, na província de Lugo, como a melhor localização para uma futura central de gestão de resíduos eólicos
Implementación de algoritmos de asistencia y recomendación para la toma de decisiones y detección de situaciones singulares en sistemas complejos mediante técnicas inteligentes
Full text link[Resumen] El presente trabajo de investigación aborda, por una parte, la implementación de
herramientas capaces de ofrecer asistencia y recomendación en la toma de decisiones
y, por otra parte, el estudio e implantación de mecanismos para detectar situaciones
singulares en sistemas complejos.
Debido a que esta Tesis Doctoral se presenta de acuerdo con la modalidad de compendio
de publicaciones, se incluyen en este documento, además de la correspondiente
contextualización del problema, el contenido de tres artículos de investigación publicados
en revistas indexadas en el Journal Citation Reports. Estos tres trabajos están
enlazados a través de un hilo conductor en el cual se refleja el avance de la investigación.
En relación a los métodos de asistencia y recomendación en la toma de decisiones,
en el primero de los trabajos, se desarrolla con éxito un sistema capaz de determinar,
con antelación, la dosis de fármaco anestésico que un paciente deber a recibir durante
un proceso quirúrgico. Esta herramienta resulta de especial interés para asesorar al
personal clínico sobre cual debería ser la línea de actuación a lo largo de la operación.
Sin embargo, para llevar a cabo la detección de eventos adversos, se pone de relieve
la dependencia de un usuario experto con conocimiento previo del sistema, capaz de
delimitar, en base a su experiencia, el funcionamiento normal.
Con el n de abordar el diseño de sistemas capaces de detectar singularidades con
independencia de un usuario con experiencia, el segundo de los trabajos propuestos
profundiza en el empleo de técnicas semisupervisadas para extraer conocimiento del
comportamiento habitual de una batería. La detección de eventos singulares sin necesidad
de un usuario experto se lleva a cabo de manera satisfactoria, validando la
propuesta con buenos resultados. Finalmente, el tercero de los trabajos, propone la
aplicación de las técnicas semisupervisadas empleadas en la segunda contribución, sobre
el caso de estudio de la primera. Así, se consigue un sistema que, a pesar de no
ofrecer información a futuro de la evolución del paciente, consigue detectar situaciones
singulares en el proceso anestésico, prescindiendo de la experiencia de un usuario
experto acerca del sistema, asegurando así el transcurso adecuado de la intervención..[Resumo] Este traballo de investigación aborda, por unha banda, a implementación de ferramentas
capaces de ofrecer asistencia e recomendación na toma de decisións e, por outra
banda, o estudo e implantación de mecanismos para detectar situacións singulares en
sistemas complexos.
Debido a que esta Tese de Doutoramento presentase segundo a modalidade de
compendio de publicacións, ademais da correspondente contextualización do problema,
recóllese neste documento o contido de tres artigos de investigación publicados en
revistas indexadas nos Journal Citation Reports. Estes tres traballos están ligados a
través dun fío condutor no que se reflicte o avance da investigación.
En relación aos métodos de asistencia e recomendación na toma de decisións, no
primeiro dos traballos desenvolvense con éxito un sistema capaz de determinar, con
antelación, a dose de fármaco anestésico que debe recibir un paciente durante un proceso
cirúrxico. Esta ferramenta é de especial interese para asesorar ao persoal clínico sobre cal
debe ser o curso de acción ao longo da operación. Non obstante, para realizar a detección
de eventos adversos, destaca a dependencia dun usuario experto con coñecementos
previos do sistema, capaz de delimitar, en función da súa experiencia, o funcionamento
normal.
Para abordar o deseño de sistemas capaces de detectar singularidades sen a dependencia
dun usuario experimentado, o segundo dos traballos propostos afonda no uso
de técnicas semisupervisadas para extraer coñecemento do comportamento habitual
dunha batería. A detección de eventos singulares sen necesidade dun usuario experto
realízase satisfactoriamente, validando a proposta con bos resultados. Finalmente, o
terceiro dos traballos propón a aplicación das técnicas semisupervisadas empregadas
na segunda contribución, sobre o caso de estudo da primeira. Así, conséguese un sistema
que, malia non ofrecer información futura sobre a evolución do paciente, consegue
detectar situacións singulares no proceso anestésico, prescindindo da experiencia dun
usuario experto sobre o sistema, garantindo así o correcto curso do procedemento da intervención.[Abstract] The present research deals with the implementation of tools to provide technical
guidance in the decision making, and to develop mechanisms to detect singular events
in complex systems.
Due to the fact that this Doctoral Thesis is presented following the compendium of
publications modality, after an initial contextualization, the content of three research
papers, which are published in Journal Citation Reports indexed journals, is included.
These research works are linked through a central thread that re
ects the progressive
evolution of the contributions.
Regarding the methods to provide technical guidance, in the rst work it is implemented
a system to determine in advance, the anesthetic drug dose in patients
undergoing surgery. The developed tool is especially interesting to aid clinical sta
about how to proceed during surgery. However, to determine adverse situations, it is
emphasized the importance of having a human expert with the ability to identify, from
his experience, the normal operation.
To face the development of systems to detect singularities without the need a human
expert, the second work deals with the use of semisupervised techniques to extract
knowledge from the normal performance of a battery. The detection of unexpected
events without previous human expertise is carried out with successful results. Finally,
the last research work proposes the application of the semisupervised techniques used
in the second contribution over the case of study of the rst paper. Then, although
the obtained system does not provide an estimation of the patient state, it detects
any singular situation in the anesthetic process without the need of a human expert,
ensuring the proper surgery development
Potencial residuo eólico en Galicia
Full text linkMestrado de dupla diplomação com a Universidade de CoruñaEl presente trabajo de fin de máster se enfoca en el problema que supone, en la actualidad, el residuo generado por los parques eólicos, tan necesarios a día de hoy para la generación de energía eléctrica.
Se parte de una perspectiva más general analizando lo que es el residuo eólico y las tecnologías de reciclaje y tratamiento actuales relacionados con este tipo de residuo, para acabar enfocándose en la situación gallega y el cálculo del potencial residuo mediante la aplicación de un modelo matemático.
En la actualidad existen una amplia variedad de modelos matemáticos para el cálculo del residuo eólico, dos de ellos han servido de inspiración para la elaboración de este trabajo: el modelo de H. Albers, por ser uno de los primeros y que sirve de base para la elaboración de la gran mayoría de los modelos posteriores, y el de Liu y Barlow, por ser uno de los más completos. El modelo matemático de este TFM ha considerado información proveniente de 357 turbinas eólicas de diferentes fabricantes, con un rango de potencia nominal desde los 50 kW (0.05 MW) a los 14 MW, con la finalidad de relacionar intervalos de potencia nominal (kW) con el valor de la mediana del peso de los aerogeneradores (Tn).
Los datos utilizados los ha proporcionado el Observatorio Eólico de Galicia, en cuanto a potencia instalada (3,412 MW) , número de aerogeneradores (4,026 en un total de 164 parques eólicos) y ubicación de los mismos a nivel municipal y autonómico. Con estos datos hemos sido capaces de realizar varias hipótesis de cálculo de residuo eólico, con previsión a distintos años y a diferentes niveles administrativos, con los siguientes resultados:
- Hipótesis Nº1: “Cálculo del RE en Galicia hasta el 2030” → peso total del residuo eólico generado desde el año 1997 hasta el año 2030 igual a 40,114.36 toneladas, con unos costes de entierro asociados de 1,083,087.80 €.
- Hipótesis Nº2 “Cálculo del RE en Galicia hasta el 2045” → peso total del residuo eólico generado desde el año 1997 hasta el año 2045 igual a 40,699.21 toneladas, con unos costes de entierro asociados de 1,098,878.60 €.
- Hipótesis Nº3 “Cálculo del RE a nivel provincial y municipal” → peso total del residuo eólico generado igual a 38,404.4 toneladas, distribuido provincialmente:
▪ A Coruña: 9,424.4 toneladas.
▪ Lugo: 19,230.0 toneladas.
▪ Pontevedra: 5,952.0 toneladas.
▪ Ourense: 3,798.0 toneladas.
- Hipótesis Nº4: Ubicación de central de gestión de RE → En base a los resultados obtenidos de cantidad de residuo eólico y ubicación del mismo, se ha calculado mediante la ecuación del centro de masas o centroide. la localización de una futura central de tratamiento y gestión de residuo eólico en la comunidad gallega, optimizando su localización geográfica, en términos de logística y transporte. Siguiendo estos criterios se determina como la mejor ubicación para una futura central de gestión de residuo eólico, el municipio de Guitiriz, en la provincia de Lugo.Esta dissertação de mestrado centra-se no problema que é causado pelos resíduos gerados pelos parques eólicos, tão necessários hoje para a geração de eletricidade.
Parte-se de uma perspectiva mais geral, analisando o que são os resíduos eólicos e as tecnologias atuais de reciclagem e tratamento relacionadas com este tipo de resíduos, para acabar por focar-se na situação galega e no cálculo dos potenciais resíduos através da aplicação de um modelo matemático.
Atualmente existe uma grande variedade de modelos matemáticos para cálculo da quantidade do resíduo eólico, dois deles serviram de inspiração para a elaboração deste trabalho: o modelo de H. Albers, por ser um dos primeiros e servir de base para a elaboração de a grande maioria dos modelos posteriores, e o de Liu e Barlow, por ser um dos mais completos. O modelo matemático desta dissertação considerou informações de 357 aerogeradores de diferentes fabricantes, com potências em faixas nominais de 50 kW (0,05 MW) a 14 MW para relacionar os intervalos de potência nominal (kW) com o valor médio do peso das turbinas eólicas (Tn).
Os dados utilizados foram fornecidos pelo Observatório Eólico da Galiza, em termos de potência instalada (3.412 MW), número de aerogeradores (4.026 num total de 164 parques eólicos) e sua localização a nível municipal e regional. Com estes dados conseguiu-se determinar vários cenários para o cálculo do desperdício de energia eólica, com previsões para diferentes anos e em diferentes níveis administrativos, com os seguintes resultados:
- Cenário n.º 1: “Cálculo da ER na Galiza até 2030” → peso total de resíduos eólicos gerados de 1997 a 2030 igual a 40.114,36 toneladas, com custos de aterro de € 1.083.087,80.
- Cenário n.º 2 “Cálculo de ER na Galiza até 2045” → peso total de resíduos eólicos gerados de 1997 a 2045 igual a 40.699,21 toneladas, com custos de aterro de € 1.098.878,60.
- Cenário nº 3 “Cálculo de ER a nível provincial e municipal” → peso total de resíduos eólicos gerados igual a 38.404,4 toneladas, distribuídos provincialmente:
▪ A Corunha: 9.424,4 toneladas.
▪ Lugo: 19.230,0 toneladas.
▪ Pontevedra: 5.952,0 toneladas.
▪ Ourense: 3.798,0 toneladas.
- Cenário n.º 4: Localização da central de gestão de ER → Com base nos resultados obtidos a partir da quantidade de resíduos eólicos e da sua localização, foi calculada através da equação do centro de massa a localização de uma futura estação de tratamento e gestão de resíduos eólicos na comunidade galega, otimizando a sua localização geográfica em termos de logística. Seguindo estes critérios, determinou-se o município de Guitiriz, na província de Lugo, como a melhor localização para uma futura central de gestão de resíduos eólicos
Análise de consumo enerxético mediante tecnoloxías IoT
No full textMestrado de dupla diplomação com a Universidade de A CoruñaA importancia da eficiencia enerxética e da sustentabilidade dos recursos na sociedade
actual non é discutible. O consumo responsable dos recursos enerxéticos condiciona a
economía, o desenvolvemento tecnolóxico e a cuestión medioambiental a nivel global. Cun
enfoque máis concreto, falando de espazos de traballo e residencia, o confort dos individuos
vese afectado polas condicións ambientais nas que se atopan, que están directamente
relacionadas co uso dos elementos de iluminación e climatización, entre outros. É dicir,
elementos que fan uso da enerxía eléctrica.
Establecer unhas condicións de confort no ambiente, á vez que se reducen os gastos
innecesarios de enerxía, son dous dos obxectivos do movemento smart building e dos
“ambientes intelixentes”. Estas correntes tecnolóxicas pretenden mellorar a estancia dos
individuos e favorecer o desenvolvemento das actividades que en eles se levan a cabo,
facendo un uso responsable dos recursos segundo as necesidades e preferencias dos usuarios.
Esta tese recolle estos obxectivos mediante a realización dunha solución de smart lab
de baixo custo no Laboratorio de Investigación e Innovación (L2I) do Research Centre
in Digitalization and Intelligent Robotics (CeDRI) do Instituto Politécnico de Bragança.
Búscase mellorar as condicións de traballo e, simultaneamente, fomentar o uso ético e
sustentable dos recursos enerxéticos dos que se dispón neste lugar (iluminación, sistemas
de aire acondicionado e quencemento, por exemplo).
Desenvólvese un sistema de monitorización e control no laboratorio baseado en tecnoloxías
Internet of Things (IoT) low cost. Unha rede de sete módulos formados por
sensores é deseñada e distribuida no espazo, co obxectivo de captar información relativa ás condicións ambientais e ao estado do entorno. Esta información é almacenada nunha
base de datos de InfluxDB e utilizada polo framework Grafana para a visualización gráfica
da mesma e a toma de decisións relativas á eficiencia enerxética.
O sistema deseñado é utilizado para a xestión dos recursos de iluminación, ventilación,
calefacción e aire acondicionado do laboratorio mediante un sistema de alertas e avisos
aos usuarios. Estas alertas establecen indicacións aos individuos de posibles medidas a
tomar para realizar un uso máis eficiente da enerxía, evitar desperdicios innecesarios e
incrementar o confort
Análise de consumo enerxético mediante tecnoloxías IoT
Full text linkMestrado de dupla diplomação com a Universidade de A CoruñaA importancia da eficiencia enerxética e da sustentabilidade dos recursos na sociedade
actual non é discutible. O consumo responsable dos recursos enerxéticos condiciona a
economía, o desenvolvemento tecnolóxico e a cuestión medioambiental a nivel global. Cun
enfoque máis concreto, falando de espazos de traballo e residencia, o confort dos individuos
vese afectado polas condicións ambientais nas que se atopan, que están directamente
relacionadas co uso dos elementos de iluminación e climatización, entre outros. É dicir,
elementos que fan uso da enerxía eléctrica.
Establecer unhas condicións de confort no ambiente, á vez que se reducen os gastos
innecesarios de enerxía, son dous dos obxectivos do movemento smart building e dos
“ambientes intelixentes”. Estas correntes tecnolóxicas pretenden mellorar a estancia dos
individuos e favorecer o desenvolvemento das actividades que en eles se levan a cabo,
facendo un uso responsable dos recursos segundo as necesidades e preferencias dos usuarios.
Esta tese recolle estos obxectivos mediante a realización dunha solución de smart lab
de baixo custo no Laboratorio de Investigación e Innovación (L2I) do Research Centre
in Digitalization and Intelligent Robotics (CeDRI) do Instituto Politécnico de Bragança.
Búscase mellorar as condicións de traballo e, simultaneamente, fomentar o uso ético e
sustentable dos recursos enerxéticos dos que se dispón neste lugar (iluminación, sistemas
de aire acondicionado e quencemento, por exemplo).
Desenvólvese un sistema de monitorización e control no laboratorio baseado en tecnoloxías
Internet of Things (IoT) low cost. Unha rede de sete módulos formados por
sensores é deseñada e distribuida no espazo, co obxectivo de captar información relativa ás condicións ambientais e ao estado do entorno. Esta información é almacenada nunha
base de datos de InfluxDB e utilizada polo framework Grafana para a visualización gráfica
da mesma e a toma de decisións relativas á eficiencia enerxética.
O sistema deseñado é utilizado para a xestión dos recursos de iluminación, ventilación,
calefacción e aire acondicionado do laboratorio mediante un sistema de alertas e avisos
aos usuarios. Estas alertas establecen indicacións aos individuos de posibles medidas a
tomar para realizar un uso máis eficiente da enerxía, evitar desperdicios innecesarios e
incrementar o confort
Coxeración dun sistema gasificador nun invernadoiro
Full text linkMestrado de dupla diplomação com a Universidade de A CoruñaEl sistema estudiado está compuesto por el gasificador Downdraft, un intercambiador de aire que refrigera el gas producido de 400 a 40ºC, un filtro de serrín (considerado adiabático el proceso de filtrado) y un motor de cuatro tiempos de una motocicleta Honda CG – 125 Titan. El estudio parte del balance energético realizado por una compañera del Instituto Politécnico de Bragança (Camila Fonseca Chaves), donde se obtenía para este sistema una eficiencia energética global del 22%. La energía mecánica final entregada por el motor se estimó entre 6,30 y 7,49 kW, mientras que las pérdidas térmicas suponían entre 24,5 y 28,08 kW, dependiendo de la calidad del gas producido.
Atendiendo a estos datos, se propuso como finalidad del proyecto maximizar la eficiencia del sistema. La idea propuesta fue la de realizar un análisis preliminar de la posibilidad de aprovechar las pérdidas térmicas del invernadero en un sistema de calefacción para un invernadero. El invernadero propuesto, de una extensión de 300 m2, está localizado en la provincia de A Coruña, con un clima atlántico que no permite el desarrollo de especies estivales durante los meses fríos del año. Se estudian los parámetros climáticos de la localización para el posterior estudio de las necesidades de calefacción del invernadero. Para una temperatura media de 20ºC durante el día se requieren 20,58 kW durante 10 horas diarías, es decir, requiere un aporte diario de energía térmica de 246,96 kWh. Para mantener una temperatura de 15ºC durante la noche el invernadero demanda una potencia térmica de 10,54 kW durante las 14 horas restantes, es decir, un aporte térmico diario de 126,48 kWh.
Según la primera ley de la termodinámica, el calor perdido por el gasificador será ganado por el aire del entorno, que será el aire interior del invernadero en caso de instalar el gasificador dentro del invernadero. Está instalación interna supone la vertida de los gases de escape del motor al interior del invernadero, por lo que deberá estudiarse su composición. El análisis de los gases de combustión se centra especialmente en el CO2, para valorar si supone una medida beneficiosa (fertilización carbónica) o si por el contrario supera los valores máximos de concentración para el cultivo, resultando dañino para el cultivo. La estimación realizada, ignorando la asimilación de CO2 de las plantas, cuantifica en 1303,39 – 1534,23 ppm la concentración de CO2 interior para un funcionamiento de entre 12,947 y 15,24 h. Además del calor, se obtiene una potencia eléctrica durante el funcionamiento del motor de 5,31 – 6,27 kW, dependiendo del PCI del gas de síntesis. Para las horas de funcionamiento establecidas se estima que el grupo generador (motor – alternador) pode producir 80,92 – 81,17 kWh de energía eléctrica para autoconsumo en la localidad de producción o puede ser vendida a la red eléctrica recibiendo una retribución económica.O sistema estudado está composto pelo gasificador Downdraft, um permutador de ar que refrigera o gás produzido de 400 a 40º C, um filtro de serrín (considerado adiabático o processo de filtrado) e um motor de quatro tempos de uma motocicleta Honda CG – 125 Titan. O estudo parte do balanço energético realizado por uma colega do Instituto Politécnico de Bragança [21], onde se obtinha para este sistema uma eficiência energética global de 22%. A energia mecânica final entregue pelo motor estimou-se entre 6,30 e 7,49 kW, enquanto que as pérdidas térmicas supunham entre 24,5 e 28,08 kW, dependendo da qualidade do gás produzido.
Atendendo a estes dados, propôs-se como finalidade do projecto maximizar a eficiência do sistema. A ideia proposta foi a de realizar uma análise preliminar da possibilidade de aproveitar as pérdidas térmicas da estufa num sistema de calefacção para uma estufa. A estufa proposta, de uma extensão de 300 m2, está localizado na província da Corunha, com um clima atlântico que não permite o desenvolvimento de espécies estivais durante os meses frios do ano. Estudam-se os parâmetros climáticos da localização para o posterior estudo das necessidades de calefacção da estufa. Para uma temperatura média de 20º C durante o dia requerem-se 20,58 kW durante 10 horas diarías, é dizer, requer uma achega diária de energia térmica de 246,96 kWh. Para manter uma temperatura de 15º C durante a noite a estufa demanda uma potência térmica de 10,54 kW durante as 14 horas restantes, é dizer, uma achega térmica diário de 126,48 kWh.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, o calor perdido pelo gasificador será ganho pelo ar circundante, que será o ar interior da estufa se o gasificador for instalado dentro da estufa. Esta instalação interna implica a descarga dos gases de escape do motor para a estufa, pelo que a sua composição terá de ser estudada. A análise dos gases de combustão é especialmente centrada no CO2, para avaliar se é uma medida benéfica (fertilização carbónica) ou se, pelo contrário, excede os valores máximos de concentração para a cultura, resultando em danos para a cultura. A estimativa feita, ignorando a assimilação de CO2 das plantas, quantifica em 1303,39 - 1534,23 ppm a concentração de CO2 no interior para uma operação entre 12,947 e 15,24 h. Para além do calor, obtém-se uma potência eléctrica de 5,31 - 6,27 kW durante o funcionamento do motor, dependendo do PCI do gás de síntese. Para as horas de funcionamento estabelecidas, o grupo xerator (motor - alternador) deve ser capaz de produzir 80,92 - 81,17 kWh de energia eléctrica para auto-consumo no local de produção, ou pode ser vendido na rede eléctrica com uma retribuição económica.The system studied is composed of the Downdraft gasifier, an air exchanger that cools the gas produced from 400 to 40ºC, a sawdust filter (the filtering process is considered adiabatic) and a four-stroke engine of a Honda CG - 125 Titan motorbike. The study is based on the energy balance carried out by a colleague from the Polytechnic Institute of Bragança (Camila Fonseca Chaves), where an overall energy efficiency of 22% was obtained for this system. The final mechanical energy delivered by the engine was estimated at between 6.30 and 7.49 kW, while thermal losses were between 24.5 and 28.08 kW, depending on the quality of the gas produced.
Based on these data, the aim of the project was to maximise the efficiency of the system. The idea proposed was to carry out a preliminary analysis of the possibility of taking advantage of the thermal losses of the greenhouse in a greenhouse heating system. The proposed greenhouse, with an extension of 300 m2, is located in the province of A Coruña, with an Atlantic climate that does not allow the development of summer species during the cold months of the year. The climatic parameters of the location are being studied for the subsequent study of the heating needs of the greenhouse. For an average temperature of 20ºC during the day, 20.58 kW are required for 10 hours a day, that is, a daily input of thermal energy of 246.96 kWh is required. To maintain a temperature of 15ºC at night, the greenhouse requires a thermal power of 10.54 kW for the remaining 14 hours, i.e. a daily thermal input of 126.48 kWh.
According to the first law of thermodynamics, the heat lost by the gasifier will be gained by the surrounding air, which will be the interior air of the greenhouse if the gasifier is installed inside the greenhouse. This internal installation involves the discharge of engine exhaust gases into the greenhouse, so its composition must be studied. The analysis of the combustion gases focuses particularly on CO2, to assess whether it is a beneficial measure (carbonic fertilisation) or whether it exceeds the maximum concentration values for the crop, resulting in damage to the crop. The estimate made, ignoring the CO2 assimilation of the plants, quantifies the concentration of CO2 inside the plant at 1303.39 - 1534.23 ppm for an operation of between 12.947 and 15.24 hours. In addition to the heat, an electrical power of 5.31 - 6.27 kW is obtained during the operation of the engine, depending on the PCI of the synthesis gas. For the established operating hours, the xerator group (engine - alternator) should be able to produce 80.92 - 81.17 kWh of electrical energy for self-consumption at the production site or it can be sold on the electricity grid for an economic fee
Coxeración dun sistema gasificador nun invernadoiro
Full text linkMestrado de dupla diplomação com a Universidade de A CoruñaEl sistema estudiado está compuesto por el gasificador Downdraft, un intercambiador de aire que refrigera el gas producido de 400 a 40ºC, un filtro de serrín (considerado adiabático el proceso de filtrado) y un motor de cuatro tiempos de una motocicleta Honda CG – 125 Titan. El estudio parte del balance energético realizado por una compañera del Instituto Politécnico de Bragança (Camila Fonseca Chaves), donde se obtenía para este sistema una eficiencia energética global del 22%. La energía mecánica final entregada por el motor se estimó entre 6,30 y 7,49 kW, mientras que las pérdidas térmicas suponían entre 24,5 y 28,08 kW, dependiendo de la calidad del gas producido.
Atendiendo a estos datos, se propuso como finalidad del proyecto maximizar la eficiencia del sistema. La idea propuesta fue la de realizar un análisis preliminar de la posibilidad de aprovechar las pérdidas térmicas del invernadero en un sistema de calefacción para un invernadero. El invernadero propuesto, de una extensión de 300 m2, está localizado en la provincia de A Coruña, con un clima atlántico que no permite el desarrollo de especies estivales durante los meses fríos del año. Se estudian los parámetros climáticos de la localización para el posterior estudio de las necesidades de calefacción del invernadero. Para una temperatura media de 20ºC durante el día se requieren 20,58 kW durante 10 horas diarías, es decir, requiere un aporte diario de energía térmica de 246,96 kWh. Para mantener una temperatura de 15ºC durante la noche el invernadero demanda una potencia térmica de 10,54 kW durante las 14 horas restantes, es decir, un aporte térmico diario de 126,48 kWh.
Según la primera ley de la termodinámica, el calor perdido por el gasificador será ganado por el aire del entorno, que será el aire interior del invernadero en caso de instalar el gasificador dentro del invernadero. Está instalación interna supone la vertida de los gases de escape del motor al interior del invernadero, por lo que deberá estudiarse su composición. El análisis de los gases de combustión se centra especialmente en el CO2, para valorar si supone una medida beneficiosa (fertilización carbónica) o si por el contrario supera los valores máximos de concentración para el cultivo, resultando dañino para el cultivo. La estimación realizada, ignorando la asimilación de CO2 de las plantas, cuantifica en 1303,39 – 1534,23 ppm la concentración de CO2 interior para un funcionamiento de entre 12,947 y 15,24 h. Además del calor, se obtiene una potencia eléctrica durante el funcionamiento del motor de 5,31 – 6,27 kW, dependiendo del PCI del gas de síntesis. Para las horas de funcionamiento establecidas se estima que el grupo generador (motor – alternador) pode producir 80,92 – 81,17 kWh de energía eléctrica para autoconsumo en la localidad de producción o puede ser vendida a la red eléctrica recibiendo una retribución económica.O sistema estudado está composto pelo gasificador Downdraft, um permutador de ar que refrigera o gás produzido de 400 a 40º C, um filtro de serrín (considerado adiabático o processo de filtrado) e um motor de quatro tempos de uma motocicleta Honda CG – 125 Titan. O estudo parte do balanço energético realizado por uma colega do Instituto Politécnico de Bragança [21], onde se obtinha para este sistema uma eficiência energética global de 22%. A energia mecânica final entregue pelo motor estimou-se entre 6,30 e 7,49 kW, enquanto que as pérdidas térmicas supunham entre 24,5 e 28,08 kW, dependendo da qualidade do gás produzido.
Atendendo a estes dados, propôs-se como finalidade do projecto maximizar a eficiência do sistema. A ideia proposta foi a de realizar uma análise preliminar da possibilidade de aproveitar as pérdidas térmicas da estufa num sistema de calefacção para uma estufa. A estufa proposta, de uma extensão de 300 m2, está localizado na província da Corunha, com um clima atlântico que não permite o desenvolvimento de espécies estivais durante os meses frios do ano. Estudam-se os parâmetros climáticos da localização para o posterior estudo das necessidades de calefacção da estufa. Para uma temperatura média de 20º C durante o dia requerem-se 20,58 kW durante 10 horas diarías, é dizer, requer uma achega diária de energia térmica de 246,96 kWh. Para manter uma temperatura de 15º C durante a noite a estufa demanda uma potência térmica de 10,54 kW durante as 14 horas restantes, é dizer, uma achega térmica diário de 126,48 kWh.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, o calor perdido pelo gasificador será ganho pelo ar circundante, que será o ar interior da estufa se o gasificador for instalado dentro da estufa. Esta instalação interna implica a descarga dos gases de escape do motor para a estufa, pelo que a sua composição terá de ser estudada. A análise dos gases de combustão é especialmente centrada no CO2, para avaliar se é uma medida benéfica (fertilização carbónica) ou se, pelo contrário, excede os valores máximos de concentração para a cultura, resultando em danos para a cultura. A estimativa feita, ignorando a assimilação de CO2 das plantas, quantifica em 1303,39 - 1534,23 ppm a concentração de CO2 no interior para uma operação entre 12,947 e 15,24 h. Para além do calor, obtém-se uma potência eléctrica de 5,31 - 6,27 kW durante o funcionamento do motor, dependendo do PCI do gás de síntese. Para as horas de funcionamento estabelecidas, o grupo xerator (motor - alternador) deve ser capaz de produzir 80,92 - 81,17 kWh de energia eléctrica para auto-consumo no local de produção, ou pode ser vendido na rede eléctrica com uma retribuição económica.The system studied is composed of the Downdraft gasifier, an air exchanger that cools the gas produced from 400 to 40ºC, a sawdust filter (the filtering process is considered adiabatic) and a four-stroke engine of a Honda CG - 125 Titan motorbike. The study is based on the energy balance carried out by a colleague from the Polytechnic Institute of Bragança (Camila Fonseca Chaves), where an overall energy efficiency of 22% was obtained for this system. The final mechanical energy delivered by the engine was estimated at between 6.30 and 7.49 kW, while thermal losses were between 24.5 and 28.08 kW, depending on the quality of the gas produced.
Based on these data, the aim of the project was to maximise the efficiency of the system. The idea proposed was to carry out a preliminary analysis of the possibility of taking advantage of the thermal losses of the greenhouse in a greenhouse heating system. The proposed greenhouse, with an extension of 300 m2, is located in the province of A Coruña, with an Atlantic climate that does not allow the development of summer species during the cold months of the year. The climatic parameters of the location are being studied for the subsequent study of the heating needs of the greenhouse. For an average temperature of 20ºC during the day, 20.58 kW are required for 10 hours a day, that is, a daily input of thermal energy of 246.96 kWh is required. To maintain a temperature of 15ºC at night, the greenhouse requires a thermal power of 10.54 kW for the remaining 14 hours, i.e. a daily thermal input of 126.48 kWh.
According to the first law of thermodynamics, the heat lost by the gasifier will be gained by the surrounding air, which will be the interior air of the greenhouse if the gasifier is installed inside the greenhouse. This internal installation involves the discharge of engine exhaust gases into the greenhouse, so its composition must be studied. The analysis of the combustion gases focuses particularly on CO2, to assess whether it is a beneficial measure (carbonic fertilisation) or whether it exceeds the maximum concentration values for the crop, resulting in damage to the crop. The estimate made, ignoring the CO2 assimilation of the plants, quantifies the concentration of CO2 inside the plant at 1303.39 - 1534.23 ppm for an operation of between 12.947 and 15.24 hours. In addition to the heat, an electrical power of 5.31 - 6.27 kW is obtained during the operation of the engine, depending on the PCI of the synthesis gas. For the established operating hours, the xerator group (engine - alternator) should be able to produce 80.92 - 81.17 kWh of electrical energy for self-consumption at the production site or it can be sold on the electricity grid for an economic fee
Aprovechamiento térmico y eficientización energética de una fábrica de procesamiento de aceite y bagazo de oliva
Full text linkMestrado de dupla diplomação com a Universidade de A CoruñaEste trabajo de fin de Master consiste en el planteamiento sistemático de una serie de modificaciones técnicas del actual sistema de condensación, y diseño de un condensador industrial como una segunda alternativa, para llevar a cabo el proceso de condensación del hexano utilizado en la extracción de aceite de oliva de la fábrica Mirabaga, ubicada en la comunidad de Mirandela, Portugal.
El actual sistema de condensación consiste en un estanque que es llenado con agua del río Tua, en cuyo interior está sumergido la tubería por la cual circula el hexano que se va a condensar. La primera modificación es hacer que el estanque funcione en estado estacionario, haciendo que la misma cantidad de agua que ingrese, salga del estanque. Al interior se construirán 8 canales de 1,0 m de ancho y 1,5 m de altura que alcanzara el agua, que permitan el cambio de dirección y un flujo cruzado, para aumentar la turbulencia y haya un mayor flujo de transferencia de calor.
La selección del flujo másico del agua a utilizar dependerá primeramente de la época del año en que se trabaje ya que, para invierno, la temperatura del agua oscila alrededor de los 10 oC y en verano en los 18 oC, y lo otro es si habrá o no un aprovechamiento térmico del calor ganado por el agua de enfriamiento.
Se ha decidido, en caso de aprovechamiento térmico, precalentar la corriente de bagazo al inicio del proceso de extracción, de la cual se debe evaporar 0,436 kg/s de agua. Después que el agua proveniente del estanque cumpla con ceder parte de su calor, debe retornar al río cumpliendo con la diferencia mínima de temperatura recomendada de 5 oC para invierno y 3 oC para verano.
El flujo másico de agua a utilizar habiendo aprovechamiento térmico en verano, será de 36,59 kg/s y de 21,95 kg/s para invierno; en ambos casos la temperatura para descarga será de 30 oC. La bomba que garantice el flujo másico más grande, debe tener una potencia hidráulica de 44,43 kW.
El flujo másico requerido en el caso de no haber aprovechamiento térmico será de 43,91 kg/s en verano como en invierno, pero con temperaturas de descarga directa de 28 oC y 20 oC, respectivamente, y la potencia hidráulica de la bomba será de 67,29 kW.
En cualquiera de los casos en los que ocurra o no aprovechamiento térmico, las temperaturas de descarga seleccionadas se verán disminuidas aún más debido a la falta de aislamiento térmico alrededor del estanque y la pérdida de calor a lo largo del trayecto al río, que es de aproximadamente 420 m.This final project of Master’s program, consists of the systematic approach of a series of technical modifications to the current condensation system, and the design of an industrial condenser as a second alternative to carry out the condensation process of hexane used in the extraction of oil from olive from the Mirabaga factory, located in the community of Mirandela, Portugal.
The current condensation system consists of a pond that is filled with water from the Tua river, inside which the pipe through which the hexane to be condensed circulates is submerged. The first modification is to make the pond work in a steady state, making the same amount of water that enters, leaves the pond. Inside, 8 channels, 1.0 m wide and 1.5 m high that water will reach, will be built to allow a change of direction and a cross flow, to increase turbulence and find a better heat transfer rate.
The selection of the mass flow of the water to be used will depend first of all on the time of the year in which the factory is working, for winter, the temperature of the water oscillates around 10 oC and in summer at 18 oC, and the other thing is whether there will be or not a thermal use of the heat gained by the cooling water.
It has been decided, in case of thermal energy recovery, to preheat the bagasse stream at the beginning of the extraction process, from which 0.436 kg / s of water must evaporate. After the water from the pond complies with giving up part of its heat, it must return to the river with the minimum recommended temperature difference of 5 oC for winter and 3 oC for summer.
The mass flow of water to be used, having thermal energy recovery in summer, will be 36.59 kg/s and 21.95 kg/s for winter; in both cases the discharge temperature will be 30 oC. The pump that guarantees the largest mass flow must have a hydraulic power of 44.43 kW.
The required mass flow in the case of no thermal energy recovery will be 43.91 kg/s in summer and in winter, but with direct discharge temperatures of 28 oC and 20 oC respectively and the pump hydraulic power will be 67.29 kW.
In any case in which thermal energy recovery does or does not occur, the selected discharge temperatures will be further decreased due to the lack of thermal insulation around the pond and the loss of heat along the path to the river, which is approximately 420 m
Análise do desempenho energético de um edifício de serviços
Full text linkA Diretiva 2002/91/CE estabeleceu um conjunto de medidas e metas específicas a adotar por cada um dos estados membros da União Europeia.
Os Decretos-Lei produzidos possuem diversos objetivos dos quais se destacam a metodologia de cálculo do desempenho energético, aplicação de requisitos mínimos para o desempenho energético de edifícios novos e existentes e a sua certificação energética.
Relativamente aos grandes edifícios de comércio e serviços as metodologias de determinação do seu desempenho energético existentes são através do consumo efetivo ou através da simulação dinâmica multizona. A metodologia com base na simulação dinâmica multizona é efetuada através de um programa acreditado pela norma ASHRAE 140.
O edifício em estudo é a Escuela Universitaria Politécnica da Universidade da Coruña.
A análise energética foi efetuada com recurso ao software DesignBuilder, obtendo-se a classificação energética para o edifício de B-. Efetuou-se um levantamento exigente de todas as características do edifício, desde a ocupação, cerca de 470 utilizadores, os equipamentos e iluminação, e a climatização no edifício em estudo.
No total encontram-se 376 equipamentos presentes no edifício totalizando uma potencia total instalada de 120.78 kW. Os sistemas de iluminação presentes são compostos por lâmpadas fluorescentes de diferentes potências e num total encontra-se 2 389 lâmpadas instaladas. A potência total de iluminação instalada é de 82.41 kW. A climatização é efetuada através de duas caldeiras de chão da marca ROCA com uma potência unitária de 348.8 kW.
Relativamente aos consumos energéticos, o edifício apresenta dois tipos de consumos:
- energia elétrica para a iluminação e os equipamentos,
- gasóleo para o aquecimento.
No ano de 2015 os consumos eram de 259 072 kWh de energia elétrica e 5 231 kWh de gasóleo. Com estes consumos o edifício apresenta uma emissão de dióxido de carbono equivalente de 94.66 tonCO2e.The Directive 2002/91/CE established a set of goals and specific measures to be adopted by each member state of the European Union.
The Ordinance-Law produced possesses several aims, of which stand out the methodology of calculation of energy perfomance, application of minimum requirements for the energy performance of new and existing buildings and their energy certification.
For large commercial and service buildings, the methodologies used to determine their energy performance are either through actual consumption or through dynamic multi-zone simulation. The methodology based on dynamic multizone simulation is performed through a program accredited by the ASHRAE 140 standard.
The building under study is the Escuela Universitaria Politécnica (University Polytechnic School) of the Universidade da Coruña (University of Coruña).
The energy analysis was carried out with the use of the DesignBuilder software, obtaining the energy classification of B-. A careful survey of all the characteristics since the occupation, about 470 users, the lighting and air conditioning systems in the building being studied was carried out. In total there are 376 equipment present in the building totaling a total installed power of 120.78 kW. The present lighting systems are composed by fluorescent lamps of different powers and in total there are 2 389 lamps installed. The total installed lighting power is 82.41 kW. The heating system is carried out through two floor boilers of the brand ROCA with a unit power of 348.8 kW. Regarding energy consumption, the building has two types of consumption: - electrical energy for lighting and equipment,- Gas oil for heating. In the year 2015, the consumption was 259 072 kWh of electricity and 5 231 kWh of diesel. With these consumptions the building has an emission of carbon dioxide equivalent of 94.66 tonCO2e
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