Autor: Universidade Federal do Rio de Janeiro

Título

      ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE AQUECIMENTO DE CONCENTRADORES SOLARES FOTOVOLTAICOS E TERMICOS (CPV/T) PARA UM PRÉDIO RESIDENCIAL NA REGIÃO DE MACAÉ

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

      O desenvolvimento e pesquisa em fontes de energia renovável no mundo vem crescendo. Um dos campos que mais se destaca é o referente a energia solar. O Brasil possui um enorme potencial de geração de energia solar em diferentes locais espalhados pelo território nacional. Este trabalho tem como objetivo fazer um estudo de dimensionamento para a instalação de painéis concentradores fotovoltaico e térmico (CPV/T) em um prédio residencial na região de Macaé. Foram utilizados dados históricos de temperatura fornecidos pelo Laboratório de Metrologia da Universidade Estadual Norte Fluminense, dos anos de 2004 a 2015. Além disso são apresentadas as etapas do dimensionamento, desde o estudo do potencial da região, passando pelo cálculo das temperaturas atingidas no processo, chegando a quantidade de painéis que são viáveis atender a demanda o prédio. Serão analisados três regimes de escoamento diferentes, dois laminares e um turbulento. Estima-se que para atender a demanda diária de utilização de água sejam necessários, de acordo com os regimes de escoamento propostos, 18 módulos de painéis CPV/T, para o regime mais lento, 13 módulos, para o regime intermediário e 8 para o regime mais rápido.

Abstract

      The research and development of renewable energy sources in the world has been growing. One of the fields that stands out is the solar energy. Brazil has a huge potential for generating solar energy in different locations throughout the country. The objective of this work is to carry out a design study for the installation of photovoltaic and thermal concentrator panels (CPV / T) in a residential building in the Macaé region. Historical temperature data provided by the Metrology Laboratory of the Universidade Estadual Norte Fluminense from 2004 to 2015 were used. In addition, the sizing steps are presented, from the study of the potential of the region to the calculation of the temperatures reached in the process, arriving to the amount of panels that are feasible to meet the buildings demand. Three different flow regimes, two laminar and one turbulent, will be analyzed. It is estimated that, in order to meet the daily demand for water use, 18 CPV / T panels modules are required, according to the proposed flow regimes, for the slower regimen, 13 modules for the intermediate regime and 8 for the system.

Título

    Análise da Viabilidade Técnica do Arrefecimento a Ar de um Concentrador Fotovoltaico na cidade de Macaé – RJ

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

     A energia fotovoltaica tem sido considerada uma forte candidata a fonte alternativa para mitigação das emissões de gases de efeito estufa. O concentrador fotovoltaico (CPV – Concentrator Photovoltaics) é uma tecnologia de fonte renovável que utiliza espelhos para aumentar a área de incidência solar sobre uma célula fotovoltaica, assim diminuindo a quantidade de células necessárias para atender a uma mesma carga e aumentando a eficiência da conversão. A concentração tende a elevar a temperatura de operação da placa, o que demanda um projeto de controle dessa temperatura. Este estudo tem como objetivo analisar diferentes geometrias e características de escoamento em trocadores de calor para o arrefecimento de células fotovoltaicas de alta concentração (HCPV) utilizando o software COMSOL Multiphysics 5.3 para analisar o arrefecimento de um concentrador fotovoltaico a partir de um cooler de refrigeração a ar, garantindo seu funcionamento em regime permanente para as condições meteorológicas da cidade de Macaé e assim servir de base para o projeto de um protótipo. São testadas cinco diferentes geometrias de aletas, como aletas retangulares e em pinos, onde é analisado o comportamento da sua variação de altura e seu funcionamento em uma placa ou em três placas em série e seus resultados são, então, analisados e comparados entre si. Os modelos propostos têm como foco um menor custo e mais fácil fabricação, possibilitando uma possível construção de um protótipo e contribuindo com a expansão da tecnologia CPV. As aletas retangulares permitem uma maior troca térmica, quando comparados aos modelos de pino, sendo então consideradascomo uma melhor alternativa para o arrefecimento das placas fotovoltaicas.

Abstract

Título

    ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DO ARMAZENAMENTO DE CSP COMO ATENUANTE DA RAMPA DE CARGA RESIDUAL NA CALIFÓRNIA

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

    A tendência mundial de geração renovável aponta para o crescimento particular das tecnologias eólica e fotovoltaica. Nesse cenário, a Califórnia apresenta, atualmente, grande desenvolvimento deste mercado, se comprometendo a gerar 100% de sua energia elétrica através de fontes renováveis. Entretanto a alta penetração de painéis fotovoltaicos na rede elétrica causa mudanças substanciais na carga residual, ou seja, a carga a ser atendida desconsideradas as fontes intermitentes. Dessa forma, de maneira a lidar com as alterações na rede e permitir a entrada de novos painéis fotovoltaicos, o estado tem investido em usinas de armazenamento eletroquímico, para suavizar as mudanças causadas pela intermitência da fonte solar. Assim, este estudo analisa a utilização do armazenamento térmico de concentradores solares, para suavizar os problemas da rampa de produção, causados pelo desligamento dos painéis fotovoltaicos ao fim do dia, acompanhado do aumento da demanda com a chegada de grande parte da população às suas casas. O estudo parte da tecnologia heliotérmica mais consolidada, o cilindro parabólico, para simular modelos de despacho, buscando atender a demanda residual. As simulações indicam que o armazenamento térmico é capaz de suavizar a rampa de produção em até 30% do valor de rampa original, para os cenários estudados. No entanto, não se revela capaz de permitir a entrada de novos painéis fotovoltaicos no sistema, sem que haja o contingenciamento da geração renovável durante o dia.

Abstract

      The renewables generation global trend points to a particular growth of wind and solar energy technology. In this scenario, California has been showing an extensive development of this market, committing to generate 100 % of its electric energy through renewables sources. However, the high penetration of photovoltaic panels in the electric grid has caused substantial changes in the net load. In this manner, to handle the grid modification and allow the entrance of new photovoltaic panels, the state has been investing in battery’s power plants, in a way to soft the changes caused by the solar source intermittence. In this manner, this study analyses the concentrating solar thermal storage use to mitigate the problems of the producing ramp caused by the photovoltaic panels shutdown by the end of the day in conjunction with the demand growth, as a result of a population’s large part arrival to their homes. The study analyses the most consolidate CSP technology, parabolic through, to simulate some dispatch models in order to meet the net demand. The results indicate that the thermal storage is capable of mitigate the production ramp by up to 30% for the studied scenarios. Although, it is not able to allow the entrance of new photovoltaic panels in the system without the renewables curtailment during the day.

Título

      DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR PARA EDIFÍCIOS RESIDENCIAIS NA CIDADE DO RIO DE JANEIRO

Orientador(a)

Orientador: Diego Cunha Malagueta

Resumo

     É notório o crescimento do uso de fontes renováveis de energia no Brasil. Dentre as fontes disponíveis, pode-se destacar a energia solar, devido a sua abundante disponibilidade no território brasileiro e seu potencial de aproveitamento, uma vez que ainda se faz uso de energia elétrica para aquecimento de água em residências. Este trabalho tem como objetivo a análise de viabilidade econômica da substituição do uso de chuveiros elétricos pela água aquecida por meio de sistemas de aquecimento solar (SAS), baseando a pesquisa em um edifício residencial, para a qual foram determinadas as variáveis necessárias para análise financeira do projeto. São apresentados tipos, configurações dos sistemas de aquecimento, bem como algumas características e foi determinado o uso de energia elétrica como fonte auxiliar para o SAS. Foi feita uma pesquisa de mercado, com auxílio de informações do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, para coletores solares disponíveis no mercado brasileiro. Após comparação de custo-benefício dos coletores solares mapeados, foi feito o dimensionamento do sistema, levantamento de custos e projeção financeira, mostrando a economia real ao consumidor final. Determinou-se que o sistema tem seu retorno de investimento em 3 anos e 8 meses, sendo economicamente viável ao usuário final.

Abstract

      The growth in the use of renewable energy sources in Brazil is noteworthy. Among the available sources, we can highlight the solar power, due to the abundant availability in the Brazilian territory and its potential of use, since still is made use of electric power for heating of water in residences. The objective of this work is to analyze the economical feasibility of replacing the use of electric showers by heated water using solar heating systems, based on the research in a residential building, for which the necessary variables for the financial analysis of the project were determined. Types, configurations of heating systems, as well as some characteristics were presented and it was determined the use of electric power as auxiliary source for the SAS. A market research was done, with the help of information from the National Institute of Metrology, Quality and Technology, for solar collectors available in the Brazilian market. After comparing the cost benefit of the mapped solar collectors, the system was sizing, costing and financial projection, showing the real economy to the final consumer. It was determined that the system has its return on investment in 3 years and 8 months, therefore economically viable to the final user.

Título

    DIMENSIONAMENTO GEOTÉCNICO DE FUNDAÇÃO EM ESTACA PARA GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA

Orientador(a)

Orientador: Gustavo Vaz de Mello Guimarães

Resumo

    Este documento tem como objetivo realizar o dimensionamento geotécnico das estacas de um galpão em estrutura metálica localizado em Cabo-Frio, Região dos Lagos/R.J. Para isso foram realizadas estimativas da capacidade de carga geotécnica das fundações utilizando diferentes métodos semi empíricos tradicionais. Para os métodos utilizados foram verificadas algumas premissas adotadas por projetistas daquela região. As análises também consideraram diferentes tipos e geometrias de fundações em estacas. Por fim, o trabalho apresenta um estudo de otimização de custos de execução das estacas da obra. Após todas as etapas, o autor propõe um projeto de fundação em estacas hélice contínua que garante, ao atender os padrões de segurança mínimos determinados pelas normas regentes, qualidade, economia e agilidade na execução.

Abstract

      This document has as main goal, to perform the geotechnical sizing of the foundation of a metallic structural shed, as well the analysis and optimization of this project, as a way of ensure a well-planned project providing quality and less cost of execution and materials. To do so will be estimated the geotechnical loads of foundations using different traditional methods, for different types and geometry of foundation, following these steps an analysis of optimization shall be carried out, comparing the results with its respective costs. Making through all this process the author will provide a foundation project for a metallic structural shed that grants, while attending all the security standards, quality and economy.

Título

      IMPLANTAÇÃO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO – MÉTODO DESTRUTIVO VERSUS MÉTODO NÃO DESTRUTIVO: ESTUDO DE CASO DE UMA OBRA DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO EM JACAREPAGUÁ – RJ

Orientador(a)

Orientador: Prof. Gustavo Vaz de Mello Guimarães, D.Sc.

Resumo

     O presente trabalho busca apresentar soluções para o problema de implantação de rede coletora de esgoto em grandes centros urbanos, onde o espaço é reduzido para as práticas executivas tradicionais. A utilização do método destrutivo provoca interdições no trânsito, gera ruído, emissão de material particulado, além de oferecer maior risco à segurança dos trabalhadores, veículos e pedestres que circulam pelo local. Esses são alguns dos fatores que incentivaram o avanço tecnológico a desenvolver metodologias não destrutivas que apresentam menor impacto social e ambiental. Hoje em dia, já existe uma ampla variedade de técnicas não destrutivas presentes no mercado. Neste contexto, o presente trabalho busca apresentar os métodos de escavação para implantação de redes subterrâneas disponíveis e analisar, no estudo de caso deste trabalho, uma obra no bairro de Jacarepaguá, cidade do Rio de Janeiro, promovendo a aplicação de critérios de escolha para saber qual a solução construtiva mais adequada a ser empregada em um trecho considerado crítico, da implantação de uma nova rede coletora de esgoto.

Abstract

      This research shows possibles solutions for installation of sewage collection in large urban centers, where some traditional activities are restricted because of the high density population and structures. The use of the traditional destructive method can cause: traffic jams, noises, large amounts of trash and safety risks for the workers, vehicles and pedestrians. These are some of the factors that have encouraged technological advances to develop trenchless technologies with less social and environmental impact. Nowadays, a wide variety of trenchless techniques can already be found. In this context, the present work seeks to present the excavation methods for the implementation of available underground networks. As well as analysis of the real case of installation of a sewage collection network in Jacarepagua, Rio de Janeiro, a huge urban center in Brazil. Indeed, the application of criterias to choose the right technology to be considered as a solution for the case study.

Título

      ANÁLISE DA VIABILIDADE DA IMPLEMENTAÇÃO DE ALTERNATIVAS SUSTENTÁVEIS EM UMA EDIFICAÇÃO UNIFAMILIAR EM MACAÉ-RJ

Orientador(a)

Orientador: Prof. Bruno Barzellay Ferreira da Costa, D.Sc

Resumo

     A busca por um mundo mais sustentável tem ficado em evidência nos últimos anos. Nota-se um aumento na preocupação com a preservação dos recursos naturais visando manter um planeta minimamente habitável para as próximas gerações. Nesse contexto surgem as necessidades de diminuição nos níveis de desperdício e aumento da eficiência de utilização desses recursos. Essa tendência tem se expandido para todos os setores da economia, não sendo diferente na construção civil. Esse trabalho busca avaliar as alternativas possíveis atualmente para uma maior sustentabilidade geração fotovoltaica, aproveitamento de água das chuvas e substituição do sistema de iluminação por Led em uma edificação residencial unifamiliar localizada na cidade de Macaé, litoral norte do Rio de Janeiro. Deseja-se mitigar os impactos ambientais do uso dessa edificação, levantando os ganhos ao meio ambiente, mas ponderando também as questões econômicas e financeiras da implementação dessas alternativas, que foram orçadas e avaliadas através de métodos de análise econômica como valor presente líquido, taxa interna de retorno e payback tanto para o projeto como um todo quanto individualmente para cada etapa. Este trabalho mostrará os custos associados à implementação dessas soluções assim como o seu benefício financeiro. Assim, será possível demonstrar que, apesar da resistência de parte da população devido ao seu alto custo inicial, é possível construir uma edificação mais sustentável e ter retorno financeiro sobre esse projeto ao mesmo tempo.

Abstract

      The search for a more sustainable world has become even more evident. In recent years, the concern about preserving natural resources has increased, maintaining the goal of keeping the planet minimally habitable for the next generations. In this context, the needs of reducing the wasting levels and increasing the efficiency of the use of these resources emerge. This trend has expanded to all sectors of the economy, so it would not be different in civil construction. This paper intends to evaluate actual possible alternatives to a higher sustainability such as photovoltaic generation, use of rain water and replacement of the lightening system for LEDs in a single-family residential building located in the city of Macaé, on the north coast of Rio de Janeiro state, aiming to reduce the environmental impacts of the building usage, presenting the benefits to the environment but also pondering the economic and financial issues as well regarding the implementation of this alternatives which were budgeted and evaluated through economics analysis methods such as net present value, internal rate of return and payback not only for the whole project but also for each individual stage. This paper will show the associated costs to the implementation of these solutions and its financial return. So, to show that besides the resistance from a part of the population due to its high initial costs, d a more sustainable building and have a return on investment at the same time.

Título

      PLANEJAMENTO LOGÍSTICO DE CANTEIRO DE OBRAS EM SISTEMAS PRÉ-MOLDADOS DE CONCRETO EM MACAÉ-RJ

Orientador(a)

Orientadora: Profa. Doutora Monique Amaro de Freitas Rocha Nascimento

Resumo

     Amplamente utilizadas na construção civil, as ferramentas digitais de apoio à gestão, em sistemas pré-moldados com uso de protensão, permitem o entendimento e visualização de todo ciclo de vida do projeto de construção. O uso de ferramentas de gestão nos canteiros de obra em sistemas pré-moldados propõe uma abordagem singular, onde as informações relacionadas ao processo de gestão de instalações, proporcionam um impacto considerável nas metas e na otimização do trabalho por meio da análise de cadeias de suprimento. Além disso, apoiam o planejamento e controle da produção e auxiliam na tomada de decisões, seguindo os princípios da construção enxuta, modificando a confiabilidade de prazo, qualidade, custo e segurança. O uso de ferramentas digitais em canteiros de obra de sistemas pré-moldados de fabricação pode ser verificado em gestão de operações, planejamento estratégico das etapas de construção, aquisição, estoque e transporte de materiais e verificação de conflitos espaciais das frentes de trabalho no canteiro de obras. Este trabalho de conclusão de curso propõe diretrizes para o planejamento e controle logístico para o canteiro de obras em sistemas construtivos pré-moldados em concreto para construção de um galpão, utilizando ferramentas digitais.

Abstract

      Widely used in civil construction, digital management support tools, in precast systems with the use of prestressing, allow the understanding and visualization of the entire life cycle of the construction project. The use of management tools at construction sites in precast systems proposes a unique approach, where information related to the facility management process provides a considerable impact on goals and work optimization through supply chain analysis. In addition, they support production planning and control and assist in decision-making, following the principles of lean construction, modifying deadline reliability, quality, cost and safety. The use of digital tools on construction sites of precast manufacturing systems can be verified in operations management, strategic planning of the stages of construction, acquisition, inventory and transport of materials and verification of spatial conflicts of the work fronts at the construction site. This course conclusion work proposes guidelines for planning and logistical control for the construction site in precast concrete construction systems for the construction of a shed, using digital tools.

Título

      BIODIGESTORES EM PROPRIEDADES RURAIS: ESTUDO DE CASO DE CANTAGALO/RJ

Orientador(a)

Orientadora: Profa. Doutora Monique Amaro de Freitas Rocha Nascimento

Resumo

     Vive-se, no momento contemporâneo, o futuro que era considerado fantasioso ou pessimista, mas que já vinha sendo anunciado por estudiosos do meio ambiente, os impactos sofridos em decorrência das ações humanas. A crise energética se soma à crise hídrica e o lixo é uma equação sem solução pelas técnicas tradicionalmente utilizadas, implicando em contaminação do solo, do ar e dos mananciais, propagação de vetores e de doenças, deslizamento e escorregamento, alagamentos, entre outros problemas causados pelas alterações impensadas e irracionais do homem ao meio ambiente, promovendo desequilíbrio, desordem e destruição. Ao mesmo passo em que o homem começa a entender de fato que é indissociável do meio e sofre os danos causados a ele a médio e longo prazo, também se vê diante do risco de não ter mais energia suficiente para suas demandas eternamente crescentes, gerando necessidades em progressão geométrica para recursos naturais que conseguem supri-las em progressão aritmética, e a um altíssimo custo à saúde ambiental. A vida humana como a conhecemos se tornou literalmente insustentável ao planeta, em todos os sentidos. Em nome disso, o estudo traz uma das alternativas de produção de energia limpa, renovável e barata, abordando o biogás produzido a partir da ação de biodigestores sobre os dejetos de determinados animais criados em propriedades rurais. A proposta, abordada em uma revisão geral das partes integrantes do projeto, descritiva e qualitativa aplicada a um relato de caso, considera a produção de biogás para uso como gás de cozinha ou para conversão em energia elétrica para pequenas propriedades rurais, a baixo custo e com produção que se assume suficiente para o consumo da propriedade e venda de possíveis excedentes, para redução de despesas e ganhos que integrem a economia dessas famílias. A partir dos cálculos do projeto foi encontrado um valor de 3,7 m³ para o biodigestor, 3,0 m³ para o gasômetro, com isso irá gerar 90,0 m³ de biogás gerado ao mês, convertendo em GLP será 40,8 kg e de energia será de 129,5 kWh, podendo gerar uma economia de até R$314,00 mensais.

Abstract

      What we live, in the contemporary moment, is the future which had been considered pessimist, but which had also been announced by specialists on the environment and the impacts suffered from human actions. Energetic crisis is added to the hydric crisis, and trash is an equation without solution by the traditional alternatives, implying in the contamination of the soil, the air and the water, dissemination of vectors and diseases, earth slides, floods, among other problems given by unthoughtful and irrational changes made by men to the environment, causing disorder and destruction. At the same time as men start to understand themselves as inseparable from the environment, and to see that They suffer from the damages caused to the environment in mid and long term, they also see themselves in risk of running out of energy to supply their ever-growing demands, generating needs in geometrical progression that nature can supply in arithmetic progression, and at a very high cost to environmental health. Human life, as we know it, has become literally unsustainable to the planet, in every way. Thus, the herein essay brings one of the alternatives to the production of clean, renewable and low-cost energy, approaching the biogas produced by biodigestors from dejects of animals raised in farms. The project, supported by a qualitative and descriptive bibliographic review applied to a case report, considers the production of biogas for the use as kitchen gas, or for the conversion to electric energy for small farms, at a low cost and with enough production to supply the property consumption the sale of possible exceeds, for the cost of expenses and gains with integrate the economy of such families. From the project calculations, a value of 3.7 m³ for the biodigester was found, 3.0 m³ for the gasometer, which will generate 90.0 m³ of biogas generated per month, converting into LPG will be 40.8 kg and of energy will be 129.5 kWh, which can generate savings of up to R$314.00 per month.