ESTG - Mestrado em Engenharia da Energia e do Ambiente
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- Reutilização da água residual tratada e das lamas geradas na ETAR da Base Aérea Nº5 – Monte Real na produção de plantas para biofertilizaçãoPublication . Mosquera, Andre Stefano Colmachi; Sousa, Helena Manuela Pala Dias de; Vieira, Judite dos SantosA água é um recurso vital para a humanidade, essencial em praticamente todas as atividades diárias. A atividade agrícola, em particular, destaca-se como uma das áreas que mais dependem desse recurso, exigindo grandes volumes para garantir a produção alimentar global. Nesse contexto, é crucial adotar tecnologias que visem reduzir o consumo ou promover a reutilização da água, contribuindo assim para sua preservação. O presente estudo teve como objetivo investigar a viabilidade da reutilização das águas residuais tratadas e das lamas produzidas na Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) da Base Aérea Nº5 de Monte Real na produção de plantas capazes de fixar nutrientes, como fósforo e nitratos, com potencial para serem consideradas biofertilizantes eficazes na melhoria dos solos agrícolas. O estudo foi desenvolvido em duas fases. A primeira envolveu a produção de feijão, uma espécie biofertilizante, em sistemas de pequena escala: um hidropónico com águas residuais da ETAR, usando uma solução nutritiva como controlo; e um sistema de solo/lamas, usando um solo orgânico como controlo. O controlo dos sistemas foi efetuado através da monitorização semanal dos parâmetros de crescimento das plantas, nomeadamente, altura das plantas, número de folhas, comprimento da raiz, número de vagens e número de flores; e de parâmetros físico-químicos, nomeadamente, pH, temperatura e condutividade elétrica. A segunda fase envolveu a aplicação das plantas de feijoeiro na produção de alface em lamas do ETAR, usando-as como biofertilizante, em diferentes percentagens (5% e 10%). O controlo da produção foi efetuado através da monitorização semanal dos parâmetros de crescimento das plantas, nomeadamente, número de folhas e altura da planta; e de parâmetros físico-químicos, nomeadamente, pH, humidade. Os resultados do estudo demonstraram um bom crescimento das plantas de feijoeiro, tanto no sistema hidropónico como nas lamas, com eficiência na remoção de nutrientes, especificamente nos parâmetros N-NO3, PTotal e P-PO4, e sugerem que as plantas produzidas podem ser uma opção viável como biofertilizante, contribuindo para a fixação de nutrientes e melhoria da qualidade do solo, em particular nos solos com mistura de lamas. A utilização do feijoeiro como biofertilizante resultou num maior crescimento das plantas testadas (alface), verificando-se que o crescimento foi mais pronunciado nas lamas com 10% de biofertilizante, em comparação com os outros cultivos. A valorização de águas residuais para produção de biofertilizante (feijoeiro) e das lamas de depuração de ETAR na incorporação em solos agrícolas, com produção de biomassa, permitiram concluir que a lama suplementada com biofertilizante poderá possibilitar uma economia no uso de fertilizantes químicos, e desta forma contribuir para uma gestão eficiente dos subprodutos do processo de tratamento de águas residuais, garantido a sua circularidade.
- Incorporação de RCD na produção de mistura para cimentoPublication . Silva, Sérgio Nuno de Jesus; Monteiro, Sílvia Maria Carriço dos Santos; Heleno, Maria Lizete LopesO crescimento populacional, o aumento do produto interno bruto e medidas legislativas têm contribuído para a expansão de infraestruturas urbanas, resultando na produção de grandes quantidades de resíduos de construção e demolição, cuja gestão para minimizar os seus impactos tem desafiado vários investigadores. Este estudo tem como objetivo analisar a viabilidade da valorização de resíduos de construção e demolição como substituto de matérias-primas naturais utilizadas na produção de mistura para fabricação de cimento Portland, contribuindo para a valorização dos resíduos, para o decréscimo da pressão extractiva e diminuição das emissões de gases com efeito de estufa (GEE). Para isso foram efectuados três ensaios de britagem, à escala industrial, de resíduos de construção e demolição (RCD) com calcário e de RCD com marga (em diferentes proporções), sendo a mistura produzida caraterizada quimicamente. Os resultados obtidos demonstram que a valorização de RCD durante a britagem de calcário com a taxa de incorporação de 40%, aproxima-se das especificações químicas definidas, podendo substituir a extração de marga em cerca de 116 mil toneladas por ano. Durante este estudo, também se comprovou que a redução das emissões de CO2 é inversamente proporcional à valorização de RCD. Assim poder-se-á afirmar que a valorização de RCD, na produção de mistura para fabrico de cimento Portland é uma medida eficaz para substituir parcialmente as matérias-primas naturais, sem comprometer a sua especificação química. Além disso, reduz a deposição de RCD em aterros e enchimentos, contribuindo positivamente para a circularidade dos resíduos e na diminuição das emissões de GEE.
- Uso eficiente de nutrientes na produção de biomassa vegetal num sistema de aquaponia com monitorização inteligentePublication . Ushiña, Damariz Yessenia Santillan; Vieira, Judite dos Santos; Fernandes, Telmo Rui Carvalhinho Cunha; Faria, Sérgio Manuel Maciel deOs problemas ambientais relacionados com poluição do solo, diminuição de fontes de água, alterações climáticas e aumento da necessidade de produção de alimentos, tem levado ao desenvolvimento de novas tecnologias para obter maior eficiência produtiva com menos recursos, particularmente água e energia. A aquaponia é uma tecnologia que combina o cultivo de peixes e o cultivo de plantas sem solo de forma integrada. Nesse sistema, os resíduos produzidos pelos peixes são absorvidos pelas plantas e as plantas recebem os nutrientes de que precisam para crescer e filtram a água, tornando-a segura para os peixes. Esta abordagem em ciclo fechado torna a aquaponia ambientalmente amigável e altamente eficiente para produção de alimentos, no entanto é fundamental garantir o seu funcionamento adequado, exigindo um controlo permanente. A aplicação da Internet das Coisas (IoT) em sistemas de aquaponia tem revolucionado a forma como este tipo de sistemas são monitorizados e geridos. Ao integrar sensores inteligentes, é possível ter dados em tempo real sobre parâmetros de qualidade da água como pH, temperatura, humidade, entre outros. Esses dados são enviados para uma plataforma centralizada, e posteriormente descarregados para serem analisados e interpretados. Com controlo IoT, os sistemas de aquaponia tornam-se mais eficientes, sustentáveis e resilientes. Este trabalho teve como objetivo testar um sistema inteligente (sensores) de monitorização aplicado à linha 3 do Laboratório de Sistemas Multitróficos Integrados (LSMI). A análise da qualidade da água foi efetuada com base nos parâmetros: pH, temperatura (T), condutividade elétrica (CE), oxigénio dissolvido (OD), temperatura (T), sólidos dissolvidos totais (SDT) e potencial de oxidação-redução (ORP). Para o efeito, foram realizadas, medições diárias cada 10 min aproximadamente ao longo dos meses de abril, junho e agosto de 2023. Verificou-se que os valores obtidos pelo sistema inteligente, após procedimentos de calibração, estiveram nas faixas recomendadas ao funcionamento adequado do sistema de aquaponia, comparando com a informação obtida por monitorização manual. No entanto, ocorreram certas limitações técnicas para os sensores de pH, OD e ORP que impossibilitaram a obtenção de dados em contínuo. Os valores médios de pH obtidos nos meses de junho e agosto variaram entre 5 e 8; os de CE em abril, junho e agosto, variaram entre 1200 μS/cm e 1500 μS/cm, SDT entre 700 mg/L e 1000 mg/L e temperatura com valores médios entre 18 °C e 30 °C. Para o mês de agosto o sensor de ORP apresentou valores entre 20 mV e 300 mV. Foi ainda possível estabelecer relações de correlação entre os parâmetros. Em abril, verificou-se uma correlação negativa entre T e SDT. Em junho, observou-se uma correlação negativa entre pH e SDT e no mês de agosto, verificou-se uma correlação positiva entre CE e SDT e correlação negativa entre pH e ORP. Dentro do sistema inteligente foram ainda colocados sensores de imagem (câmaras inteligentes) para monitorizar o crescimento das plantas, 16 alfaces, ao longo de um mês (outubro de 2023), e detetar a presença de insetos, e desta forma comparar com os resultados da monitorização manual. A monitorização inteligente em contínuo apesar de alguns desafios revelou ser uma mais-valia no controlo do sistema, permitindo implementar ações corretivas precocemente.
- Implementação da norma ISO 14001: Caso de estudo AmbipombalPublication . Paz, Ricardo Daniel da; Heleno, Maria Lizete Lopes; Monteiro, Silvia Maria Carriço dos SantosA crescente preocupação ambiental da sociedade, levou a que as empresas dessem uma maior importância às questões ambientais nas suas orientações estratégicas. De forma a demonstrarem as suas preocupações com o meio ambiente, implementarem medidas de racionalização de consumo de recursos, as organizações começaram a implementar sistemas de gestão ambientais. A Ambipombal foi uma destas organizações, que de forma a demonstrar as suas práticas ambientais e contributos positivos para a minimização dos impactes ambienteis negativos no setor da gestão de resíduos, optou pela implementação de um sistema de gestão ambiental pelo referencial ISO 14001:2015. O presente projeto teve como objetivo a implementação de um sistema de gestão ambiental integrado com o sistema de gestão da qualidade já certificado na empresa. A metodologia utilizada envolveu a identificação dos requisitos da norma ISO 14001:2015 e dos processos existentes no sistema necessários rever ou criar, de forma a atingir a sua conformidade. Neste trabalho foi analisado, avaliado e definidas as ações para cumprimento dos requisitos da norma ISO 14001:2015, nomeadamente a identificação e avaliação de aspetos ambientais, a identificação e implementação das obrigações de conformidade, adequação da Política da Qualidade e Ambiente, e a revisão/criação da documentação de suporte ao sistema de gestão. Foram também propostas melhorias ao sistema de gestão, tendo-se aplicado as possíveis ao longo do desenvolvimento do projeto. As restantes estão em fase de análise e/ou em implementação, e foram consideradas neste documento como propostas para melhorias futuras. O resultado da implementação do sistema de gestão integrado da qualidade e ambiente foi validado pela auditoria interna, com uma não conformidade e cinco oportunidades de melhoria, e pela auditoria de certificação de primeira fase, com duas não conformidades e duas oportunidades de melhoria, e pela auditoria de certificação de segunda fase, com a identificação de sete oportunidades de melhoria, culminando na certificação do sistema de gestão integrado de qualidade e ambiente implementado por entidade externa acreditada.
- Análise da ecoeficiência de processos numa indústria do setor alimentarPublication . Paiva, Cristiano da Silva; Gaspar, Marcelo Rudolfo Calvete; Serrano, Luís Manuel VenturaFrom a sustainability point of view, ready meals can have several environmental benefits when compared to homemade food. The ability to carry out in an industrial plant the process of preparing large amounts of meals with optimized proportions of food, water and energy may be more environmentally and energetically efficient when compared with the resources used in the preparation of the same number of meals made at home in regular kitchen facilities. Nonetheless, the need for dedicated packaging to deliver ready meals to consumers is an additional feature that is not required when preparing homemade meals. Particularly, considering that the pre-cooked meal packages are usually based on single-use plastic containers, it is of key importance to understand the influence of such packaging on the total life cycle of ready-made meals. Thus, to address the environmental sustainability of these industrial food products, a dedicated Life Cycle Assessment (LCA) research was conducted to infer the impact of the packaging process on a well-established ready-made meal process. This case study allowed discussing the influence of plastic packaging on the total life cycle impact of ready meal food products, as well as other sustainability-driven solutions to develop and produce heathier and more sustainable ready-meals. The aim of this work is also to use of Life Cycle Assessment (LCA) as a tool to assess and discuss the impact of the plastic packaging impact on the total life cycle impact of ready meals food products. To support this purpose, a case study was developed based in one product of this sector, a traditional soup based on cooked beans and potatoes and several pork meat cuts, produced by a local food industry company, with more than 40 years of production. After inventorying and analyzing the resulting LCI data, obtained from a cradle to gate perspective, healthier, more sustainable, and eco-efficient solutions were developed and proposed to the market.
- Tratamento de água residual suinícola através de vermifiltração e hidroponiaPublication . Luz, Tomás Michael do Rosário da; Aires, Luis Miguel Igreja; Ispolnov, KirillA suinicultura, apesar da sua importância, contribui para o aumento da indisponibilidade de água potável devido às descargas das águas residuais deste setor sem o tratamento adequado, ricas em sólidos, nutrientes, metais pesados e agentes patogénicos. Perante as dificuldades de implementação de sistemas convencionais de tratamento de água, e pela dispersão das explorações suinícolas, parece fundamental estudar novas alternativas, mais sustentáveis e descentralizadas, de gestão e tratamento destes efluentes. Este estudo teve por objetivo principal avaliar a vermifiltração integrada com a hidroponia no tratamento de água residual suinícola. Para isso, primeiramente foi concebido e otimizado um sistema hidropónico DWC (Deep Water Culture) à escala laboratorial, que permitisse produzir adequadamente alfaces, de bom aspeto, com elevada eficiência de uso de água e de radiação e um efluente com teores baixos de azoto (N) e fósforo (P), com o intuito de se usar posteriormente esse sistema no tratamento hidropónico de água residual suinícola vermifiltrada. Para o efeito foram testados diferentes níveis de radiação (DLI, integral diário de luz fotossintética, entre 8 e 23 mol m-2 d-1), usando luz fluorescente, e volumes de solução nutritiva (SN) por alface entre 1,5 e 3 L, em dois estudos consecutivos de 35 dias de crescimento de alface frisada (Lactuca sativa L. var. crispa). Os resultados revelaram que 2 L de SN por alface e DLI entre 10 e 12 mol m-2 d-1 foram as condições que permitiam alcançar os objetivos pretendidos com o sistema concebido. Uma vez otimizado o sistema hidropónico, foram realizados 2 estudos de tratamento de água residual suinícola por vermifiltração e hidroponia. A alface frisada foi cultivada hidroponicamente durante 35 dias num primeiro momento em água vermifiltrada (AV), e posteriormente em água vermifiltrada suplementada (AVS), tendo como controlo a SN. O crescimento das plantas foi monitorizado semanalmente, através de análises métricas de alguns parâmetros de crescimento, assim como os parâmetros físico-químicos e microbiológicos de qualidade de água. A água vermifiltrada usada nos estudos foi recolhida após aclimatação das minhocas usadas (Eisenia fetida) e maturação do vermifiltro, construído e testado em estudos anteriores. As análises pontuais realizadas mostraram que o vermifiltro conseguiu remover da água residual 84% dos SST, mais de 80% da turvação, 20% dos SDT, mais de 47% da CBO5, mais de 80% do NH3-N e mais de 80% dos coliformes totais e E. coli. O acréscimo máximo observado de PO4-P foi de 2,2 mgP L-1, e de NO3-N foi de 113 mgN L- 1. A água vermifiltrada evidenciou ter teores médios de NO3-N adequados à hidroponia de alface, mas valores baixos de PO4-P. No estudo de hidroponia em AV, usou-se 2 L de solução por planta e DLIs de 8,06, 10,4 e 12,1 mol m-2 d-1, com a SN como controlo. A AV evidenciou excelente viabilidade para o crescimento de alface, no entanto o crescimento médio, a biomassa produzida e o aspeto final das alfaces foram significativamente inferiores nos tratamentos com AV, sendo o fósforo um dos nutrientes limitantes. A AV no final da hidroponia apresentou, contudo, critérios legais de qualidade que permitiriam a sua reutilização em rega, com algumas restrições, e a sua reutilização em alguns usos urbanos. No tratamento hidropónico em AVS, a suplementação com fósforo e outros macro e micronutrientes foi realizada com o objetivo de se melhorar a produtividade de alface e ao mesmo tempo potenciar o tratamento da água, tendo decorrido também com volume 2 L de solução por planta, mas com um DLI médio de 11 mol m-2 d-1, usando a SN e a AV como controlos. Em termos de biomassa produzida e aspeto das alfaces, o tratamento AVS foi igual ao tratamento SN. No final do estudo hidropónico, os parâmetros analisados na AV como na AVS estavam em conformidade com os requisitos legais para descarga de águas residuais. No que respeita ao aproveitamento de águas residuais tratadas para reutilização em rega (Decreto-Lei 119/2019) a AV e a AVS poderiam ser classificadas com uma classe de qualidade C em função da quantidade de E. coli ainda presente na água. Os resultados obtidos mostraram boa capacidade do sistema integrado de vermifiltração e hidroponia no tratamento de águas residuais suinícolas, produzindo uma água com qualidade de ser reutilizada em diversos fins e permitindo em simultâneo a produção de alfaces com elevada eficiência de uso de água e com potencial se serem valorizadas economicamente.
- Análise do Ciclo de Vida do Sistema de Recuperação de SolventesPublication . Pires, Susana Patrícia Marques; Oliveira, Nelson Simões; Heleno, Maria Lizete LopesOs solventes orgânicos constituem um dos principais produtos utilizados na indústria química e farmacêutica. A recuperação de resíduos de solvente constitui uma solução técnica que permite o alinhamento da indústria com as orientações europeias para a sustentabilidade e circularidade dos materiais. A recuperação de resíduos de solventes enquadra-se, assim, numa oportunidade para promover a eficiência dos recursos, a redução de resíduos e a conformidade regulatória nas indústrias. Uma das metodologias que permite avaliar os impactos em diferentes categorias, ao longo da cadeia de valor de um determinado produto ou processo, é a análise do ciclo de vida. Com o objetivo de uniformizar metodologias de análise do ciclo de vida, que permitam produzir resultados equiparáveis, a União Europeia emite em 2021 uma recomendação para a utilização da metodologia da Pegada Ambiental (Recomendação (UE) 2021/2279). O estudo apresentado neste trabalho consiste na análise do ciclo de vida, através da metodologia da Pegada Ambiental de um processo de recuperação de solventes, por destilação, numa indústria dedicada a esta atividade. Para avaliação de desempenho do processo, foi realizada uma análise comparativa de modo a determinar o impacto da substituição do solvente virgem por solvente recuperado produzido neste processo, selecionado através de uma função técnica equiparada e com recurso à base de dados Ecoinvent 3.9. Adicionalmente, pretendeu-se com este estudo, identificar pontos críticos no processo de recuperação de solventes que possam ser alvo de atuação para melhoria do seu desempenho global. Os resultados obtidos nas diferentes etapas do processo avaliadas demonstram que o consumo energético no processo produtivo de solvente recuperado, nomeadamente o consumo de Gás Natural Liquefeito (GNL) e energia elétrica, assim como as etapas dos transportes, quer das entradas quer das saídas do processo, englobam os pontos mais críticos em termos de desempenho global do processo analisado. No entanto, os resultados da análise comparativa, que considera a substituição do solvente virgem por solvente recuperado, apontam para ganhos de 90% quer na utilização de recursos fósseis quer na categoria de ecotoxicidade para a água doce e de 73% na categoria de impacto de formação fotoquímica de ozono. Também a categoria de impacto referente às alterações climáticas apresenta ganhos em emissões evitadas de 73% para o solvente recuperado. O processo de recuperação de solventes demonstrou ser, portanto, uma solução técnica que se apresenta como uma oportunidade para o incremento da sustentabilidade e redução do impacto ambiental dos processos no meio industrial.
- Projeção dos Impactos das Alterações Climáticas na Produção de Eletricidade a partir de Fontes RenováveisPublication . Souza, Pietro Campagna de; Mourato, Sandra de Jesus Martins; Sousa, João Miguel Charrua deA presença de potenciais impactos no setor das Energias Renováveis devido às alterações climáticas despertou na Engenharia um olhar criterioso. Diante disso, é inevitável assumir que o mundo enfrenta o grande desafio de investir em novas fontes alternativas de energia e tentar prever os próximos ciclos nos processos de produção destas. O presente trabalho aborda este tema com o intuito de projetar a produção de energia renovável. Com base na matriz energética e oferta de energia renovável em Portugal e com as projeções dos modelos de clima, o trabalho tem como objetivo verificar o potencial de produção de energia através de fontes renováveis em cenários futuros. Os métodos utilizados foram baseados na análise dos ciclos de produção hídricos, eólicos e solares entre os anos 2008 e 2020. Estes métodos estatísticos caracterizam-se por serem métodos convencionais de regressão, que permitem modelar o efeito de cada variável climática na produção de energia hídrica, eólica e solar. A comparação desses ciclos com os dados climáticos no mesmo período permite obter modelos estatísticos de projeção para os períodos de 2041 a 2070 e de 2071 a 2100 para o cenário de emissão RCP8.5. Os resultados apontam para uma redução de produção de energia hídrica, eólica e solar até 2100 que, pode significar respetivamente uma queda de até 12% na oferta hídrica, 24% na oferta de energia eólica e 4% na oferta de energia solar. Para além disto, tem-se a procura de energia, que ao longo dos últimos anos vem aumentando, mesmo que de forma pouco expressiva e pode significar um desafio para o futuro. A avaliação do impacto que as alterações climáticas terão no consumo em determinados setores de atividade, nomeadamente no setor residencial e no Edifícios de Serviços, terá, a par do estudo preconizado neste trabalho, uma considerável pertinência.
- Integração de energias renováveis e apoio à certificação energética em edifícios de comércio e serviçosPublication . Martins, Ana Filipa Correia; Bernardo, Hermano Joaquim dos SantosO estágio curricular do curso de mestrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria foi realizado numa empresa sediada em Fátima, a CERTIGY e teve duração, de cerca de 6 meses. O estágio incidiu sobre a temática da certificação energética em edifícios. O trabalho desenvolvido vem de encontro a esta temática, com o objetivo de adquirir e aplicar a metodologia de cálculo e avaliação do desempenho energético de um grande edifício de comércio e serviços. A avaliação do desempenho energético e a análise da viabilidade técnico-económica da integração de um sistema de autoconsumo de energia renovável foi suportada pela utilização de uma ferramenta de simulação dinâmica de edifícios, o Design Builder, tendo-se desenvolvido, validado e usado um modelo energético simplificado do edifício em estudo. Este relatório apresenta um guia estruturado da metodologia de análise do desempenho energético de um grande edifício de comércio e serviços, assim como a aplicação prática a um caso de estudo. Esta metodologia permitiu perceber as etapas inerentes à avaliação energética de edifício de comércio e serviços, assim como toda a complexidade de um modelo de simulação dinâmica que representa energeticamente um edifício.
- Projeto Integrado de Eficiência Energética do Sistema de Iluminação Pública de um MunicípioPublication . Clemente, Paulo de Sousa; Bernardo, Hermano Joaquim dos Santos; Sousa, João Miguel Charrua deEm Portugal a iluminação pública, tem tecnologia desatualizadas na maioria dos sistemas utilizados, pouco eficientes energeticamente e com despesas consideráveis para os municípios. Portanto é imperativo mudar os sistemas de IP desatualizados, com vista a alcançar as metas do Roteiro para a Neutralidade Carbónica 2050 (RNC 2050) e do Plano Nacional Energia e Clima 2021-2030 (PNEC 2030) e consequentemente melhorar a tesouraria dos municípios. O projeto está dividido em duas partes. A primeira parte sumariza os consumos registados em Portugal, em vários setores de atividade, no ano de 2020. Realiza-se uma comparação da evolução do consumo total de energia com o consumo de energia da iluminação pública e também a evolução do preço da tarifa na iluminação pública. Também aborda a legislação em vigor sobre a iluminação pública e são analisadas as tecnologias utilizadas para o controlo da IP, com o objetivo de aumentar a eficiência energética. Na segunda parte, o estudo de caso é sobre um município de Portugal, onde é feita a sua caracterização socioeconómica, e identificada a tipologia da iluminação presente no sistema de iluminação pública. Seguidamente é realizada uma proposta de melhoria para a iluminação pública, com a finalidade de aumentar a eficiência energética e reduzir o consumo e consequentemente a fatura energética. Por fim, são propostos dois cenários para implementação do projeto, o primeiro com capitais próprios e o segundo utilizando capitais de terceiros, e finalmente é feita uma análise comparativa entre os dois cenários propostos.