Dissertações de Mestrado
Info
Bond model of steel reinforcement embedded in low binder concrete
O presente trabalho apresenta uma nova lei de aderência para varões de aço e betão com baixa dosagem de ligante. A lei de aderência foi obtida por um processo de calibração empírico baseado nos resultados dos ensaios de arrancamento de Louro (2014), Freitas (2016) e Pereira (2019). Estes resultados são relativos a 31 séries de teste e um total de 138 ensaios realizados utilizando diferentes tipos de betão. Além disso, os espécimenes ensaiados nessas campanhas foram replicados através de modelos de elementos finitos recorrendo ao software ATENA. A modelação do comportamento local da aderência foi realizada através de uma abordagem fenomenológica que permitiu comparar resultados experimentais e numéricos utilizando a nova lei de aderência e as leis pré-existentes do fib Model Code 2010, Louro (2014), Freitas (2016) e Pereira (2019). Adicionalmente, foram modeladas duas vigas para estudar a influência da resistência da aderência sobre os comprimentos de ancoragem/emenda. As conclusões retiradas foram as seguintes: a calibração da nova lei incorporou a influência dos parâmetros área relativa das nervuras, compacidade, diâmetro dos varões e teor de agregados reciclados. Ademais, a calibração da lei melhorou a precisão da previsão da resistência da aderência comparativamente às leis anteriores. Os modelos de ensaios de arrancamento simularam com sucesso a aderência local. Os modelos de vigas revelaram uma relação linear entre o comprimento de ancoragem/emenda e a resistência da aderência. Finalmente, determinou-se que a consideração adequada da capacidade de aderência nas zonas de ancoragem pode contribuir para a sustentabilidade da indústria da construção.
Ano: 2022
Autor(es): Bastos, R. V.
Keywords: Comprimento de ancoragem; Análise de elementos finitos; Betão com baixa dosagem de ligante; Ensaios de arrancamento; Lei de aderência
Info
Avaliação da eficiência energética de instalações elevatórias: diagnóstico e análise de medidas de melhoria
O objetivo da presente pesquisa é o desenvolvimento e a aplicação de uma metodologia de avaliação da eficiência energética de instalações elevatórias (IE) em sistemas de abastecimento de água e de drenagem de águas residuais. A metodologia desenvolvida baseia-se na análise de dados disponíveis associados às características das instalações elevatórias (e.g., número de bombas, caudal/ altura de elevação nominal, potência instalada) e condições de operação (e.g., caudal, altura de elevação, consumo de energia). Para a realização do diagnóstico propõem-se três categorias de indicadores de desempenho (ID) relativos à eficiência energética, ao desempenho técnico e ao custo operacional de instalações elevatórias. São também estabelecidas diferentes medidas de melhoria (infraestrutura, operação, manutenção, outras) para melhorar a eficiência energética. A metodologia proposta desenvolve-se em cinco etapas principais: 1. Estabelecimento de indicadores de desempenho; 2. Recolha de dados e cálculo de indicadores de desempenho; 3. Diagnóstico e identificação de prioridades; 4. Estudo de medidas de melhoria; 5. Análise económica. A metodologia é aplicada às IE de três estudos de caso, pertencentes a três entidades gestoras, correspondendo a uma amostra de 221 IE, considerada representativa das IE dos sistemas portugueses de abastecimento de água e de drenagem de águas residuais. A análise permitiu a identificação de problemas específicos em cada IE e também a identificação de medidas de melhoria, referentes, nomeadamente ao funcionamento de bombas no ponto de máxima eficiência, à instalação de variadores de velocidade, à melhoria do sistema de monitorização e ao registo de dados, à reabilitação ou substituição de bombas ou seus componentes e à manutenção das bombas. Adicionalmente, é realizada uma análise detalhada das cinco IE menos eficientes de cada entidade e com maior potencial de redução do consumo de energia. Verificou-se que as instalações elevatórias de abastecimento de água têm normalmente maior potência instalada, maior consumo de energia e os dados disponibilizados são mais confiáveis e precisos. Pelo contrário as instalações elevatórias de águas residuais têm baixa potência instalada, um mais baixo consumo de energia e, em muitos casos, os dados de monitoramento não se revelam fiáveis.
Ano: 2021
Autor(es): Batista, B.M.
Keywords: Águas residuais; Abastecimento de água; Indicador de desempenho; Entidade gestora; Eficiência energética; Instalação elevatória
Info
Avaliação da Eficiência Hídrica e Energética em Aproveitamentos Hidroagrícolas
A presente tese de mestrado centra-se na avaliação da eficiência hídrica e energética em aproveitamentos hidroagrícolas, sendo o principal objetivo o diagnóstico setorial e o estudo de soluções de intervenção. Para o efeito é proposta uma metodologia de análise e aplicada a dois casos de estudos, de natureza diferente, um sistema com abastecimento constituído predominante por canais e um sistema totalmente pressurizado. A metodologia de diagnóstico e estudo de soluções de melhoria é composta por quatro fases: i) Recolha e processamento de informação; ii) Realização do diagnóstico (análise global e sectorial); iii) Priorização de soluções de intervenção; iv) Recomendações finais. A realização do diagnóstico requer o cálculo dos balanços hídrico e energético. A abordagem proposta para a realização do balanço hídrico em aproveitamentos hidroagrícolas é baseada nos trabalhos desenvolvidos por Cunha et al. (2019), e propõe-se a reformulação do cálculo de algumas das suas componentes (i.e. volume de água entrado por escoamento superficial, volume mínimo de operação, evaporação, repassos, fugas e perdas aparentes). Relativamente ao balanço energético é desenvolvida uma abordagem específica para aproveitamentos hidroagrícolas, tendo por base o balanço energético aplicável a sistemas urbanos de água (Mamade et al. 2015). Os resultados demostram que sistemas com abastecimento em superfície livre, o principal problema são as descargas em canais que representam 28% do volume de água entrado no sistema, enquanto que, em sistemas com conduta em pressão, os problemas são as fugas e roturas que representam perdas de 7% do volume de água entrada. São, também, identificados os subsistemas prioritários nos dois aproveitamentos analisados e priorizadas soluções de melhoria para um deles. Soluções propostas para o subsistema prioritário poderão reduzir as perdas de água em 38% e aumentar a recuperação da energia em excesso em 25%.
Ano: 2021
Autor(es): Fernandes, E.A.
Keywords: Soluções de intervenções; Eficiência; Balanço energético; Balanço hídrico; Aproveitamento hidroagrícolas
Info
Flow time series clustering for demand pattern recognition in drinking water distribution systems: new insights about the most adequate methods
Este estudo apresenta uma proposta de metodologias de clustering para reconhecimento de padrões de consumo usando um conjunto de dados de caudal coletados em redes de distribuição de água em Portugal. A maioria dos estudos existentes sobre clustering em séries temporais de caudal baseia-se em algoritmos de clustering hierárquicos ou de k-Means com medidas de distâncias inelásticas. Este estudo explora alternativas de algoritmos de clustering, medidas de distância, janelas temporais de comparação, medidas de índice interno e protótipos de clustering. O desempenho das metodologias de clustering foi avaliado em termos de medidas de índice interno e também através da caracterização dos centroides dos clusters. As metodologias com melhor desempenho foram o Algoritmo de Partição com distância DTW, protótipo PAM e janela de temporal de 15 minutos e o Algoritmo de Partição com distância GAK, protótipo PAM e janela de temporal de 15 minutos, pois permitiram a formação três clusters. O primeiro método identifica um padrão de consumo noturno, um padrão típico de fim-de-semana e um padrão típico de dia útil, enquanto o segundo método destaca-se por apresentar um padrão com pequena variabilidade entre o consumo noturno e diurno. Para melhorar a extração de conhecimento, operações adicionais de clustering foram realizadas ao conjunto de dados que pertence ao cluster com pequena variabilidade entre consumo noturno e diurno. Novos clusters foram identificados e caracterizados, mostrando que os padrões associados à irrigação são independentes do período do dia e da época do ano, o que indica um uso ineficiente da água.
Ano: 2021
Autor(es): Gomes, P.
Keywords: Sistemas de distribuição de água.; Reconhecimento de padrões de consumo; Séries temporais de caudal; Clustering de series temporais; Aprendizagem não supervisionada
Info
Generalized additive model and artificial neural networks for water demand
A crescente instabilidade dos padrões climáticos põe em causa a disponibilidade de água potável, tornando-se cada vez mais importante a realização de uma gestão mais eficiente dos recursos hídricos actuais e futuros. Descrevemos e comparamos vários modelos para prever a procura de água, nomeadamente, consideramos os modelos auto-regressivos integrados de médias móveis sazonais (SARIMA), os modelos aditivos generalizados e redes neurais artificiais (RNA). Os modelos são avaliados com base no Erro Absoluto Médio (EAM) e no Erro Percentual Absoluto Médio (EPAM). Os resultados mostram que as RNA conseguem superar os outros métodos considerados. Demonstramos que ao lidar com dados de caudal, as RNA são capazes de ajustar bem os dados e fornecer boas previsões sem dependerem da inclusão de variáveis climatéricas no modelo. Adicionalmente, é feita uma análise exploratória de dados de facturação de água provenientes de uma região do Sul de Portugal. Esta análise tem como objectivo o melhoramento da gestão de recursos assim como o estudo do impacto do envelhecimento do parque de contadores na qualidade das leituras.
Ano: 2021
Autor(es): Mason, B.A
Keywords: Redes neuronais artificiais; Modelos aditivos generalizados; Modelos SARIMA; Previsão da procura de água; Dados de facturacão de consumo de água; Dados de telemetria
Info
Mathematical modelling of water demand: time series clustering and GAM models
À medida que a instabilidade dos padrões climáticos põe em causa a disponibilidade de água potável, a necessidade de gestão eficiente dos recursos hídricos atuais e futuros torna-se mais importante. Infiltracão de água salgada causada pela subida do nível do mar está a provocar o encerramento de furos para consumo exterior, e este abastecimento de água colocará pressão em fornecedores locais. Este estudo analisa dados do consumo de água total de 312 clientes pertencentes a três arruamentos com diferentes proporcões de alojamento de média e alta densidade. Para cada arruamento, obtemos perfis de cliente usando técnicas de clustering. Isto permite à entidade gestora identificar clientes que são bons candidatos à instalação de contadores de água separados para consumo interior e exterior, e um grupo de clientes com indicios de presença de furo. O consumo total de um conjunto de clientes é modelado usando um modelo aditivo generalizado. Tirando partido de pesquisa realizada anteriormente sobre os hábitos de consumo de água no exterior, tentamos desagregar consumo total nas suas componentes interior e exterior. Para além disto, estudamos dados de caudal de águas residuais recolhidos numa estação elevatória. Identificamos uma relação entre o caudal e precipitação que indicia infiltracão indevida de água pluvial na rede de águas residuais.
Ano: 2021
Autor(es): Santos, M.R.
Keywords: Águas residuais; Modelos aditivos generalizados; Previsão da procura; Consumo de água urbano; Clustering de séries temporais
Info
Clustering de séries temporais de caudal para reconhecimento de padrões em sistemas de distribuição de água: novos estudos sobre os métodos mais adequados
Este estudo apresenta uma proposta de metodologias de clustering para reconhecimento de padrões de consumo usando um conjunto de dados de caudal recolhidos a partir de medidor de caudal instalados em redes de distribuição de água em Portugal. A maioria dos estudos existentes sobre clustering em séries temporais de caudal baseia-se em algoritmos de clustering hierárquicos ou de k-Means com medidas de distâncias inelásticas. Este estudo explora alternativas de algoritmos de clustering, medidas de distância, janelas temporais de comparação, medidas de índice interno e protótipos de clustering. O desempenho das metodologias de clustering foi avaliado em termos de medidas de índice interno e também através da caracterização dos centroides dos clusters. As metodologias com melhor desempenho foram o Algoritmo de Partição com distância DTW, protótipo PAM e janela de temporal de 15 minutos e o Algoritmo de Partição com distância GAK, protótipo PAM e janela de temporal de 15 minutos, pois permitiram a formação de três clusters. O primeiro método identifica um padrão de consumo noturno, um padrão típico de fim-de-semana e um padrão típico de dia útil, enquanto o segundo método destaca-se por apresentar um padrão com pequena variabilidade entre o consumo noturno e diurno. Para melhorar a extração de conhecimento, operações adicionais de clustering foram realizadas ao conjunto de dados que pertence ao cluster com pequena variabilidade entre consumo noturno e diurno. Novos clusters foram identificados e caracterizados, mostrando que os padrões associados à irrigação são independentes do período do dia e da época do ano, o que indica um uso ineficiente da água.
Ano: 2019
Autor(es): Gomes, P.
Keywords: Sistemas de distribuição de água.; Reconhecimento de padrões de consumo; Séries temporais de caudal; Clustering de series temporais; Aprendizagem não supervisionada
Info
Balanços hídrico e energético em aproveitamentos hidroagrícolas - Uma nova abordagem para sistemas mistos
A presente dissertação tem como objetivo principal o desenvolvimento e a aplicação de uma proposta de metodologia para avaliação sistemática do uso da água e da energia em aproveitamentos hidroagrícolas. O trabalho apresentado vem colmatar lacunas existentes no diagnóstico de perdas de água e de ineficiências energéticas nestes sistemas. As abordagens existentes para aproveitamentos hidroagrícolas centram-se na avaliação da eficiência do uso dos recursos hídricos nas diferentes componentes do sistema, não existindo uma abordagem com visão global de sistema. A metodologia proposta para cálculo do balanço hídrico resulta da adaptação das abordagens existentes nos sistemas urbanos de abastecimento de água aos aproveitamentos hidroagrícolas. À semelhança do balanço hídrico proposto por Alegre et al. (2004), a água entrada divide-se em consumo autorizado e perdas de água. Na componente de água entrada surge a necessidade de considerar as sub-componentes relacionadas com a entrada de água por precipitação, por escoamento superficial e proveniente do armazenamento em reservatórios intermédios. Nos sistemas de transporte e distribuição com superfície livre, é contabilizada uma nova sub-componente de consumo autorizado relacionada com volumes necessários para a operação dos canais. As perdas de água incluem as perdas aparentes, as perdas por evaporação e as perdas reais entre as quais se destacam os repassos e as descargas em canais. Na aplicação da metodologia ao caso de estudo procurou-se sempre validar os resultados obtidos com a experiência dos intervenientes, tendo analisado metodologias alternativas para estimativa de algumas sub-componentes. A aplicação do balanço energético simplificado desenvolvido para os sistemas urbanos aos aproveitamentos hidroagrícolas levou à necessidade de contabilizar uma componente adicional no balanço energético original relativa à variação de volume dos reservatórios intermédios.
Ano: 2018
Autor(es): Cunha, H.
Keywords: Aproveitamentos hidroagrícolas; Sistemas de abastecimento de água; Balanço energético; Balanço hídrico
Info
Modelação matemática de consumos de água para rega de espaços verdes
An increase in tourism in coastal regions and the saltwater intrusion problem in the aquifers, which will cause the closure of boreholes used to water gardens, create a pressure over the water supply of the region in study. This situation, along with climate change, makes it challenging to envisage mean and long term consumption scenarios. This study is aimed at characterizing, modeling and forecasting the garden watering demand in a coastal touristic region. This is possible due to the particular situation where the lots to study have two water meters: one to measure indoor water use and another to measure outdoor water use. We apply a clustering algorithm to group the customers by similarity of consumption pattern. For each cluster, we propose a generalized additive model. Furthermore, we test a method to disaggregate the total water use into indoor and outdoor use.
Ano: 2018
Autor(es): Marques, A.
Keywords: Disaggregation of water consumption; Generalized Additive Models; Time series clustering; Outdoor water use; Garden watering
Info
Modelação da Incerteza e Deteção de Outliers para Melhoria do Diagnóstico de Perdas em Sistemas de Abastecimento de Água
As perdas de água que ocorrem nos sistemas de abastecimento de água constituem um grave problema, em termos económico, ambiental e social, que se reflete em duas áreas distintas, que serão objeto de estudo nesta dissertação: nas incertezas no cálculo do balanço hídrico anual e em alguns picos de consumo existentes nas séries temporais de caudal, sendo outros relativos a consumos atípicos. Contudo, os dois temas permitem melhorar as ferramentas existentes para o diagnóstico de perdas de água. No primeiro caso, estas são quantificadas utilizando dados medidos ou estimados e que, por isso, possuem incertezas que se propagam com os cálculos efetuados. Deste modo, esta propagação foi estudada, considerando-se dois formatos diferentes de introdução das incertezas e três métodos de propagação das mesmas, sendo um deles uma inovação. A combinação entre bandas de incerteza e intervalos de confiança foi a que permitiu obter os melhores resultados. O segundo ponto visa contribuir para a redução da incerteza na estimativa de perdas reais uma das componentes mais relevantes do balanço hídrico, através da deteção automatizada de eventos associados a roturas. Para tal, aplicaram-se se diversos métodos de deteção de outliers, métodos estes resultantes de inovações com base no teste do desvio studentizado extremo generalizado, no método de Tukey e no SAX. Este último revelou-se o melhor para séries com e sem sazonalidade anual, caracterizada por consumos mais elevados nos meses quentes.
Ano: 2016
Autor(es): Silva, M. S.
Keywords: SAX; Sistemas de abastecimento de água; Balanço hídrico; Deteção de outliers; Bandas de incerteza; Propagação de incertezas
|