Escola Superior Agrária do Instituto Politécnico de Castelo Branco - Energias Renováveis
Energias Renováveis (CET)
Coordenador do Curso: António Francisco Canatário Duarte
Despacho Nº 8142/2011 (Diário da Republica, 2ª Série - Nº 111- 8 de Junho de 2011)
Objectivos O presente CET em Energias Renováveis tem como principais objectivos preparar especialistas em energias alternativas aos combustíveis fósseis, nomeadamente naquelas cuja utilização em Portugal está cada vez mais desenvolvida e a assumir maior interesse e aplicação prática.Perfil de Competências O CET pretende preparar Técnicos Especialistas em Energias Renováveis, nomeadamente em energia solar térmica e fotovoltaica, em energia eólica, em energia hídrica (com especial ênfase nas chamadas mini-hídricas) e em energia da biomassa, nas suas vertentes de biocombustíveis sólidos, líquidos e gasosos (essencialmente biogás). O CET em Energias Renováveis proposto, visa dotar os formandos de um conjunto de competências que lhes permitam actuar não só ao nível da produção de energias renováveis, mas também da gestão de sistemas energéticos que utilizam estas fontes alternativas. Assim, consideram-se como competências e saberes a adquirir no final do percurso formativo, as seguintes: Competências de comunicação e relacionamento inter-pessoal; Competências técnicas e de execução; Competências de organização e trabalho em equipa. Formação Geral e Científica
Electrotecnia Geral e Electrónica
Instrumentação e Controlo Industrial
Termodinâmica Aplicada e Fluidos
Política Energética e Legislação
Biocombustíveis Líquidos e Biogás
Gestão e Conservação de Energias nos Edifícios
Valorização das Energias Renováveis - Casos de Estudo
Projectos Integrados de Energias Renováveis
Objectivos e Conteúdos Programáticos
A Matemática, é uma poderosa ferramenta que permite desenvolver as capacidades de raciocínio lógico. Serão revistos conceitos fundamentais dos elementos da Matemática, seguindo-se o estudo de algumas funções reais de variável real. A diferenciabilidade permitirá desenvolver o raciocínio matemático e fazer diversas aplicações práticas, sempre que possível a situações concretas relacionadas com a área da Protecção Civil.Para além das generalidades do estudo de funções, serão também exploradas técnicas de recolha e organização de dados, noções elementares de probabilidade e o recurso às novas tecnologias. Assim, os objectivos desta disciplina são:
Compreender a matemática como um instrumento poderoso de compreensão da realidade e de acção sobre essa realidade;
Desenvolver um conhecimento compreensivo e inter-relacionado de ideias matemáticas;
Desenvolver competências ao nível de conhecimentos e de processos matemáticos (resolver problemas, raciocinar, representar, relacionar, operar, generalizar, comunicar…).
Elementos de Matemática: Os números; As operações entre números; Noções básicas de geometria. Polígonos, circunferência e poliedros; Medida. Comprimento, área e volume.Generalidades sobre funções reais de variável real: Definições e Propriedades; Funções elementares e composição de funções; Limites e continuidade de funções; Derivação: Derivada e diferencial de uma função; Interpretação geométrica; Regras de derivação. Estudo completo de funções.Contagem e Tratamento de dados: Fenómenos aleatórios. Acontecimentos. Probabilidade de um acontecimento; Estatística descritiva: Tabelas de frequências; Gráficos de barras e outro tipo de gráficos; Medidas de localização e de dispersão; Interpretação dos dados.
Análise e tratamento estatístico de um conjunto de dados.
Estudo da relação entre duas variáveis relacionadas.
Utilização da folha de cálculo como ferramenta de apoio ao tratamento estatístico dos dados.
Componentes da janela da folha de cálculo.
Inserção de constantes, fórmulas e funções.
Operações com células; referências absolutas e relativas.
Inserção e formatação de gráficos.
Ferramentas de análise estatística.
Contagem e Tratamento de dados
Fenómenos aleatórios. Acontecimentos. Probabilidade de um acontecimento.
Estatística descritiva: Tabelas de frequências, Gráficos de barras e outro tipo de gráficos, Medidas de localização e de dispersão, Interpretação dos dados.
Covariância, correlação e gráfico de dispersão.
Método dos mínimos quadrados e ajuste da equação da recta.
Precisão e análise da recta ajustada.
Pretende-se com esta disciplina apresentar aos alunos informação geral sobre a situação energética nacional, e a abordar a problemática ambiental relacionada com a utilização dos combustíveis fósseis.
Energia e ambiente. Breve análise do balanço energético nacional. Análise dos consumos de energia nacionais e comunitários. Discussão e análise da nossa dependência externa de energia. Impacto do consumo da energia sobre o meio ambiente. Apresentação dos protocolos internacionais que visam o desenvolvimento sustentável. A importância económica, social e ambiental das energias alternativas.
Desenvolver e diversificar os conhecimentos dos alunos de forma a tornar mais eficaz e seguro o seu desempenho o manusearem os equipamentos e dispositivos relacionados com as instalações dos vários tipos de energias renováveis.
Aspectos gerais sobre Higiene e Segurança no Trabalho. Sensibilização para a necessidade e importância de medidas de higiene e segurança nos trabalhos relacionados com as energias renováveis. Análise de risco; factores que contribuem para os acidentes de trabalho e doenças profissionais. Normalização e sinalização em instalações e equipamentos. Higiene e segurança na utilização de máquinas e equipamentos; manuseamento de produtos perigosos. Alterações e efeitos provocados por factores de risco para a saúde humana; medidas de protecção. Protecção e prevenção contra riscos susceptíveis de provocar sinistralidade.
Os alunos devem compreender e saber relacionar, para posterior aplicação, os conceitos físicos relacionados com o tipo de estruturas e equipamentos presentes nos aproveitamentos energéticos abordados no plano deste curso. Os destinatários desta disciplina, deverão saber aplicar os conceitos estudados no âmbito da cinemática, dinâmica e estática, no cálculo de velocidades, forças, momentos, estabilidade e condições de equilíbrio de vários tipos de estruturas e equipamentos.
Cálculo vectorial; grandezas escalares e vectoriais, operações com vectores, componentes de um vector. Estudo da mecânica aplicada, nas temáticas da cinemática, mecânica e estática. Cinemática: leis do movimento em função do tempo e num dado referencial. Dinâmica: leis fundamentais da dinâmica, referenciais inerciais e não inerciais, impulso e quantidade de movimento, forças de atrito, momento linear e momento angular, trabalho e energia. Estática: momento de uma força, momento linear e momento angular, sistemas de pontos materiais e centro de massa e centro de gravidade, estabilidade de estruturas, equilíbrio estático e equilíbrio dinâmico.
A temática desta unidade curricular visa transmitir aos alunos os diversos materiais que são usados nas estruturas e equipamentos das centrais de energias renováveis. Os alunos devem ficar aptos a seleccionar os materiais mais apropriados, e normalmente mais usados, de entre um conjunto variado de produtos.
Características físicas e químicas dos materiais usados nas estruturas relacionadas com as energias renováveis. Materiais de construção, materiais metálicos, materiais plásticos. Técnicas de manuseamento e aplicação dos materiais. Manutenção e protecção das estruturas equipadas com os materiais estudados. Comportamento dos materiais quando sujeitos a tensões e compressões; resistência de materiais.
A disciplina de Electrotecnia Geral pretende dar uma visão global da utilização da energia eléctrica, desde a produção ao consumo – doméstico ou industrial. Sendo dirigida a alunos que vão trabalhar em instalações, equipamentos e máquinas eléctricas, pretende-se ministrar os fundamentos sobre os circuitos e instalações eléctricas, os tipos e princípios de funcionamento de motores eléctricos, bem como a leitura e execução de projectos simples de electrotecnia. As condições de higiene e de segurança no trabalho serão tratados e aprofundados no programa da disciplina.
Introdução à electrotecnia. Noções fundamentais de Electrostática. Corrente eléctrica Estacionária. Introdução aos circuitos eléctricos. Análise de circuitos eléctricos. Corrente alternada. Produção de energia. Transporte de energia eléctrica. Distribuição de energia eléctrica. Motores de utilização industrial. Análise e leitura de projectos eléctricos. Normas e regras de segurança na execução de trabalhos de instalações eléctricas.
A disciplina de Instrumentação e Controlo foca conceitos, de nível introdutório relacionados com tecnologias e metodologias utilizadas para o controlo em malha fechada de instalações e equipamentos, dando ênfase à instrumentação e ao controlo de processos de funcionamento contínuo em instalações industriais.
Definições e Conceitos básicos. Sistemas e sinais. Sistemas em malha aberta e fechada. Controlo de Processos: vantagens e equipamentos. Tecnologia: instrumentação e sensores. Comportamento dinâmico de sistemas. Modelos e sistemas lineares. Medidas em linha. Sensores: peso ou massa, pressão, nível, temperatura, caudal, pH, velocidade, viscosidade, densidade, condutividade. Noções de sinal digital e conversão A/D e D/A. Sistemas de condicionamento e transmissão de sinal analógico e digital. Sistemas de aquisição de sinais (medidas). Instrumentação pneumática. Medidas eléctricas. Sistemas de registo e alarmes, sistemas lógicos. Redes de campo. Instrumentação intrinsecamente segura.
O programa da disciplina tem como principal objectivo, ministrar conceitos fundamentais da Termodinâmica e dos fluidos. Relativamente ao módulo de Fluidos pretende-se capacitar os alunos para compreenderem os tipos de escoamentos, os regimes e o comportamento dos fluidos quando estes se encontram em repouso e em movimento. O cálculo de forças exercidas sobre superfícies sólidas e de perdas de carga quando em movimento, são objectivos fundamentais deste módulo. Relativamente ao módulo de Termodinâmica pretende capacitar os alunos para compreenderem os conceitos fundamentais de sistema termodinâmico, energia, calor e trabalho. Também se pretende que os alunos dominem a aplicação da 1.ª e 2.ª lei da termodinâmica, bem como os processos de transferência de energia por condução, convecção e radiação. Pretende-se assim, com o presente programa, que o aluno saiba identificar e definir os sistemas termodinâmicos, perceba as formas e processos de transformação de calor em trabalho e vice-versa, saiba compreender as limitações do rendimento/eficiência das máquinas térmicas e finalmente consiga efectuar balanços de energia a sistemas termodinâmicos simples.
Conceitos fundamentais: Fluidos e suas propriedades. Fluidos ideais e fluidos reais. Descrição e classificação dos escoamentos de fluidos. Equações gerais da conservação de massa e de energia. Fluidos em repouso: hidrostática. Cálculo de forças de pressão sobre superfícies sólidas. Dinâmica de fluidos. Tipo de regimes de escoamento: laminar e turbulento. Noção de perda de carga. Cálculo de perdas de carga. Termodinâmica: noção de sistema e de processo. Energia e trabalho. Tipos de sistemas. Grandezas Termodinâmicas. Estados de equilíbrio e de não equilíbrio. Propriedades termodinâmicas de substâncias puras. Processo de mudança de fase de uma substancia pura. Diagramas de mudança de fases. Tabelas de propriedades. Equação de estado de um gás perfeito. Gás Real. Trabalho e calor. 1º Lei da Termodinâmica. Reversibilidade e Irreversibilidade. Entropia. 2º Lei da Termodinâmica. Ciclos termodinâmicos. Transferência de energia: condução, convecção e radiação. Balanço de energia. Aplicação a sistemas termodinâmicos simples.
A disciplina de Desenho Técnico e CAD visa dotar os alunos dos conhecimentos mais essenciais dessa linguagem por todos entendida na Engenharia, que é o Desenho. Em concreto, com a disciplina de Desenho Técnico e CAD pretende-se por um lado que os alunos fiquem dotados da capacidade de realizar alguns desenhos de Engenharia, nomeadamente por utilização dos recursos de Desenho Assistido por Computador (ou "Computer Aided Design" – "CAD"), mas também que passem a ser capazes de interpretar desenhos com que eventualmente venham a ser confrontados no futuro.
Introdução. Historial, evolução e utilidade do Desenho Técnico. Técnicas de desenho em Desenho Técnico. Desenho à mão livre, por instrumentos separados e por máquina integrada. O Desenho Assistido por Computador – CAD. Introdução. Evolução. Equipamento. Material de desenho em Desenho Técnico clássico. Alusão ao desenho geométrico rigoroso. Normalização. Objectivos, importância e entidades normalizadoras. Reprodução de desenhos. Técnicas disponíveis. Vantagens e inconvenientes. Técnicas de representação em Desenho Técnico. Projecções. Cortes e Secções. Perspectivas. Cotagem. Interesse, normas e execução. Aplicações do Desenho Técnico na Engenharia em geral. Simbologias utilizadas.
Identificação e análise breve dos vários instrumentos legais no âmbito dos projectos, construção e exploração. Incentivos financeiros para as instalações de energias renováveis. Os alunos devem adquirir o conhecimento de qual é actualmente o sentido da política energética nacional e internacional, e neste contexto qual a importância das energias renováveis.
Política energética nacional num contexto de dependência energética e de redução da emissão de gases com efeito de estufa. Linhas orientadoras da política energética da União Europeia e internacional. Oportunidades e condicionantes para as energias renováveis. Potencialidades do país para as energias renováveis. Processo de licenciamento de instalações em energias renováveis. Projecto, obra e exploração de instalações; limites legais.
Pretende dar a conhecer aos alunos os fundamentos teóricos e o estado da arte relativa aos aproveitamentos energéticos da energia solar e fotovoltaica. Os alunos deverão ficar capacitados a avaliar, dimensionar e seleccionar os equipamentos tecnlógicos para aproveitamento da energia solar.
Introdução: Avaliação de recursos solares. Aspectos de cálculo da geometria solar. Estimativa da radiação Solar. Cálculo de sombreamento. Cálculo da inclinação óptima. Utilização da radiação para aquecimento e arrefecimento ambiente. Uso de painéis solares. Tipo e características dos painéis solares. Energia solar térmica nos edifícios (solar passivo, ganhos solares, etc.). Características dos materiais usados nos colectores solares. Instalação de painéis solares. Normas de segurança. Conceitos gerais sobre sistemas fotovoltaicos: Fundamentos da conversão energética fotovoltaica. Comparação das diversas tecnologias, vantagens e desvantagens, campo de aplicação, estado actual de desenvolvimento. Técnicas de fabrico e de instalação de sistemas fotovoltaicos.
Capacitar os alunos para, de forma crítica, decidirem sobre a viabilidade de um aproveitamento da energia eólica. Dotar também os alunos de conhecimentos suficientes para fazer o estudo, análise e selecção do equipamento e tecnologia adequada para este tipo de energia renovável. Pretende-se igualmente ministrar conhecimentos indispensáveis para a compreensão e selecção dos equipamentos de conversão de energia, características das instalações eléctricas e ligações à rede eléctrica. Aspectos como os materiais usados nas diferentes tecnologias bem como os equipamentos e normas de segurança serão destacados durante a apresentação do conteúdo programático.
O vento como fonte de energia. Limites de conversão. Velocidade específica e coeficiente de potência. Aerodinâmica de um rotor de eixo horizontal. Influência do ângulo de ataque e da velocidade de rotação. O descolamento aerodinâmico. Tipos e características dos aerogeradores. Desempenho de um aerogerador – curva de potência. Conceitos de regulação da potência. Tipos de sistemas de conversão de energia eólica e suas características. O gerador de indução simples – princípio de funcionamento, formas de controlo e limitações. Gerador de indução duplamente alimentado (modelo eléctrico e formas de controlo). Gerador de síncrono de velocidade variável (modelo eléctrico e formas de controlo). Topologia das redes eléctricas de parques eólicos. Protecções intrínsecas dos geradores e de interligação. Coordenação e sistemas de protecções. Impacto da integração da geração eólica nas redes eléctricas. Previsão da produção eólica, seu interesse e necessidade para exploração do sistema eléctrico. Gestão técnica e comercial da operação de sistemas eléctrico com elevada integração eólica.
Capacitar os alunos para, de forma crítica, decidirem sobre a viabilidade de um aproveitamento da energia hídrica, com destaque para a energia das mini-hídricas. Dotar os alunos de conhecimentos suficientes para fazer o estudo hidrológico de um curso de água, e decidir se o regime hidrológico é suficiente para justificar a instalação de uma central mini-hídrica. De acordo com as características do aproveitamento, os alunos devem estar habilitados a seleccionar os equipamentos e a calcularem a energia produtível em ano hidrológico médio.
Generalidades sobre centrais mini-hídricas: classificação das centrais hídricas, elementos que constituem uma central mini-hídrica, impactes ambientais. Análise hidrológica do curso de água onde se pretende instalar a central mini-hídrica: análise de registos dos caudais do curso de água em causa, eventual extrapolação de dados dos caudais de um curso de água similar, cálculo da curva de duração dos caudais, cálculo do caudal modular. Consideração dos factores de que depende a energia que se estima produzir. Cálculo da potência teórica e potência útil do aproveitamento hidroeléctrico. Selecção das turbinas que deverão equipar a central mini-hídrica; limites de exploração dos vários tipos de turbinas. Cálculo da energia eléctrica produtível em ano hidrológico médio.
Fornecer os conhecimentos indispensáveis ao enquadramento da utilização de biomassa no desenvolvimento de sistemas de produção de energia sustentáveis, bem como, o domínio dos principais conceitos e unidades de medida na sua produção, gestão e conversão. Pretende-se ainda habilitar os alunos para a realização de estudos de quantificação e gestão de biomassa. Deverá fornecer-se também as diferentes perspectivas de desenvolvimento futuro através de casos de estudo.
Evolução da utilização de biomassa em Portugal e no Mundo. Potencial de utilização. Barreiras e constrangimentos do mercado. Conceitos e unidades de medida na produção e conversão de biomassa. Estrutura física, peso, volume, densidades, teor de mistura, valor energético, capacidade, eficiência. Gestão e quantificação de biomassa. Caracterização dos principais tipos de biomassa. Origem e avaliação do recurso. Cadeias de abastecimento e cálculo de custos. Plantações de curta rotação. Culturas energéticas. Sistemas de conversão. Densificação, conversão termoquímica por combustão e ciclo de vapor, conversão termoquímica por gasificação e pirólise, conversão bioquímica de biomassa seca. O potencial da utilização futura da biomassa. Perspectivas de desenvolvimento. Apresentação de casos de estudo.
Os objectivos de base desta disciplina prendem-se com a aquisição de conhecimentos na área tecnológica da produção, distribuição e utilização de biocombustíveis líquidos e gasosos. Na área dos biocombustíveis líquidos serão tratados com mais detalhe os casos do biodiesel, do óleo vegetal puro e o do bioetanol. Quanto ao biocombustíveis gasosos, essencialmente será abordada a temática do biogás.
Biocombustíveis líquidos – conceitos e mercados. Uso actual dos combustíveis. Combustíveis e combustão. Biocombustíveis vs. combustíveis fósseis. Realidade actual e tendências. A questão ambiental. Alternativas tecnológicas: fileira dos açúcares; fileira dos óleos; o conceito de biorefinaria. Biodiesel: matérias-primas – plantas oleaginosas, gorduras animais, gorduras alimentares recicladas e microalgas; tecnologias de produção: extracção e preparação dos óleos das matérias-primas; esterificação; acabamento do biodiesel; subprodutos e sua valorização; distribuição e utilização. Óleos vegetais puros: interesse da fileira; regulamentação aplicável e aspectos sociais; características técnicas dos óleos; bagaços de oleaginosas e suas utilizações; utilização em motores do tipo Diesel – vantagens e inconvenientes. Bioetanol: matérias-primas – cana-de-açúcar e sorgo sacarino; beterraba sacarina; cereais; outras matérias-primas; tecnologias de produção – processos de primeira e de segunda geração; fermentação e destilação; co-produtos e sua valorização; distribuição e utilização do bioetanol. Biogás: tecnologias de produção – processos dedicados e sistemas ligados ao tratamento de efluentes; fermentação anaeróbia; sistemas de co-geração; subprodutos e sua valorização; distribuição e utilização do biogás.
Gestão e Conservação de Energia em Edifícios
Pretende-se com a disciplina de Gestão e Conservação de Energia em Edifícios alertar para a problemática da utilização racional da energia nos edifícios de habitação, edifícios de serviços e edifícios industriais, no sentido da promoção da eficiência energética e da valorização das energias endógenas, contribuindo para a melhoria da competitividade da economia portuguesa e para a modernização da nossa sociedade, salvaguardando simultaneamente a qualidade de vida das gerações vindouras pela redução de emissões, em particular do CO2, responsável pelas alterações climáticas. Será dada ênfase ao adequado conhecimento da legislação nacional vigente, bem como de todas as orientações nacionais e internacionais que orientam a sua actuação no domínio da eficiência energética em edifícios.
O consumo energético nos edifícios. Características ambientais e tecnologias energéticas dos edifícios. Características exteriores dos edifícios, características da construção, ventilação, aquecimento e arrefecimento, produção de água quente, energia renovável nas habitações, eficiência energética nos edifícios públicos e industriais, a gestão da energia em edifícios, certificação energética dos edifícios, melhores práticas e pequenas acções para poupar energia.
Apresentar aos alunos, os aspectos relevantes da gestão de energia, nomeadamente, os aspectos técnicos, económicos e ambientais. Os diferentes tipos de energia, as formas de utilização e conversão bem como a eficiência dos processos tecnológicos serão também abordados. Pretende-se também capacitar os alunos para a realização de auditorias de energia nas indústrias e sensibiliza-los para a necessidade da tomada de medidas de eficiência energética, adequadas aos diferentes sectores da actividade económica.
A gestão da energia. Auditoria energética: sua metodologia. Instrumentos de medida. Realização de balanços energéticos em instalações industriais. Discussão dos resultados. Medidas de eficiência energética para o sector da indústria, serviços e edifícios. Análise de relatórios de auditorias de energia.
Valorização das Energias Renováveis-Casos de Estudo
Apresentartar aos alunos exemplos práticos de valorização das energias renováveis nos sectores da habitação, indústria e serviços. Pretende-se nesta disciplina que o aluno tome conhecimento de exemplos concretos na aplicação das energias renováveis inteirando-se da análise dos problemas encontrados e das respectivas propostas de solução.
Avaliação do potencial das energias renováveis em Portugal. Apresentação de projectos de aproveitamento e produção de energias renováveis. Análise de casos de estudo – visitas, seminários e palestras.
Conceitos, metodologias e práticas de elaboração, avaliação e análise de projectos de produção e exploração de energias renováveis. Integração de conceitos inerentes às diferentes soluções tecnológicas existentes no campo das energias renováveis. Aproveitamento de sinergias entre diferentes tecnologias.
Noção de projecto: generalidades e conceitos. Tipos de projectos: identificação e caracterização. Elaboração de projectos de aproveitamento de energias renováveis. Estrutura, conteúdo e metodologias de elaboração de um projecto. Avaliação económica. Programas específicos de incentivo às energias renováveis. Legislação aplicável. Elaboração prática de um projecto de energias renováveis utilizando duas ou mais das tecnologias disponíveis: sinergias técnicas e económicas. CET
Protecção CivilEnergias RenováveisManeio e Utilização do CavaloAnálises Químicas e MicrobiológicasMecanização e Tecnologia Agrária (CET)Sistemas de Informação Geográfica (CET)Olivicultura e Viticultura