Vencedores _3

Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
Vencedor no sector das Energias Renováveis
Proponente: Miguel Veríssimo
Organização: Armadilha Solar - Arquitectura
Nome do projecto: JEE, Janela Eco-Eficiênte, sistema de vãos com elevada prestação
energética e funcional
Descritivo
A ideia desenvolvida, aponta directamente para os vãos exteriores, como elementos
fundamentais nas transferências térmicas, lumínicas, ventilação e acústica, que ocorrem
entre o interior e o exterior das habitações. Procuramos assim, com a JEE, criar um
objecto de design, standard, ergonómico, que optimizasse a prestação funcional dos
vãos exteriores, melhorando a sua eficiência energética e o desempenho ambiental dos
sistemas construtivos, utilizando materiais recicláveis, transformando resíduos em
recursos.
Passível de ser produzida em série, a JEE, é uma tecnologia de fácil aplicação em
edifícios novos e a reabilitar, conseguindo em condições ideais de exposição solar e
tratamento da envolvente, contribuir para o conforto dos espaços, poupando entre 30 a
40% de energia (entre energia incorporada e primária para climatização e iluminação)
para uma analise de ciclo de vida, de 20anos.
A JEE nasce pois, duma necessidade prática, desafiando a invenção, a inovação e o
conhecimento duma equipa multidisciplinar constituída para o efeito, entre a Armadilha
Solar e o Departamento de Civil da Universidade do Minho.
Sendo um objecto integrado, a JEE, é composta por dois sistemas complementares que
dão resposta a diferentes fenómenos, contribuindo no final para a eficiência do
conjunto:
- O Vão, em caixilharia de alumínio com corte térmico, desenvolvida para o efeito;
vidro transparente, garantindo a vista para o exterior, com factor solar e condutibilidade
térmica variáveis com os locais de aplicação; um estore concavo, reflector da luz natural
para o interior; uma persiana exterior isoladora que garante também a ocultação.
- O Sistema termodinâmico disposto na vertical ao longo da ombreira do vão,
constituído por uma estufa semicilíndrica em acrílico transparente; uma portada
automatizada em cortiça, com espelho concentrador em alumínio polido aplicado numa
das faces; acumulador térmico, desenvolvido e dimensionado de forma a armazenar o
máximo de energia possível, com uma inércia térmica que permita um atraso adequado;
um sistema activo de aquecimento, inserido na massa acumuladora, garantindo o
funcionamento do objecto, em dias de fraca radiação solar.
Os modos de funcionamento seguidamente exemplificados, tipificam a prestação da
JEE em épocas de meia estação e Verão, e a forma como tiramos partido dos sistemas,
que introduzidos no objecto:
Outono; dia frio solarengo.
- Com o Sol, a portada isoladora automatizada abre, deixando a radiação penetrar
atravessando a estufa, incidindo no acumulador térmico, iniciando-se o processo de
armazenamento de calor que ocorrerá durante o dia a uma média de 400Wh/m2. Nesse
momento, começa também o aquecimento do ar contido no caudal da estufa iniciandose uma termocirculação do ar interior que, passa por umas grelhas de ventilação através
da estufa, aquecendo. A estufa e os ganhos solares directos da janela, associados,
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
garantem o aquecimento passivo do espaço interior durante o dia. Entretanto, a porta
isoladora automatizada, que contem na face interior, um espelho, vai-se posicionando
controladamente relativamente ao Sol, de forma a reflectir constantemente a radiação
solar no acumulador térmico melhorando a potência energética incidente. Esse espelho
concentrador contribui também para o aquecimento da estufa. A porta em cortiça vai-se
fechando até ao pôr-do-sol, isolando o acumulador térmico, evitando perdas de calor.
Assim, consegue-se determinar a condução de calor nele contida, para o espaço interior.
O funcionamento passivo do acumulador, garante o conforto térmico entre o início da
noite, até às 23h. Inicia-se então, o funcionamento pontual do aquecimento activo
inserido no interior do acumulador térmico, controlado por termóstato, tirando então,
partido da tarifa bi-horária, mais económica e ecológica.
Verão
A portada isoladora encontra-se fechada, ocultando o acumulador da radiação solar. No
entanto, a estufa está quente e o ar circula por convecção natural através dumas grelhas
de ventilação exterior da estufa, que se encontram abertas durante o Verão, para evitar o
sobreaquecimento. A termocirculação vertical do ar dá-se através da estufa, criando um
efeito de termosifão, “sugando” para o exterior o ar quente acumulado junto ao tecto da
habitação. Essa sucção é feita através duma grelha de ventilação superior, entre a estufa
e o espaço interior, devendo permanecer aberta durante o Verão, possibilitando a
ventilação interior/exterior.
Durante a noite, o sistema é aberto e deixado em modo de ventilação.
À eficiência do sistema térmico associam-se ainda, ganhos com a melhoria da prestação
do sistema de iluminação natural que projecta a luz solar profundamente no espaço.
A instrumentação e monitorização do protótipo numa célula de teste situada em
Guimarães, simulando um espaço tipo duma habitação (12m2), demonstrou o
funcionamento da tecnologia, comparativamente ao desempenho dum vão
convencional.
Assim, a JEE funciona durante todo o ano 24h/dia, climatizando, ventilando e
iluminando as habitações, quando aplicada em edifícios orientados de forma a tirar o
máximo partido do Sol como fonte de energia, reduzindo os consumos. Sendo uma
tecnologia, integrada num vão, a sua aplicação é imprescindível em obras de
recuperação ou nova construção, tornando redundante o recurso a outros meios de
climatização, para cumprir essas funções. Quando comercializada, a JEE, tem por isso
potencialidades de se tornar um conceito incontornável, contribuindo, a par doutros
sistemas de energia renovável, para que os sectores da construção e habitação
contribuam definitivamente para os objectivos de Quioto.
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
Vencedor do sector Saúde, Cuidados Pessoais e Acolhimento
Proponente: Hugo João Marques Prazeres
Organização: Infogene, Lda.
Nome do projecto: Técnica de Diagnóstico
Descritivo
KIT DE AUTO-COLHEITA EM CASA E MÉTODO DE DETECÇÃO E
TIPIFICAÇÃO DO PAPILOMAVÍRUS HUMANO PARA O RASTREIO DO
CANCRO DO COLO DO ÚTERO
O que é, para que serve, porque traz inovação?
A "técnica de diagnóstico" apresentada por esta candidatura ao concurso BES inovação
refere-se a novos métodos que permitem fazer uma nova abordagem ao rastreio do
cancro, na população em geral, através de métodos cómodos e não-invasivos, que
podem ser realizados pelo próprio indivíduo, por meio de auto-colheita em casa.
O primeiro tipo de cancro para o qual estes métodos foram desenvolvidos é o cancro do
colo do útero, relativamente ao qual Portugal é o país da união Europeia com maior
incidência.
Os promotores desenvolveram um método de auto-colheita, que permite à mulher obter,
em casa, uma amostra de células escamadas do colo do útero presentes no muco
cervical, através de um método não-invasivo, cómodo, fácil, seguro e de baixo custo,
sem ter de recorrer periodicamente a exames ginecológicos incómodos e
desconfortáveis para este efeito (o que constitui o principal factor responsável pela
baixa adesão das mulheres ao rastreio do cancro do colo do útero).
A amostra biológica obtida por auto-colheita serve de base para a detecção do vírus
causador do cancro do colo do útero - o Papilomavírus Humano (HPV). Os promotores
desenvolveram também um novo método de detecção e tipificação do HPV, que dá
origem a um serviço denominado de "infoTipo HPV". Este serviço emprega um novo
método de detecção e tipificação do papilomavírus humano, que permite detectar, com
elevada sensibilidade, todos os tipos de HPV conhecidos, identificar o tipo específico de
vírus presente e classificar os vírus de acordo com o seu risco oncogénico.
O método de auto-colheita "em casa" será comercializado na forma de um Kit e estará
associado ao serviço de detecção "infoTipo HPV". Este produto/serviço será
direccionado para o rastreio do cancro do colo do útero na população em geral: a mulher
adquire o kit de auto-colheita (p. exemplo na farmácia) e envia a amostra colhida por ela
própria para o laboratório, que presta o serviço de detecção e tipificação viral e envia
um relatório com o resultado. As mulheres infectadas com vírus de alto risco
oncogénico são posteriormente aconselhadas a realizar uma consulta ginecológica.
A inovação subjacente ao projecto advém do novo tipo de abordagem do rastreio do
cancro do colo do útero, numa base populacional, utilizando métodos de rastreio "em
casa".
Qual a base científica de que se suporta?
Desde a década de 70 que Harald zur Hausen detectou pela primeira vez DNA do vírus
do papiloma humano em carcinomas do colo do útero. Desde então que várias linhas de
evidência epidemiológica, biológica e clínica estabeleceram que a causa do cancro do
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
colo do útero é a infecção persistente por tipos de alto risco oncogénico de HPV. O
DNA do HPV está presente em 100% dos casos de cancro do colo do útero e
virtualmente em todas as lesões pré-neoplásicas precursoras que antecedem o estádio de
carcinoma. Os papilomavírus constituem uma família muito heterogénea de vírus, com
mais de 100 tipos de vírus identificados até à data, destes mais de 40 infectam o tracto
anogenital. Os vírus diferem entre si no seu potencial oncogénico, sendo classificados
em tipos de alto risco oncogénico (associados ao desenvolvimento de lesões de alto grau
com elevado potencial de progressão para cancro) e tipos de baixo risco oncogénico
(associados ao desenvolvimento de lesões benignas que nunca progridem para cancro).
Desta forma a detecção de uma infecção persistente por um tipo de HPV de alto risco
permitirá identificar as mulheres que apresentam um risco acrescido para o
desenvolvimento de cancro do colo do útero. Por outro lado, a identificação de mulheres
que não estão infectadas com HPV, prevê, com mais de 95% de certeza, que estas não
irão desenvolver lesões de alto grau ou cancro do colo do útero nos próximos 5 anos.
Nesta óptica, os promotores desenvolveram um método de detecção e tipificação que
permite identificar, com elevada sensibilidade, todos os tipos de HPV conhecidos,
caracterizar o tipo específico de vírus presente e classificar os vírus de acordo com o seu
potencial oncogénico. Este método tem por base a utilização de técnicas de análise
genética que permitem amplificar, com grande sensibilidade, o DNA viral e caracterizar
em detalhe partes do seu genoma para identificar o tipo específico de vírus e o seu grau
de oncogenicidade.
Para além do método de detecção e tipificação viral, os promotores desenvolveram um
método de auto-colheita, em casa, que permite à mulher obter de forma cómoda e não
invasiva, uma amostra biológica para a análise da presença do vírus.
Como se diferencia das tecnologias alternativas e em que contextos específicos de
aplicações?
O contexto específico de aplicações dos métodos de auto-colheita e de detecção e
tipificação do HPV propostos nesta candidatura correspondem às aplicações dirigidas ao
rastreio do cancro do colo do útero na população em geral.
Os factores diferenciadores dos métodos propostos, relativamente ao rastreio
convencional são:
1) Possibilidade de auto-colheita em casa: um método não-invasivo, mais cómodo e
mais conveniente que a colheita ginecológica convencional.
2) Rastreio com base na presença do agente causador do cancro do colo do útero, o
HPV: em comparação com o exame de Papanicolau convencional apresenta maior
sensibilidade, maior valor preditivo negativo, maior intervalo de vigilância (que passa
de 1 para 5 anos) e menor custo (em virtude de poupar os custos da consulta de
ginecologia e do intervalo de vigilância passar de 1 ano para 5 anos).
Estes novos métodos têm por objectivo proporcionar uma forma cómoda e conveniente
de rastrear o vírus em mulheres que não aderem ao programa de rastreio convencional
ou mesmo proporcionar uma base para o rastreio em regiões/países onde não existem
programas de rastreio implementados. Com isto pretendemos contribuir para o aumento
do número de mulheres rastreadas, detectar a doença mais precocemente, melhorar a
saúde das pessoas e diminuir os custos do estado com o tratamento.
O potencial das aplicações concretas dos métodos propostos é a detecção precoce da
infecção pelo agente causador do cancro do colo do útero, recorrendo a métodos de
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
auto-colheita, que podem ser realizados pela própria mulher, em casa, de forma cómoda
e não-invasiva.
Esta metodologia é totalmente inovadora uma vez que representa uma abordagem
completamente nova relativamente ao rastreio convencional, no qual a mulher tem de se
sujeitar a um exame ginecológico incómodo e invasivo, em que são recolhidas células
do colo do útero para análise pelo teste de Papanicolau.
Por estes motivos, as metodologias por nós propostas representam uma alteração radical
nos "processos" convencionais que envolvem o rastreio e detecção precoce do cancro do
colo do útero.
>Melhoria de produtos/serviços:
A utilização destas metodologias permitirá oferecer às mulheres do público em geral,
um produto inovador, cómodo e de baixo custo, direccionado para o rastreio do cancro
do colo do útero, que permitirá a detecção precoce da doença, por métodos de autocolheita não-invasivos. Por estes motivos, os nossos produtos/serviços representam
uma melhoria radical nos produtos/serviços actualmente disponibilizados para este
efeito.
Vencedor do sector Fileira Florestal
Proponente: Rui Luís Gonçalves dos Reis
Organização: Grupo de Investigadores 3B’s (Biomateriais, Bio degradáveis e
Biomimétricos)
Nome do Projecto: Novos materiais compósitos cortiça-polímero
Descritivo
A presente proposta tem por objectivo desenvolver novos produtos com base no
aproveitamento e valorização de resíduos provenientes da indústria da cortiça,
nomeadamente o pó de cortiça resultante das diferentes fases de transformação do
processo industrial.
A combinação desta matéria-prima com outros plásticos de origem sintética ou natural,
nomeadamente materiais termoplásticos, poderá apresentar um leque de novas
propriedades com geometrias mais complexas dando origem a novos campos de
aplicação.
Apesar de não se verificarem estudos sustentados relativos às interacções desta ligação
de materiais, existe um pequeno número de aplicações patenteadas e comercializadas,
relacionadas com compósitos que utilizam cortiça evidenciando o potencial desta área.
De destacar como aplicação a borracha com cortiça para ser utilizado nas juntas de
motor para a indústria automóvel, material de isolamento para pisos industriais, em
soalhos onde a cortiça promove um maior isolamento acústico e resiliência ao produto
final, no calçado, granulado de cortiça com PVC a ser utilizado em punhos para
bicicletas, punhos para raquetes de ténis e para canas de pesca, ou materiais poliméricos
espumados onde a cortiça ou a madeira podem ser uma solução para aplicações de
isolamento.
No âmbito de associar os materiais naturais aos plásticos existe um forte mercado com
uma vasta gama de aplicações sob a designação de compósitos de madeira com plástico
ou WPC. O termo WPC cobre uma profunda gama de materiais compósitos que
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
utilizam plástico desde o polipropileno até ao policloreto de vinilo, bem como, ligantes
ou cargas derivadas principalmente do reaproveitamento dos pisos da madeira. Tal
como a madeira o plástico poderá ter origem de material reciclado como os sacos.
Este mercado de WPC representava no ano de 2003 na América do Norte cerca de
700000 toneladas e com forte tendência para continuar a crescer como ainda se verifica.
Estes materiais apresentam boas propriedades mecânicas, elevada estabilidade
dimensional, boa maquinabilidade, permitindo criar formas complexas. Podem ser
aplicados em exteriores, visto que, apresentam baixa absorção de humidade e boa
resistência condições climatéricas onde outros materiais são mais instáveis. Destaca-se
ainda em caixilharia para portas e janelas, decks de piscinas, aplicações de pisos para
jardins, entre outras.
Tal como os WPC, a cortiça pode ser vista como um material compósito natural
constituído por uma mistura de vários materiais poliméricos como a celulose, a lenhina
e suberina onde cada componente possui uma função específica no desempenho final do
material. Por outro lado a indústria da cortiça dispõe de um elevado resíduo proveniente
das diversas fases de processamento designado por pó de cortiça e cujo destino final em
grande parte das vezes encontra-se na queima do mesmo servindo como combustível
para alimentar as caldeiras de alguns processos industriais. Este resíduo, bem como, os
pós advindos a jusante do processo de transformação, possuem um grande potencial que
juntamente com o plástico ou com o plástico reciclado poderão dar origem a um maior
aproveitamento do material, evitando custos adicionais na sua reciclagem e dando
origem a um novo produto com uma elevada percentagem em cortiça e com todos os
benefícios que podem resultar em termos de propriedades finais como o isolamento
térmico e absorção acústica, uma maior possibilidade de reutilizar, ou através das
propriedades estéticas conferidas pela cortiça ao produto final.
A mistura entre estes componentes da cortiça e o plástico é um campo ainda por
explorar a nível científico, bem como, a utilização de agentes compatibilizadores para o
referido efeito no sentido de promover a adesão entre as fases do material.
As tecnologias de processamento de termoplásticos com cortiça, permitindo a obtenção
de materiais inovadores com propriedades únicas e sem degradação dos componentes
envolvidos (polímero e cortiça), poderão ser alcançadas aplicando tecnologias
convencionais de processamento como a moldação por compressão utilizando desta
forma as tecnologias já existentes na indústria corticeira nomeadamente no
processamento de pisos, parquets para a área da construção, ou através da introdução de
equipamentos existentes na indústria dos plásticos como linhas de extrusão e ou de
injecção ou captando o Know-how através da colaboração com pequenas empresas da
área transformadora dos materiais plásticos ou criando novas infra-estruturas
produtivas.
Estamos pois perante um novo campo na indústria da cortiça com um elevado potencial
de desenvolvimento de novas aplicações e de produtos, resultantes da combinação da
cortiça com o plástico, gerando potenciais novas áreas de mercado. è também objectivo
desta proposta implementar diferentes métodos de processamento e técnicas para avaliar
os resultados experimentais, bem como dos testes pré-industriais. Pretende-se ainda
avaliar a viabilidade económica e técnica dos novos materiais desenvolvidos.
O Grupo de Investigação está fortemente empenhado no desenvolvimento deste novo
material e conta com a colaboração de um grupo empresarial da área da cortiça, onde os
desenvolvimentos de propriedade intelectual e industrial serão devidamente protegidos
com patentes nacionais e internacionais. Campanhas de marketing serão realizadas (em
Portugal e no exterior) para introduzir os produtos desenvolvidos no mercado e para
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enaltecer as qualidades desta matéria-prima de origem natural relativamente aos
produtos concorrentes.
Vencedor na categoria Processos Industriais
Proponente: Filipe Miguel Horta e Vale Teixeira-Dias
Organização: Creative Tech – Creative Technologies, Lda.
Nome do projecto: Novo modelo aplicado às tecnologias de produção industrial
Descritivo
O Projecto “d-form” consiste numa proposta para introduzir em meio industrial um
produto e um conjunto de serviços associados a modelos e tecnologias de simulação
completamente inovadoras e com demonstradas capacidades de rentabilização de tempo
e custo. O Projecto “d-form” centra-se numa plataforma de software – o produto - e na
disponibilização de um conjunto de serviços de consultadoria associados à indústria de
produção de componentes metálicos produzidos com recurso à tecnologia de
estampagem de chapas. O recurso às técnicas de simulação propostas permitirá reduzir
drasticamente o tempo/custo de projecto, contribuindo para a subida do produto na
cadeia de valor.
O “d-form” apoia-se num conjunto alargado de ideias com sólidas bases científicas
(Investigação & Desenvolvimento Tecnológico). A equipa de proponentes está
plenamente ciente das mais-valias tecnológicas que poderão resultar da sua
implementação em meio industrial. Adicionalmente, o Projecto alicerça-se num
consórcio multifacetado que integra uma equipa especialmente vocacionada para a
inovação científica – o parceiro académico, Centro de Engenharia Mecânica da
Universidade de Coimbra (CEMUC) – e outra dedicada a todas as componentes de cariz
tecnológico, empresarial e de gestão – o parceiro empresarial, CreativeTech – Creative
Technologies, Lda.
Os processos de conformação plástica (estampagem) de chapas metálicas são muito
complexos e envolvem a afinação de muitos parâmetros tecnológicos. O método dos
elementos finitos é uma ferramenta de simulação muito poderosa que, quando
correctamente utilizada, permite estudar e optimizar todos os parâmetros que
determinam o sucesso do projecto e do fabrico de componentes estampados.
Actualmente, e em particular na indústria portuguesa, o projecto de uma peça estampada
é ainda realizado com base num conjunto de regras empíricas e no know-how adquirido
do projectista. Esta abordagem obriga à construção de ferramentas-protótipo. Uma vez
afinado o processo constroem-se as ferramentas e iniciam-se os testes finais. Nesta fase,
a introdução de alterações às ferramentas e ao processo revela-se muito dispendiosa, por
ser essencialmente executada com base na experiência de técnicos especializados
(soldadura, polimento, etc.). Este procedimento baseia-se na realização de ciclos de
tentativa-erro para a obtenção do conjunto de parâmetros de processo que permita a
realização do componente dentro das especificações de projecto. O recurso à simulação
do processo tecnológico permite obter um grande número de soluções de forma rápida,
reduzindo drasticamente o número de ensaios experimentais necessários à optimização
do processo, associados aos ciclos de tentativa-erro. Deste modo, será possível efectuar
parcerias de desenvolvimento activas, responder ao aumento das exigências de
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
qualidade/diversidade dos clientes e, simultaneamente, acompanhar a diminuição dos
ciclos de vida do produto com a diminuição do Time-to-Market (TTM) de novos
componentes.
A simulação é assim uma ferramenta indispensável na fase de concepção e projecto de
peças estampadas, contribuindo de forma decisiva para a redução de custos e da duração
de projecto. A noção de projecto assistido por simulação envolve o recurso a estas
ferramentas em diferentes etapas. Definido o design do componente pode recorrer-se à
simulação para avaliar a sua viabilidade propondo eventuais alterações à geometria. No
estágio de concepção de ferramentas e definição de parâmetros do processo pode
recorrer-se à simulação para optimizar a geometria inicial do esboço, o número de
etapas e a geometria das ferramentas, etc. Uma vez optimizado o processo de
estampagem, constroem-se as ferramentas e efectuam-se os primeiros testes. Se estes
revelarem defeitos na peça recorre-se, novamente, à simulação para minimizar os
defeitos previstos. Uma vez iniciada a fase final de produção do componente pode ainda
ser necessário recorrer à simulação para avaliar a influência, no sucesso da operação, de
alterações pontuais como, por exemplo, pequenas correcções à ferramenta, alterações no
lote da chapa, etc. No entanto, as oportunidades de alteração da geometria do
componente durante a fase de produção são mais reduzidas. As decisões tomadas na
fase de design do produto podem ter consequências profundas na concepção, fabrico,
manutenção e ciclo de vida das ferramentas.
O recurso a meios computacionais de suporte ao projecto CAE torna possível avaliar o
design e a tecnologia de produção em ambiente virtual. Deste modo, contribui para a
redução do tempo de concepção pois facilita a introdução de alterações e permite
recorrer a bases de dados com informação relativa às tecnologias/materiais. O processo
de optimização em ambiente virtual é fortemente dependente da exactidão dos
resultados fornecidos pela simulação. Para tal, é necessário garantir uma caracterização
correcta do comportamento do material e das condições do processo. Por outro lado, a
interpretação correcta dos resultados exige ao utilizador do software um bom
conhecimento do processo tecnológico e dos métodos/algoritmos utilizados. Todavia, a
utilização cada vez mais frequente de ferramentas de simulação envolve perigos vários,
em geral associados à falta de preparação e formação específica dos seus utilizadores.
Neste contexto é necessário garantir um bom suporte técnico e apoio de consultadoria,
minimizando as dificuldades referidas. Desde 1990 que o software que constitui a base
do Projecto “d-form” tem vindo a ser continuamente desenvolvido, optimizando-se
independentemente os diferentes algoritmos utilizados, conferindo-se grande
versatilidade ao programa.
O âmbito de aplicação do “d-form” centra-se, essencialmente, na indústria
metalomecânica que recorre à tecnologia de estampagem de chapas metálicas. O design
de produtos nesta área tem evoluído muito nos últimos anos, dando origem a
concepções arrojadas, com geometrias complexas. Adicionalmente, devido às
exigências dos consumidores, o ciclo de vida dos produtos é cada vez mais reduzido,
associado a maiores exigências de segurança e eficiência. Estes aspectos comportam
dificuldades acrescidas para o projecto eficiente de novos produtos. A optimização
baseada em técnicas de tentativa-erro é pouco precisa e muito dispendiosa. Existe
portanto um interesse crescente pelo desenvolvimento de procedimentos automáticos de
optimização do processo de estampagem. O “d-form” contribuirá para a subida do
produto na escala de valor e diminuição de custos, facilitando o projecto e concepção.
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
Permitirá igualmente, ao prever defeitos geométricos como o abaulamento, o empeno e
o retorno elástico, introduzir novos materiais e técnicas na produção industrial,
optimizando o consumo energético e minimizando os desperdícios de matéria-prima.
A presente proposta pretende introduzir no mercado um produto de elevado valor
científico e tecnológico, a um custo muito competitivo (significativamente abaixo da
concorrência) recorrendo a mais-valias técnicas inexistentes no mercado.
Vencedor na categoria Transportes
Proponente: Nuno Miguel Magalhães Duque da Fonseca
Organização: Unidade de Engenharia e Tecnologia Naval do Instituto Superior Técnico
Nome do projecto: Embarcação com propulsão eléctrica baseada em pilha de
combustível a hidrogénio e energia solar
Descritivo
Descreve-se uma embarcação com propulsão totalmente eléctrica, baseada em pilha de
combustível a hidrogénio e painéis fotovoltaicos, desenvolvida para actividades em
zonas ambientalmente sensíveis. A configuração da embarcação é em catamaran, o que
permite simultaneamente minimizar o consumo energético e a geração de ondulação, e
por outro lado, obter um bom índice de espaço a bordo, que é importante para o
conforto dos utilizadores. A forma dos cascos e o espaçamento entre cascos são
optimizados com o objectivo de minimizar a geração de ondas, nomeadamente
utilizando o efeito de cancelamento de sistemas de ondas gerados pelos dois cascos.
O sistema de propulsão eléctrico é híbrido pois usa como fontes energéticas a radiação
de energia solar e o hidrogénio armazenado a bordo. A energia solar é renovável e o
hidrogénio pode também ser obtido a partir de fontes renováveis, pelo que a embarcação
pode realizar a sua operação utilizando apenas energias renováveis. O sistema de
propulsão é constituído pelo motor eléctrico acoplado ao hélice e respectivo sistema de
controlo, uma pilha de combustível a hidrogénio e um reservatório pressurizado para
armazenar o hidrogénio, painéis fotovoltaicos, um sistema de baterias, e uma unidade de
distribuição que gere os fluxos energéticos entre as várias componentes do sistema
propulsor.
O sistema de propulsão tem a característica de ser modular, ou seja, existe a
possibilidade de o sistema de propulsão ser constituído por dois grupos propulsores que
funcionam de forma independente. As componentes de cada grupo instalam-se de forma
independente dentro de cada um dos cascos do catamaran, excepto os painéis
fotovoltaicos que estão na cobertura. Desta forma, as mesmas componentes de
propulsão podem ser agrupadas para utilização em embarcações de dimensões
diferentes e necessidades de potência diferentes.
Os painéis fotovoltaicos são instalados na cobertura da embarcação (ou toldo,
dependendo da opção do operador) e ocupam entre 50 e 80% da área disponível. O
sistema de baterias tem duas funções. Primeiro, armazena a energia solar sempre que,
estando disponível, não é utilizada na sua totalidade para a propulsão. As baterias
servem também de “buffer” para responder rapidamente a picos de potência mais
elevados e de curta duração.
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
As necessidades energéticas da embarcação são garantidas prioritariamente pelos
painéis fotovoltaicos. No entanto, quando esta fonte energética é insuficiente para as
necessidades da embarcação, a pilha de combustível a hidrogénio e/ou o sistema de
baterias complementam as necessidades energéticas. Por exemplo, quando a
embarcação navega à velocidade máxima a energia solar apenas garante uma parte da
potência que o motor necessita. A componente de energia solar também perde
importância nos dias de céu nublado. A gestão dos fluxos energéticos que vêm da pilha
de combustível e das baterias depende das condições de operação da embarcação.
Resumidamente pode-se dizer que:
(a) As células fotovoltaicas aproveitam a energia solar,
(b) O sistema de baterias ajuda a gerir e a optimizar a utilização da energia solar,
(c) A pilha de combustível a hidrogénio complementa as necessidades energéticas em
situações de fraca radiação solar e/ou situações de consumo intensivo prolongado.
A embarcação tem a possibilidade de operar de forma integrada com uma pequena
central de produção de hidrogénio que utiliza a energia eólica e a energia solar. Desta
forma a embarcação faz a sua operação utilizando apenas energias limpas obtidas a
partir de fontes de energia renováveis. Na maior parte das aplicações do conceito de
embarcação aqui descrito, a central está instalada em terra junto ao cais da embarcação.
No entanto, a central de produção de hidrogénio pode também ser instalada a bordo da
embarcação.
A central produz o hidrogénio através da electrólise da água e é constituída por um
gerador eólico e painéis fotovoltaicos que produzem a electricidade, respectivos
sistemas de controlo, por uma unidade que usa a electricidade para fazer a electrólise, e
por um sistema que pressuriza o hidrogénio e o armazena num reservatório. O sistema
prevê a possibilidade de poder funcionar também com a energia da rede eléctrica
nacional. Quando a embarcação está no cais, os seus próprios painéis fotovoltaicos
podem ser ligados à central de produção de hidrogénio.
Neste momento estão desenvolvidos dois ante-projectos de embarcações, uma para 6 a
10 pessoas e a outra maior para 50 pessoas, que incluem: desenvolvimento das formas
do casco e sua optimização hidrodinâmica, estimativa de pesos, arranjo geral interior,
estimativa de resistência ao avanço e potência necessária, dimensionamento de todas as
compomentes do sistema propulsor, e análise de consumos energéticos e autonomias
para perfis de operação típicos. Concluiu-se que o conceito é viável pois responde aos
requisitos operacionais. O mérito do projecto está na integração de diversas tecnologias
actualmente disponíveis no mercado ou emergentes, e na correcta integração do projecto
do casco e a respectiva optimização hidrodinâmica com o projecto do sistema de
propulsão eléctrico.
Em termos gerais espera-se que o conceito de embarcação aqui descrito seja utilizado
em zonas ecologicamente sensíveis, planos de água que são reservatórios para consumo
humano, canais e planos de água no interior ou na vizinhança de cidades. Em alguns
países já existe legislação que proíbe a utilização de motores de combustão em planos
de água mais sensíveis do ponto de vista ecológico (electric only lakes). Espera-se que
esta tendência se generalize no futuro próximo, o que resultará num potencial de
mercado muito grande para este tipo de embarcações. Mais especificamente preconizase a utilização em: (a) aplicações marítimo- turísticas, (b) transporte de pessoas dentro
de cidades, (c) actividades de recreio por privados.
As principais vantagens do sistema de propulsão eléctrico (baseado em pilha de
combustível a hidrogénio e painéis solares) comparativamente à dos motores de
combustão são: (a) ausência total de emissões poluentes, (b) elevado conforto pois a
propulsão é silenciosa e sem vibrações, (c) redução de custos de operação em
Vencedores da III edição do Concurso Nacional de Inovação BES
combustíveis pois há um aproveitamento muito eficiente da energia solar, (d)
possibilidade de funcionar apenas com energia obtida de fontes renováveis.
Como exemplo, acredita-se que este tipo de embarcações contribua para o
desenvolvimento sustentável do turismo em zonas cuja atracção principal são as
barragens, albufeiras ou estuários (barragens do Alqueva, Aguieira, etc.)