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Road transport is one of the most important contributing sectors of Europe’s total emissions. The target of European Union (EU) road transport policy is to promote a more efficient and environmentally friendly mobility. In order to achieve its strategic goals, several measures were introduced to encourage implementation of more environmentally friendly technical engine standards. National car fleet composition can have significant impacts on emissions and energy consumption. This study aims to provide a comparative analysis of the contribution of road fleet composition in emissions and show the evolution of emissions costs on national economies for four European countries. Annual emissions of each country were estimated using official data and emission costs for various pollutants were calculated based on most updated values of damage costs. Results show a significant technological change in vehicles’ engines can contribute to reduce the environmental impacts of transport.

Vive-se num mundo onde cada vez mais importa reduzir o consumo de recursos e a emissão de matéria poluente. O sector dos transportes, é um dos maiores responsáveis pela emissão de matéria poluente, mas também um dos sectores de que o modo de vida atual mais depende. As viaturas movidas a MCI continuam a representar mais de 90% dos parques automóveis nacionais, continuando também a ser dominantes na venda de viaturas novas. Importa por isso estudar combustíveis alternativos que mitiguem a sua pegada ecológica, ao passo que se promove uma transição gradual para uma mobilidade inteiramente sustentável. Este estudo pretende analisar a incorporação de biocombustíveis no combustível comum, com especial enfoque nos veículos a gasóleo, cujo processo de transição para energias limpas demonstra ser mais complexo e moroso, sobretudo ao nível dos veículos pesados de longo curso. São alvo de análise os processos de obtenção dos biocombustíveis e a sua produção, a sustentabilidade da sua obtenção, as limitações técnicas e ambientais à sua expansão, bem como a legislação e ambições ambientais associadas. A principal geografia em estudo é o território português, no entanto é efetuado um contínuo paralelismo com a realidade europeia. Através de uma análise global, avaliam-se os impactos dos diversos fatores externos e internos ao biodiesel, identificando-se desafios e oportunidades à sua penetração no mercado energético. O biodiesel obtido a partir de matérias residuais como os Óleos Alimentares Usados (OAU), revela-se um combustível sustentável com sério potencial para auxiliar Portugal no cumprimentos das suas metas ambientais. Nowadays, it is increasingly important to reduce the consumption of resources and the emission of pollutants. The transport sector is one of the biggest responsible for the emission of polluting matter, but also one of the sectors that our lifestyle depends the most. Vehicles powered by ICE continue to represent more than 90% of the automotive fleet, also continuing to be dominant in the sale of new vehicles. It is therefore important to study alternative fuels that mitigate their ecological footprint, while promoting a gradual transition to fully sustainable mobility. This study aims to analyze the incorporation of biofuels in conventional fuels, with a special focus on diesel vehicles, whose transition process to clean energy proves to be more complex and time-consuming, especially in terms of long-distance heavy vehicles. The processes for obtaining biofuels and their production, the sustainability of their production, the technical and environmental limitations to their expansion, as well as the associated legislation and environmental ambitions are all analyzed. The main geography under study is the Portuguese territory, but a continuous parallelism with the European reality is made. Through a global analysis, the impacts of several external and internal factors to biodiesel are evaluated, identifying challenges and opportunities to its penetration in the energy market. Biodiesel obtained from waste materials such as Used Cooking Oil (UCO) is a sustainable fuel with serious potential to assist Portugal in meeting its environmental targets. Mestrado em Engenharia Mecânica

A produção de resíduos é o resultado do uso de produtos nas atividades quotidianas, que deixam de ter proveito para o seu consumidor. Visto que esta ação é impossível de ser impedida ou anulada, torna-se uma das principais causas dos problemas ambientais em quase todos os países da União Europeia, sendo importante existir uma gestão eficiente e cumpridora com os requisitos legislativos estabelecidos para a recolha e transporte dos resíduos. Pode-se assim compreender que a otimização de recolha de resíduos consiste numa questão de elevada complexidade de resolução, envolvendo análise de redes de transporte. Neste sentido, o projeto segue no âmbito do estágio realizado na empresa Veolia, o qual teve como finalidade a otimização das rotas de recolha dos resíduos indiferenciados no município de Aveiro. Note-se que foram sempre tidos em conta outros fatores a ele associados, nomeadamente, os custos operacionais, os intervalos de tempo de trabalho, os devidos consumos, entre outros. O estudo é efetuado através da plataforma de gestão operacional MOBA, mais concretamente com o software MawisU2, que é fornecida pela empresa acolhedora. Este programa monitoriza, em tempo real, o serviço de recolha de resíduos. Com base nesta plataforma, foram desenvolvidas e estudadas diversas possibilidades de frotas de recolha de resíduos sólidos urbanos. Com a implementação das propostas dos diferentes cenários de rotas para recolha de resíduos, foi possível obter melhorias nos resultados obtidos, nomeadamente nos tempos despendidos para a realização do trabalho. Esta otimização teve impactos diretos nos custos operacionais que levaram a uma diminuição significativa, assim como uma redução de 6% nos consumos e cerca de 6% nas emissões de CO₂. É de referir que o programa MOBA, apesar de apresentar algumas restrições de aplicação, como o facto de só um usuário poder ter a conta aberta, permitiu concluir que é uma ferramenta interessante e essencial para o processo de gestão de recolha de resíduos urbanos. The production of waste is the result of the use of products in everyday activities, which no longer benefit their consumer. As this action is impossible to prevent or eliminate, it has become one of the main causes of environmental problems in almost all countries in the European Union. As it is important to have an efficient management system which complies with relevant legislation for the collection and transport of waste, it should be clearly understood that the optimisation of waste collection is a highly complex issue to resolve, involving the analysis of transport networks. The main objective of this project, conducted in the context of an internship at the company Veolia, is to optimize the collection routes for undifferentiated waste in the municipality of Aveiro. It should be noted that all intervening variables or associated factors, such as operating costs, working time intervals, consumption, among others, have been considered. The study has been carried out using the operational management platform, MOBA, more specifically with the software MawisU2, which has been provided by the host company. This programme monitors the waste collection service in real time. Using this platform, several possibilities for urban solid waste collection fleets have been developed and studied. With the implementation of the proposals of the different scenarios of routes for waste collection, it has been possible to achieve improvements in the results obtained, particularly in the time spent to carrying out the work. This optimization had direct impacts on operating costs, which led to a significant decrease, as well as a 6% reduction in consumption and around 6% in CO₂ emissions. It is worth mentioning that the MOBA program, despite having some restrictions in its application, such as the fact that only one user can have the account open at a time, has allowed us to conclude that it is an interesting and essential tool for the urban waste collection management process. Mestrado em Engenharia Mecânica

O conceito de sustentabilidade está a tornar-se cada vez mais importante no setor dos transportes e, portanto, também no sector europeu da navegação marítima. De acordo com a União Europeia, é crucial transferir 30% do tráfego rodoviário de mercadorias em distâncias superiores a 300 km para outros modos, como ferroviário ou marítimo, até 2030, e mais de 50% até 2050, com a ajuda de corredores ecológicos. Esta dissertação de mestrado procura analisar as condições atuais de mobilidade entre a cidade e o porto de Aveiro (10km de distância), perspetivando novos cenários para o caso de estudo, da qual fazem parte as principais artérias de Aveiro, Ílhavo e Gafanha da Nazaré. Os objetivos específicos são: primeiro, melhorar a implementação de medidas de mobilidade nos portos com o objetivo de reduzir a pegada de carbono, promovendo a eficiência no uso da infraestrutura de transporte e mobilidade inteligente de/para/no porto, nomeadamente através da transição energética e digitalização; segundo, definir e implementar o conceito MaaS tanto para transporte de carga como de passageiros nos portos (incluindo a ligação de/para o porto). Foi utilizado um software de modelação de tráfego, PTV VISSIM, e a metodologia VSP para estimar as emissões de escape dos veículos presentes nas simulações. Após a monitorização experimental, para volumes de tráfego e tempos de viagem, a rede foi calibrada e validada. Desenvolveram-se 2 formulários online, um para a administração do porto e outro para os funcionários das empresas da comunidade portuária. O objetivo era ter informações objetivas que apoiassem o desenvolvimento de cenários, como o local de saída dos funcionários, a sua forma atual de mobilidade para o trabalho e o interesse em utilizar novos métodos. Após análise do cenário de referência testaram-se 3 cenários que propõem soluções que visam otimizar o cenário de referência. No período de simulação definido e tendo em conta todos os veículos presentes, são emitidas 11.8 toneladas de CO2, sendo que 4% das mesmas estão associadas a veículos pesados de mercadorias. Da modelação realizada, concluiu-se que dos quatro pontos de partida analisados, existem três onde existe um ganho percentual nas emissões poluentes, usando um veículo elétrico, em 10 anos. As 3 zonas são Aveiro, Esgueira e Ílhavo, com um ganho percentual de 4, 19 e 3, respetivamente. Tendo em conta as respostas aos formulários online, no cenário de digitalização conseguir-se-ia uma redução de emissões na ordem dos 22%. Estes resultados têm em conta um interesse de apenas 43% dos inquiridos, onde 81% apenas está interessada trabalhando 3 ou menos dias remotamente. Deste modo, é notório que os resultados deste cenário poderiam ser melhorados num contexto de maior adesão ao trabalho remoto. No cenário MaaS, para 63 trabalhadores, a redução total de emissões mensais foi de 99%, tendo em conta a eletrificação do cenário que suprime as emissões de gases de escape resultantes dos veículos em funcionamento. The concept of sustainability is becoming increasingly important in the transport sector and therefore also in the European maritime shipping sector. According to the European Union, it is crucial to shift 30% of road freight traffic over distances greater than 300 km to other modes, such as rail or sea, by 2030, and more than 50% by 2050, with the help of ecological corridors. The Master’s dissertation carried out sought to analyse the current conditions of mobility between the city and the port of Aveiro, envisaging new scenarios for the case study, which includes the main arteries of Aveiro, Ílhavo and Gafanha da Nazaré. The specific objectives of this study are: first, to improve the implementation of integrated mobility measures in ports to reduce the carbon footprint by promoting efficiency in the use of transport infrastructure and smart mobility to/from/in the Port, namely through energy transition and digitalisation; second, to define and implement the idea of the MaaS concept for both freight and passenger transport in Ports (including the connection to/from the city Ports). The methodology will be applied to the case study of Aveiro, Portugal, which has a port located 8 km from the city centre. A traffic modelling software, PTV VISSIM, and the VSP methodology were used to estimate the exhaust emissions of the vehicles present in the simulations. After experimental campaign, for traffic volumes and travel times, the network was calibrated and validated. Two online forms were developed, one for the administration of the port of Aveiro and the other for the employees of the port community companies. The objective was to have objective information that would support the development of scenarios, such as the place of departure of employees, their current form of mobility for work and interest in using new ones. After analysis of the reference scenario, 3 scenarios were tested that proposed solutions aimed at optimising the reference scenario. In the defined simulation period and considering all the vehicles present, 12 tons of CO2 are emitted, 4% of which are associated to heavy goods vehicles. From the modelling performed in VISSIM, it was concluded that from the four starting points analysed, there are three where there is a percentage gain in pollutant emissions, using an electric vehicle, in 10 years. The 3 zones are Aveiro, Esgueira and Ílhavo, with a percentage gain of 4, 19 and 3, respectively. Considering the answers to the online forms, in the digitalisation scenario there would be a reduction of emissions in the order of 23%. These results consider an interest of only 43% of respondents, where 81% is only interested in working 3 or less days remotely. Thus, it is notable that the results of this scenario could be improved in a context of greater adherence to remote work. In the MaaS scenario, for 63 workers, the reduction in total monthly emissions was 99%, taking into account the electrification of the scenario that suppresses exhaust gas emissions resulting from vehicles in operation. Mestrado em Engenharia Mecânica

Os sistemas de partilha de bicicletas fornecem um modo de transporte mais amigo do ambiente. Normalmente, este sistema necessita do uso de carrinhas para garantir a reposição de bicicletas ao longo das várias estações, assegurando assim que oferta corresponde a procura esperada. Apesar da implementação deste modo de transporte ser visto como amigo do ambiente, o uso destes veículos para reposição pode ter um impacto negativo no ambiente, nomeadamente na emissão de gases de escape. Até à data, este efeito é pouco estudado na literatura. O principal objetivo desta dissertação é avaliar as emissões de escape resultantes da implementação de um sistema de partilha de bicicletas na cidade de Aveiro, Portugal. Foi utilizado o simulador de tráfego microscópico VISSIM para recriar a dinâmica do tráfego ao longo da cidade, dados diferentes cenários de congestionamento a afetar a rede. As simulações foram calibradas utilizando contagens de tráfego recolhidas manualmente em diferentes períodos do dia (6 de abril de 2022), como da base de dados AveiroOpenLabs. De seguida, foi utilizado o modelo de emissões VSP (baseado no conceito de potência específica do veículo) para determinar as emissões de gases de escape de cada uma das carrinhas de reposicionamento, para cada um dos diferentes cenários. Nesta dissertação, demonstra-se que o aumento/diminuição do número de estações tem influência direta nas taxas de emissões globais da rede. Por outro lado, a mudança de localização de certas estações poderá não influenciar significativamente as emissões globais da rede, quando é realizada tendo por base a não criação de fila no momento da reposição. Bike-sharing systems provide a more environmentally friendly mode of transport. Usually, these systems require carrier vehicles to relocate bikes between stations, ensuring that the supply meets the expected demand. Although the implementation of this system is usually seen as environmentally friendly, the use of these motorized vehicles may have some considerable impacts on the environment, notably on exhaust emissions. To date, this effect is few studied in the literature. The main purpose of this dissertation is to assess the exhaust emissions arising from the use of those vehicles on a planned (but not yet operational) dock-based bike-sharing system in the city of Aveiro, Portugal. We use the microscopic traffic simulator VISSIM to model the traffic dynamics given different network loading scenarios. We calibrate the VISSIM simulations using traffic counts collected both manually in different periods of the day (6th April 2022), and from the AveiroOpenLabs database. We then use the Vehicle Speed Power (VSP) emission model to determine the exhaust emissions of the repositioning vehicles for each of the scenarios. In this dissertation, we show that the increase/decrease of the number of stations has a direct influence on the global emission rates of the network. Besides, the change of location of certain stations, may not significantly influence the overall emissions of the network when it is carried out based on the non-creation of queue at the time of replacement. Mestrado em Engenharia Mecânica

Nos dias de hoje, o setor dos transportes é um dos principais responsáveis globais pelo consumo de energia e emissões de gases com efeito de estufa e poluentes atmosféricos. Num esforço conjunto, a União Europeia tem como grande objetivo transformar a sua economia na primeira economia com impacto neutro no clima. Consequentemente, a mobilidade urbana sustentável deve ser promovida ao máximo. Este tipo de estratégia está centrado na promoção de sistemas de transporte público que permitam a redução da utilização de veículos privados, a minimização do ruído do tráfego e a poluição atmosférica assegurando simultaneamente, condições de acessibilidade aos cidadãos. Contudo, os sistemas de transporte público precisam de se adaptar periodicamente ao desenvolvimento do contexto urbano e periurbano em que operam e às mudanças comportamentais nos hábitos de mobilidade na sequência de fatores externos como é o caso da pandemia Covid-19. O objetivo desta dissertação visa a condução de uma análise exploratória sobre novas tecnologias e estratégias para aumentar a eficiência, segurança e qualidade dos sistemas de transporte público, através da promoção de novas políticas de mobilidade num corredor de transportes regionais. Uma caracterização energético-ambiental do corredor de transporte público que engloba a linha 04 da AveiroBus e a linha do Vouga foi realizada com o intuito de estudar alternativas que tragam mais eficiência e sustentabilidade às linhas. O trabalho envolve três fases principais, uma recolha de dados empíricos acerca do atual estado da oferta com base em dados GPS, a avaliação do desempenho operacional e ambiental através de equações empíricas e ferramentas de modelação para que, numa última fase se identifique ineficiências e se realize um estudo de estratégias e alternativas que otimizem as conexões a vários níveis. Um dos principais objetivos da fase de otimização é a redução dos níveis de emissões e do consumo de energia em ambas as linhas, neste sentido, relativamente à linha 04, foi possível concluir que uma melhor articulação entre o tipo de autocarro que são utilizados e a procura de passageiros pode reduzir significativamente as emissões de CO2 bem como a utilização de autocarros elétricos. O uso de autocarros de menor capacidade, como os Minibus nas horas de menor procura, reduz as emissões de CO2 destas viagens em 50%, mas um cenário em que toda a frota é inteiramente eletrificada, pode reduzir ainda mais as emissões em pelo menos 90% em todas as viagens. Em termos da linha ferroviária, é de destacar o cenário estudado acerca da implementação do metro bus, ou BRT-Bus rapid transit. Os resultados comprovam que, com este sistema de transporte, uma redução de 90% das emissões de CO2 seria possível. Além disso, os resultados dos fatores de passageiros por quilómetro para cada linha verificam também a importância da utilização do transporte público e a necessidade de uma transferência modal para os sistemas de transporte coletivo, reduzindo a utilização de automóveis particulares. Por fim, os resultados permitem antecipar alguns potenciais impactos ao nível de eficiência energética e ambiental no corredor em estudo, contudo, outras dimensões como a componente económica, social e a articulação com a restantes redes regionais e nacionais de transportes deverão também de ser equacionados. Today, the transport sector is one of the leading global drivers of energy consumption and emissions of greenhouse gases and air pollutants. In a joint effort, the European Union has the major goal of making its economy the first climate-neutral economy. Consequently, sustainable urban mobility must be promoted with a focus on the promotion of public transport systems that allow the reduction of private vehicle use, the minimization of traffic noise and air pollution while ensuring good accessibility conditions for citizens. However, public transport systems need to adapt periodically to the development of the urban and peri-urban context in which they operate and to behavioural changes in mobility habits following disrupting experiences such as, for example, the Covid-19 pandemic. The objective of this dissertation is to conduct an exploratory analysis of new technologies and strategies to increase the efficiency, safety, and quality of public transport systems by promoting new mobility policies in a transport corridor. An energetic-environmental characterization of the public transport corridor that includes the AveiroBus line 04 and the Vouga railway was carried out to study alternatives that bring more efficiency and sustainability to the transport services operating in the corridor. The work involves three main phases, empirical data collection for supply and demand characterization based on GPS data, the assessment of operational and environmental performance through empirical equations and modelling tools and finally, the identification of problems and inefficiencies and the study of alternative strategies. One of the optimization phase's main goals is to reduce emissions and energy consumption levels on both lines. Furthermore, regarding line 04, it was concluded that a better articulation between the type of buses used in the passenger demand and the use of electric buses could reduce CO2 emissions significantly. The use of smaller-capacity buses such as the minibus at off-peak hours reduces CO2 emissions by 50% in these hours, but a scenario where the entire fleet is composed of electric buses can reduce even more the emissions, by at least 90% for every trip, compared to the current offer. In terms of the railway, a Metrobus scenario was studied. Results show that this change would lead to a 90% reduction in CO2 emissions. In addition, the results of passenger factors for each line verify the importance of using public transport and the need for a modal shift to these types of transportation services, reducing the use of private cars. Finally, the results allow to anticipate some potential impacts in terms of energy and environmental efficiency in the corridor under study, however, other dimensions such as the economic and social component and the articulation with others transport networks must be considered. Mestrado em Engenharia Mecânica

As atuais preocupações da sociedade relativas às alterações climáticas e à dependência de recursos fósseis encorajaram várias mudanças no sector dos transportes rodoviários, incluindo a automação, eletrificação, e a promoção de um sistema de mobilidade multimodal e integrado. Além disso, espera-se que os autocarros (que constituem um tipo de transportes públicos mais frequentemente utilizados), continuem a ser a base dos futuros sistemas de mobilidade. Apesar de já existirem investigações recentes que analisam o impacte de autocarros elétricos e autónomos, ainda pouco se sabe sobre o impacte do ciclo de vida destes nos futuros sistemas de transporte público. Para preencher esta lacuna, o principal objetivo deste trabalho é conduzir uma Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) de um miniautocarro elétrico e autónomo (EAB). Para analisar os impactes ambientais associados a este veículo, foram avaliadas 18 categorias de impacte: potencial de aquecimento global, esgotamento do ozono estratosférico, radiação ionizante, formação de partículas finas, formação de ozono troposférico (saúde humana e ecossistemas terrestres), acidificação terrestre, eutrofização marinha e de agua doce, ecotoxicidade terrestre, marinha e de agua doce, toxicidade humana não carcinogénica e toxicidade humana carcinogénica, uso do solo, escassez de recursos minerais, escassez de recursos fósseis e consumo de água. Para identificar a influência de parâmetros chave no desempenho ambiental do EAB, diferentes cenários de taxa de ocupação, produção de eletricidade e vida útil foram comparados numa revisão crítica. Os resultados mostram que a fase de utilização é a que mais contribui para cada categoria de impacte devido sobretudo ao consumo de eletricidade e ao desgaste do veículo. A consideração da ocupação máxima do EAB tem o potencial de reduzir até 22% dos impactes ambientais. A substituição da eletricidade com origem no sistema eletroprodutor nacional por fontes renováveis pode potencialmente reduzir um mínimo de 1% e um máximo de 35% de todas as categorias de impacte. Potenciar o tempo de vida útil do veículo em 25% tem um potencial de redução das categorias de impacte analisadas entre 13% e 19%. Current social concerns regarding climate change and dependence on fossil resources have encouraged several changes in the road transport sector, including automation, electrification, and the promotion of a multimodal and integrated mobility system. In addition, buses (which are the most frequently used type of public transport) are expected to remain the basis of future mobility systems. Although recent research has begun to explore the impact of electric and autonomous buses, little is known about their life cycle impact on future transport systems. To fill this gap, the main objective of this work is to conduct a Life Cycle Assessment (LCA) of an electric and autonomous minibus (EAB). To analyse the environmental impacts associated with this vehicle, 18 impact categories were assessed: global warming potential, stratospheric ozone depletion, ionising radiation, fine particle formation, tropospheric ozone formation (human health and terrestrial ecosystems), terrestrial acidification, marine and freshwater eutrophication, terrestrial, marine and freshwater ecotoxicity, non-carcinogenic human toxicity and carcinogenic human toxicity, land use, mineral resource scarcity, fossil resource scarcity and water consumption. To identify the influence of these parameters on the environmental performance of the EAB, different scenarios of occupancy rate, electricity production and lifetime were compared in a critical review. The results show that the use phase contributes the most to each impact category mostly due to electricity consumption and vehicle wear and tear. Considering the maximum occupancy of the EAB has the potential to reduce up to 22% of the environmental impacts. Replacing electricity from the national energy mix with renewable sources can potentially reduce a minimum of 1% and a maximum of 35% of all impact categories. Finally, increasing the lifetime of the vehicle in 25% show an environmental impact potential reduction of between 13% and 19%. Mestrado em Engenharia e Design de Produto

The year 2020 was marked by the experience of a pandemic context, due to COVID-19. The rapid spread of this disease led to restrictive travel measures being implemented by all countries, causing traffic levels to decrease. In addition, the very perception of the risk of contagion led individual people to change their behaviours, impacting mobility patterns. These changes in the way people move had impacts on the environment, namely in terms of pollutant emissions and greenhouse gases. Besides air pollution, there are changes in externalities related to road safety and noise. Thus, it is essential to estimate how the pandemic affected these externalities and how to act in similar future situations. Thus, the dissertation aims to present an assessment of the mobility challenges and environmental impacts associated with the current pandemic situation, considering different European regions. A data-driven comparative analysis is carried out, based on several online mobility reporting platforms. Some mobility scenarios are defined, depending on the evolution of the pandemic situation in the regions. Traffic-related externalities and costs associated with accidents, air pollution, climate change and noise are estimated. The results suggest that indeed the level of restrictions imposed by the authorities in each city impact differently on people’s mobility levels. The estimated CO₂ and NOₓ emissions tend to decrease at times of more severe restrictions, as is the case in March 2020. With regard to estimated external costs, it can be seen that they follow the mobility and emission trends. For example, at the end of March 2020, total external costs decrease by 80 percent in Lisbon, 67 percent in Bucharest and 24 percent in Stockholm, compared to the beginning of the month. These changes demonstrate the pandemic’s impact on road externalities and the need to study them. O ano de 2020 foi marcado pela vivência de um contexto pandémico, devido à COVID-19. A propagação rápida desta doença levou a que medidas restritivas à deslocação fossem implementadas por todos os países, fazendo com que os níveis de tráfego diminuíssem. Além disso, a própria perceção do risco de contágio levou a que as pessoas, individualmente, alterassem os seus comportamentos, impactando os padrões de mobilidade. Estas alterações na forma como as pessoas se deslocam teve impacto no ambiente, nomeadamente a nível de emissões de poluentes e gases efeito estufa. Além da poluição do ar, verificam-se alterações nas externalidades relacionadas com a segurança rodoviária e com o ruído. Desta forma, é essencial estimar a forma como a pandemia afetou estas externalidades e como se poderá agir em situações futuras semelhantes. Assim, a dissertação tem como objetivo apresentar uma avaliação dos desafios da mobilidade e dos impactos ambientais associados à atual situação pandémica, considerando diferentes regiões europeias. É realizada uma análise comparativa orientada por dados, com base em várias plataformas online de relatórios de mobilidade. Alguns cenários de mobilidade são definidos, consoante a evolução da situação pandémica das regiões. As externalidades relacionadas com o tráfego e os custos associados a acidentes, poluição do ar, alterações climáticas e ruído são estimadas. Os resultados sugerem que, de facto, o nível de restrições impostas pelas autoridades de cada cidade impactam de forma diferente os níveis de mobilidade das pessoas. As emissões de CO₂ e NOₓ estimadas tendem a decrescer em momentos de restrições mais severas, como ´e o caso de Março 2020. Relativamente aos custos externos estimados, verifica-se que acompanham as tendências de mobilidade e de emissões. Por exemplo, no final de Março 2020 os custos externos totais diminuem cerca de 80% em Lisboa, 67% em Bucareste e 24% em Estocolmo, em comparação com o início do mês. Estas alterações demostram o imacto da pandemia nas externalidades rodoviárias e a necessidade do seu estudo. Mestrado em Engenharia Mecânica

Com o setor dos transportes a representar 25% das emissões de Gases de Efeito de Estufa na Europa, desenvolver estratégias mais simples e fidedignas para a estimação de emissões em grandes metrópoles é essencial para responder à redução de 55% de Gases de Efeito de Estufa até 2090 estipulada pela União Europeia. Os modelos de tráfego baseados no Diagrama Macroscópico Fundamental apresentam um grande potencial na estimação e monitorização de emissões de gases de escape de uma rede. Estes modelos oferecem uma representação agregada das dinâmicas da rede, tendo em conta velocidades espaciais médias e distâncias médias percorridas, que são depois usadas por um modelo macroscópico de emissões para a estimação das emissões de escape. No entanto, esta estimação agregada de emissões tem associados s quando comparada com um cenário base desenvolvido através de modelos microscópicos de estimação de emissões. Esta dissertação propõe-se a explorar o potencial dos modelos de tráfego baseados no Diagrama Macroscópico Fundamental para estimar as emissões de escape ao nível de uma rede. Assim, foi efetuada uma análise baseada em simulações que permitiu discutir as mais-valias de se optar por um modelo de emissões que considera dinâmicas agregadas de tráfego, em comparação com um cenário base. Este cenário base foi desenvolvido através da metodologia baseada no conceito de Potência Específica do Veículo, com os dados do projeto pNEUMA. Para a estimação agregada de emissões de escape foram usadas dinâmicas agregadas de tráfego baseadas no Diagrama Macroscópico Fundamental em conjunto com o modelo de estimação de emissões COPERT V. Os resultados obtidos demonstram que a metodologia agregada subestima as emissões de CO₂ entre 13% a 25% e as emissões de NOᵪ entre 26% a 40%, para os diferentes dias. Foi, ainda, explorada a resposta desta metodologia a diferentes níveis de agregação, tendo-se obtido resultados próximos daqueles apresentados no cenário base para um nível de agregação de 5 minutos. Estes resultados indicam que o uso de dinâmicas agregadas de tráfego tende a menosprezar as emissões de gases de escape ao nível de uma rede, no entanto, com o nível de agregação apropriado esta tendência reduz-se. With the transport sector representing 25% of Greenhouse Gas emissions in Europe, developing simpler and more trustworthy strategies to estimate exhaust emissions in large urban areas is key to meeting the 55% reduction in Greenhouse Gas by 2090 established by the European Union. Traffic models based on the Macroscopic Fundamental Diagram have great potential for future applications of large-scale estimation and monitoring of exhaust emissions. These traffic models offer an aggregated representation of the traffic dynamics in the network, considering mean spatial speeds and average travel distances, which are then used to determine the exhaust emissions using a macroscopic emission model. This aggregated estimation of the travel emissions has an inherent bias when compared to a benchmark scenario consisting of a microscopic estimation of the emissions at the network level. This dissertation will explore the potential of traffic models based on the Macroscopic Fundamental Diagram in exhaust emission estimation at a network level. To do this, a simulation-based was conducted that allowed us to discuss the trade-offs of choosing an emission model that considers aggregated traffic dynamics compared to a benchmark scenario. The benchmark scenario consists of estimation of exhaust emissions using the Vehicle Specific Power methodology, with data from the pNEUMA project. For the aggregated estimation of travel emissions, we use the aggregated traffic dynamics based on the Macroscopic Fundamental Diagram dynamics and COPERT V emission model. The results show that the methodology presented here underestimates CO₂ emissions by 13% to 25% and NOᵪ emissions by 26% to 40%, for different days. The impact of the aggregation level was also explored, with a 5-minute aggregation interval presenting a minor error. These results show that using aggregated dynamics for the estimation of exhaust emissions underestimates these emissions at a network level, yet a proper aggregation level will diminish these differences. Mestrado em Engenharia Mecânica

With the recent evolution of the Internet of Things (IoT), as in different areas of everyday life, the Automotive Industry has also been having to adapt with the Internet of Vehicles (IoV). In consequence of this, the number of electronic systems and devices in an automobile is ever increasing. By one hand, this is a growing tendency of using these technologies to improve road safety, by decreasing the probability of human error. On the other hand, to guarantee the safety and proper function in the operation of vehicles it becomes necessary to acquire information and monitor these devices, so as to determine the cause of failures that may happen and of the equipment wear to prevent malfunctions and accidents. With that in mind, this work will have two branches. First, a program will be presented to read the data from the vehicle’s diagnostic system with the purpose of storing it in a database by using a data logger and of analysing the data to monitor the engine’s working parameters. With this analysis it will be possible to visualize the main parameters of the car and its devices, acquiring information to define the normal driving conditions so as to determine when some problem occurs, as well as to examine how the parameters change in consequence from the equipment wear. Meanwhile sensors will also be installed in the car that will be used for object detection of possible obstacles that the vehicle may come across in normal conditions, be it another vehicle, a person or objects. The readings acquired by the sensors will also be stored for analysis and treatment in order to get the desired information from them. This work also proposes that all the information stored in the database be easily consulted, in a web page, accessible at any time through any device connected to the internet with a Web browser. Therefore, drivers would be helped with the awareness of the vehicle’s surroundings and also be able to monitor the vehicle’s proper function and discover if problems should appear before it could cause major failures and safety breaches. In order to accomplish those goals, a solution using a LiDAR sensor, a GPS module, a Bluetooth module, an ELM327 diagnostic device and three Esp32 microcontrollers was developed. In this Dissertation will be described the developing processes and the solutions obtained that led to the solution of the problems approached here. Com a recente evolução trazida pela Internet das Coisas (IoT), tal como ocorreu em diversas áreas da vida cotidiana, a Industria Automobilística teve que se reinventar e adaptar, com a Internet dos Veículos (IoV). Consequentemente, o número de sistemas e equipamentos eletrónicos presentes em um automóvel é cada vez maior. Por um lado, é uma tendência crescente o uso dessas tecnologias para garantir a segurança rodoviária, de modo a diminuir a probabilidade de erros humanos. Por outro lado, para ser possível garantir a segurança e o funcionamento adequado dos veículos tornou-se necessário monitorizar estes equipamentos, com o propósito de determinar as causas de possíveis falhas e do desgaste durante o uso destas partes para prevenir falhas e acidentes. Com estes objectivos, o trabalho desenvolvido nessa dissertação terá duas vertentes. Primeiramente, será apresentado um programa usado para ler as informações adquiridas pela centralina do carro com o propósito de armazenar essas informações em uma base de dados por meio de um Data Logger e também de realizar uma análise para monitorizar os parâmetros do motor. Com isto será possível visualizar os principais parâmetros de condução, identificando como seria a condição normal de funcionamento com o propósito de determinar quando há algum problema e para examinar a variação dos parâmetros devido ao desgaste. Enquanto isso, também serão instalados sensores no veículo com o intuito de identificar objetos comuns de serem encontrados em condições normais, sejam estes outros veículos, peões ou ciclistas. As leituras adquiridas também serão armazenadas para análise e tratamento dos dados, para conseguir as informações desejadas. Neste trabalho também é proposto que a informação armazenada na base de dados seja facilmente consultável a partir de uma página Web, acessível a qualquer momento por meio de um equipamento conectado `a Internet e com um Web Browser. Desta forma, os motoristas seriam auxiliados com a perceção dos arredores do veículo e seriam capazes de monitorizar o funcionamento do seu veículo e identificar o aparecimento de problemas antes que estes causem falhas e apresentem maior risco de segurança. Para atingir esses objetivos, foi desenvolvida uma solução utilizando um sensor LiDAR, um módulo GPS, um módulo Bluetooth, um dispositivo de diagnóstico ELM327 e três microcontroladores Esp32. Nesta Dissertação serão descritos os processos de desenvolvimento e as soluções obtidas que levaram à solução dos problemas aqui abordados. Mestrado em Engenharia Mecânica

Num contexto de grandes preocupações ambientais, nomeadamente com o aumento da eficiência energética, a gestão sustentável dos recursos, especialmente a redução de consumo de combustíveis fósseis, o setor automóvel tem vindo a tentar adaptar-se aos novos desígnios através, a título de exemplo, da utilização de combustíveis renováveis com menor impacto ambiental. Neste sentido, com o presente estudo, pretendeu-se realizar uma investigação sobre a otimização do uso de misturas de etanol com gasolina, em diferentes proporções. Para cumprir este objetivo, recorreu-se ao software AVL, procedendo-se às modificações necessárias a um motor de combustão interna através do AVL BOOST, de forma a otimizar as potencialidades do etanol, a fim de se obterem os melhores resultados num compromisso potência/eficiência. Através das simulações realizadas, conclui-se, portanto, que a utilização de combustíveis com maior incorporação de etanol, na sua constituição, numa aplicação de acelerador totalmente aberto e, por conseguinte, focada no desempenho, proporcionou um aumento: da potência máxima em 11%, do binário máximo em 12% e do rendimento em 6,2%, ao longo de toda a gama de rotações do motor, comparando o uso de gasolina convencional (E0) ao do etanol (E100). Por fim, para o uso de etanol (E100), as otimizações efetuadas à taxa de compressão e lambda resultam num aumento da potência máxima em 11,8%, do binário máximo em 10.7%, do rendimento em 4,7% e numa diminuição do consumo específico em 5%, quando comparados um motor de combustão interna, sem a realização de qualquer otimização, face a um ICE com aplicação de otimizações da taxa de compressão e razão ar/combustível. In a context of great environmental concerns, particularly with the increase of energy efficiency, sustainable management of resources, especially the reduction of fossil fuel consumption, the automotive sector has been trying to adapt to the new designs through, for example, the use of renewable fuels with less environmental impact. In this sense, the aim of this study was to investigate the optimisation of the use of ethanol blends with petrol, in different proportions. In order to fulfil this objective, AVL software was used and the necessary modifications to an internal combustion engine were made using AVL BOOST, in order to optimise the potential of ethanol, so as to obtain the best results in a power/efficiency trade-off. Through the simulations carried out, it can therefore be concluded that the use of fuels with a greater incorporation of ethanol in their constitution, in an application with a totally open throttle, and therefore focused on performance, provided an increase: of maximum power by 11%, of maximum torque by 12% and of efficiency by 6.2% throughout the entire engine speed range, comparing the use of conventional petrol (E0) to that of ethanol (E100). Finally, for the use of ethanol (E100), the optimisations made to the compression ratio and lambda result in an increase in maximum power by 11.8%, maximum torque by 10.7%, efficiency by 4.7% and a decrease in specific consumption by 5%, when comparing an internal combustion engine without any optimisation with an ICE with the application of optimisations to the compression ratio and air/fuel ratio. Mestrado em Engenharia Mecânica

O setor dos transportes é, frequentemente, posto em causa devido ao seu nível de eficiência. A variação irregular do preço dos combustíveis derivados de petróleo, a poluição, a eficiência energética e ambiental e a sinistralidade rodoviária são alguns dos problemas que o setor acarreta e que carecem de soluções. Nesta dissertação foi investigada a influência do contacto pneu pavimento na variabilidade da condução e no desempenho energéticoambiental. Através do software ABAQUS e das suas funcionalidades de análise pelo Método dos Elementos Finitos, FEM, foram realizadas modelações da interação do pneu com o pavimento para determinação da força de atrito de rolamento em função de parâmetros como a pressão de insuflação, a massa do veículo, a velocidade e a aceleração. Esses valores foram transferidos, posteriormente, para um modelo de emissões que relaciona as emissões de poluentes com a Potência Específica do Veículo, VSP, e foram analisados os valores do VSP e das emissões de CO2 calculados com base nas forças de atrito de rolamento extraídas da simulação. Os resultados revelaram que a variável com maior influência na força de atrito de rolamento é a aceleração instantânea do veículo, variável essa que também tem maior peso no valor do VSP. Os valores do VSP calculados a partir da força de atrito de rolamento das simulações enquadraram-se nos modos do VSP afetos às condições replicadas, concluindo-se que o ABAQUS pode ser utilizado como uma ferramenta auxiliar dos modelos de emissões para fornecer resultados fiáveis da força de atrito de rolamento. The transport sector is often called into question due to its level of efficiency. Irregular variation in the price of oil-derived fuels, pollution, energy inefficiency and road accidents are some of the problems that the sector entails and that need to be solved. In this dissertation, the influence of tire-pavement contact on the variability of conduction and environmental and energy efficiency was investigated. Through the ABAQUS software and its analysis characteristics by the Finite Element Method, FEM, simulations of the interaction of the tire with the pavement were performed to determine the rolling resistence force as a function of parameters such as the inflation pressure, the mass of the vehicle, speed and acceleration. These values were later transferred to a base model that relates emissions data to the Vehicle Specific Power, VSP, and were compensated for the VSP and CO2 emissions values calculated based on the rolling resistance rates extracted from the simulation. The results revealed that the variable with the greatest influence on the rolling resistance force is the instantaneous acceleration of the vehicle, a variable that also has greater weight in the VSP value. The VSP values calculated from the rolling resistance force of the simulations fit into the VSP modes assigned to the replicated conditions, concluding that ABAQUS can be used as an auxiliary tool for emissions models as it provides reliable results of the forces triggered in the tire's interactions with the pavement. Mestrado em Engenharia Mecânica

A bicicleta apresenta-se como um meio de transporte altamente eficiente e capaz de ser mais rápido, flexível e competitivo do que o veículo rodoviário de passageiros nas curtas e médias distâncias. Para além disto, a sua utilização apresenta um vasto leque de benefícios para a saúde e bem-estar humano. Assim, com o intuito de se promover este modo ativo e contrariar os impactos negativos crescentes do setor dos transportes, o objetivo principal desta Dissertação de Mestrado prende-se com o desenvolvimento de um sistema de informação para navegação ciclável, baseado num sistema de informação geográfica (SIG), implementado numa área urbana da cidade de Aveiro, Portugal, e alicerçado num conjunto de sete indicadores distintos: Tempo de Viagem, Gasto Calórico, Distribuição de Esforço, Desempenho da Infraestrutura, Segurança, Conforto e Emissões de Poluentes. Elaborou-se, também, um sistema modelar de preferências do utilizador, tendo em vista a futura criação de um serviço funcional de navegação. Definidas as metodologias dos atributos finais de cada um dos indicadores selecionados, realizou-se uma monitorização empírica do mapa com recurso a uma bicicleta convencional instrumentada, equipada com um GNSS Data Logger, um dispositivo wireless de registo de frequência cardíaca e uma câmara de vídeo. Ao todo, percorreram-se 120 km de estrada, permitindo a recolha de 8 horas de vídeo e aproximadamente 100000 pontos de dados segundo a segundo. Após tratamento e mapeamento dos mesmos numa rede com cerca de 36 km de extensão, distribuídos num grafo com 449 segmentos de estrada, obteve-se um sistema funcional de informação para navegação ciclável. Para avaliar o sucesso do mesmo, selecionaram-se quatro casos de estudo e otimizaram-se, para cada cenário, um conjunto de rotas baseado em nove impedâncias. Através de um modelo de pontuação de indicadores, analisaram-se e discutiram-se os resultados obtidos. Com efeito, ainda que as metodologias dos indicadores Distribuição de Esforço, Segurança e Conforto tenham apresentando algumas debilidades, os indicadores desenvolvidos geraram rotas únicas e balanceadas: por exemplo, a rota mais rápida apresentou-se cerca de 2% mais extensa que a rota mais curta em duas situações. Estes resultados evidenciam, por um lado, uma caraterização precisa das diferentes vias e respetivo tráfego da rede rodoviária estudada, enquanto que, por outro, materializam uma plataforma com um conjunto versátil de alternativas para perfis heterogéneos de utilizadores, com possível aplicação prática a nível do planeamento urbano local. The bicycle presents itself as a highly efficient means of transportation and capable of being faster, more flexible and more competitive than the road passenger vehicle over short and medium distances. In addition, its use has a wide range of benefits for human wealth. Thus, in order to promote this active mode and counteract the increasing negative impacts of the transportation sector, this Master Thesis’ main objective concerns the development of an information system for cycling navigation, based on a geographic information system (GIS), implemented in a urban sub-area of Aveiro, Portugal, and based on a set of seven different indicators: Travel Time, Caloric Expenditure, Effort Distribution, Infrastructure Performance, Safety, Comfort and Exposure to Air Pollution. A user preferences system model was, as well, elaborated to support a future creation of a functional navigation service. Once the methodologies for the final attributes of each of the selected indicators were defined, an empirical monitoring of the map was performed using an instrumented conventional bicycle, equipped with a GNSS Data Logger, a wireless heart rate recording device and a video camera. Altogether, 120 km of road were covered, allowing the collection of 8 hours of video and approximately 100000 second by second data points. After its processing and mapping in a road network of about 36 km, distributed along a 449-link graph, a functional information system for cycling navigation was obtained. To assess its success, four case studies were selected, and, for each scenario, a set of routes based on nine impedances was optimized. Through an indicator scoring model, the results obtained were analysed and discussed. Effectively, even though the methodologies of the Effort Distribution, Safety and Comfort indicators presented some weaknesses, the developed indicators generated unique and balanced routes: for example, the fastest route was around 2% more extensive than the shortest route for two situations. These results show, on one hand, a precise characterization of the different roads and respective traffic of the studied road network, while, on the other hand, they materialize a platform with a versatile set of alternatives for heterogenous user profiles, with possible practical application in terms of local urban planning. Mestrado em Engenharia Mecânica

O setor de transportes desempenha um papel vital na economia e na sociedade. A preocupação pela qualidade de vida que depende de um sistema de transporte eficiente e acessível leva aos paradigmas da mobilidade elétrica, partilhada e autónoma. Existe, portanto, uma necessidade crescente de entender estes novos paradigmas (e a sua combinação) na perspetiva de sistema, o que envolve uma análise aprofundada do impacto ambiental do produto usando a avaliação do ciclo de vida (ACV). O objetivo principal desta Dissertação de Mestrado consiste no desenvolvimento de uma ACV a um veículo elétrico, partilhado e autónomo. Os objetivos específicos são: desenvolver o inventário relativo à produção, uso e fim de vida de um veículo elétrico, autónomo e partilhado; analisar as necessidades de carregamento dos veículos elétricos, partilhados e autónomos, tendo em vista o caso de estudo da Região Centro (em particular, o eixo Coimbra-Aveiro). Foram utilizadas duas ferramentas de simulação distintas, HOMER e GREET, para avaliar diferentes processos de geração de eletricidade e a ACV, respetivamente. O processo de geração de eletricidade foi simulado no HOMER tendo em atenção os seguintes cenários: i) cenário base – ligação a rede pública de eletricidade; ii) cenário fotovoltaico com ligação a rede, e; iii) cenário eólico com ligação a rede. Para cada cenário foram feitas simulações para os perfis de carregamento normal e rápido. Os resultados do HOMER mostraram uma maior diminuição de emissão de poluentes (CO2, SOx, CO, PM2.5, PM10, VOC, CH4, NOx e N2O) para o perfil de carregamento normal do cenário eólico, que apresentou uma produção de energia anual de 403 375 kWh/ano correspondente a 93,5% do total da energia. Os resultados do GREET demonstram que a fase de produção é a que mais emissão regista em relação as demais fases. A bateria tem uma grande influência na quantidade total de emissão de veículo, as percentagens de emissão de carbono da bateria variam de 12-30% do total de emissão. A percentagem de participação de fontes renováveis é um fator muito influenciador na emissão de poluentes, isto é, quanto maior for a participação de fontes renováveis menores serão as emissões de carbono associadas ao cenário. The transport sector plays a vital role in the economy and society. The concern for the quality of life that depends on an efficient and accessible transport system leads to the paradigms of electric, shared and automatic mobility. There is, therefore, an increasing need to understand these new paradigms (and their combination) from the perspective of the system, or that involves an in-depth analysis of the environmental impact of the product using life cycle assessment (LCA). The main objective of this master's dissertation is to develop a LCA of an electric, shared and autonomous vehicle. The specific objectives are: to develop the inventory related to the production, use and end of life of this vehicle; analyze the charging needs of electric, shared and autonomous vehicles, considering the case study of the Centro Region (in particular, the Coimbra-Aveiro axis). Two different simulation tools, HOMER and GREET, were used to evaluate different electricity generation processes and an LCA, respectively. The electricity generation process was simulated at HOMER, taking into account the following scenarios: i) basic scenario - connection to the public electricity grid; ii) photovoltaic scenario with connection to the grid, and; iii) wind scenario with connection to the grid. For each scenario, simulations were performed for normal and fast loading profiles. The HOMER results showed a greater reduction in the emission of pollutants (CO2, SOx, CO, PM2.5, PM10, VOC, CH4, NOx and N2O) for the normal use profile of the wind scenario, which presented an annual energy production 537 833 kWh / year corresponds to 93,5% of the balance sheet. The GREET results show that the production phase is the most registered in the relationship as other phases. A battery has a great influence on the total amount of vehicle emission, as percentages of carbon emission from the battery of 12-30% of the total emission. The percentage of participation from renewable sources is a very influential factor in the emission of pollutants, that is, the greater the participation of renewable sources is, the lower the carbon emissions associated with the scenario. Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis

Tese de mestrado. Transportes. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. Departamento de Engenharia Mecânica. Universidade de Aveiro. 2008