Uso eficiente da água num edifício de habitação

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Building intelligence open systems (BIOS)

Os edifícios estão a ser construídos com um número crescente de sistemas de automação e controlo não integrados entre si. Esta falta de integração resulta num caos tecnológico, o que cria dificuldades nas três fases da vida de um edifício, a fase de estudo, a de implementação e a de exploração. O desenvolvimento de Building Automation System (BAS) tem como objectivo assegurar condições de conforto, segurança e economia de energia. Em edifícios de grandes dimensões a energia pode representar uma percentagem significativa da factura energética anual. Um BAS integrado deverá contribuir para uma diminuição significativa dos custos de desenvolvimento, instalação e gestão do edifício, o que pode também contribuir para a redução de CO2. O objectivo da arquitectura proposta é contribuir para uma estratégia de integração que permita a gestão integrada dos diversos subsistemas do edifício (e.g. aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), iluminação, segurança, etc.). Para realizar este controlo integrado é necessário estabelecer uma estratégia de cooperação entre os subsistemas envolvidos. Um dos desafios para desenvolver um BAS com estas características consistirá em estabelecer a interoperabilidade entre os subsistemas como um dos principais objectivos a alcançar, dado que o fornecimento dos referidos subsistemas assenta normalmente numa filosofia multi-fornecedor, sendo desenvolvidos usando tecnologias heterogéneas. Desta forma, o presente trabalho consistiu no desenvolvimento de uma plataforma que se designou por Building Intelligence Open System (BIOS). Na implementação desta plataforma adoptou-se uma arquitectura orientada a serviços ou Service Oriented Architecture (SOA) constituída por quatro elementos fundamentais: um bus cooperativo, denominado BIOSbus, implementado usando Jini e JavaSpaces, onde todos os serviços serão ligados, disponibilizando um mecanismo de descoberta e um mecanismo que notificada as entidades interessadas sobre alterações do estado de determinado componente; serviços de comunicação que asseguram a abstracção do Hardware utilizado da automatização das diversas funcionalidades do edifício; serviços de abstracção de subsistemas no acesso ao bus; clientes, este podem ser nomeadamente uma interface gráfica onde é possível fazer a gestão integrada do edifício, cliente de coordenação que oferece a interoperabilidade entre subsistemas e os serviços de gestão energética que possibilita a activação de algoritmos de gestão racional de energia eléctrica.

Synthesis and Coordination Chemistry of a New N-4-Polydentate Class of Pyridyl-Functionalized Scorpionate Ligands: Complexes of Fe-II, Zn-II, V-IV, Pd-II and Use for Heterobimetallic Systems

The new potentially N-4-multidentate pyridyl-functionalized scorpionates 4-((tris-2,2,2-(pyrazol-1-ypethoxy)methyl)pyridine (TpmPy, (1)) and 4-((tris-2,2,2-(3-phenylpyrazol-1-yl)ethoxy)methyl)pyridine (TpmPy(Ph), (2)) have been synthesized and their coordination behavior toward Fe-II, Ni-II, Zn-II, Cu-II, Pd-II, and V-III centers has been studied. Reaction of (1) with Fe(BF4)(2)center dot 6H(2)O yields [Fe(TpmPy)(2)](BF4)(2) (3), that, in the solid state, shows the sandwich structure with trihapto ligand coordination via the pyrazolyl arms, and is completely low spin (LS) until 400 K. Reactions of 2 equiv of (1) or (2) with Zn-II or Ni-II chlorides give the corresponding metal complexes with general formula [MCl2(TpmPy*)(2)] (M = Zn, Ni; TpmPy* = TpmPy, TpmPy(Ph)) (4-7) where the ligand is able to coordinate through either the pyrazolyl rings (in case of [Ni(TpmPy)(2)Cl-2 (5)) or the pyridyl-side (for [ZnCl2(TpmPy)(2)] (4), [ZnCl2(TpmPy(Ph))(2)] (6) and [NiCl2(TpmPy(Ph))(2)] (7)). The reaction of (1) with VCl3 gives [VOCl2(TpmPy)] (8) that shows the N-3-pyrazolyl coordination-mode. Moreover, (1) and react with cis-[PdCl2(CH3CN)(2)] to give the disubstituted complexes [PdCl2(TprnPy)(2)] (9) and [PdCl2(TpmPy(Ph))(2)] (10), respectively, bearing the scorpionate coordinated via the pyridyl group. Compounds (9) and (10) react with Fe(BF4)(2) to give the heterobimetallic Pd/Fe systems [PdCl2(mu-TpmPy)(2)-Fe](BF4)(2) (11) and [PdCl2(mu-TpmPy(Ph))(2)Fe-2(H2O)(6)]BF4)(4) (13), respectively. Compound (11) can also be formed from reaction of (3) with cis-[PdCl2(CH3CN)(2)], while reaction of (3) with Cu(NO3)(2).2.5H(2)O generates [Fe(mu-TpmPy)(2)-Cu(NO3)(2)](BF4)(2) (12), confirming the multidentate ability of the new chelating ligands. The X-ray diffraction analyses of compounds (1), (3), (4), (5), and (9) are also reported.

Power converter topologies for wind energy conversion systems: Integrated modeling, control strategy and performance simulation

This paper presents new integrated model for variable-speed wind energy conversion systems, considering a more accurate dynamic of the wind turbine, rotor, generator, power converter and filter. Pulse width modulation by space vector modulation associated with sliding mode is used for controlling the power converters. Also, power factor control is introduced at the output of the power converters. Comprehensive performance simulation studies are carried out with matrix, two-level and multilevel power converter topologies in order to adequately assert the system performance. Conclusions are duly drawn.

Radiological imaging in digital systems: the effect of exposure parameters in diagnostic quality and patient dose

Esta tese pretende contribuir para o estudo e análise dos factores relacionados com as técnicas de aquisição de imagens radiológicas digitais, a qualidade diagnóstica e a gestão da dose de radiação em sistema de radiologia digital. A metodologia encontra-se organizada em duas componentes. A componente observacional, baseada num desenho do estudo de natureza retrospectiva e transversal. Os dados recolhidos a partir de sistemas CR e DR permitiram a avaliação dos parâmetros técnicos de exposição utilizados em radiologia digital, a avaliação da dose absorvida e o índice de exposição no detector. No contexto desta classificação metodológica (retrospectiva e transversal), também foi possível desenvolver estudos da qualidade diagnóstica em sistemas digitais: estudos de observadores a partir de imagens arquivadas no sistema PACS. A componente experimental da tese baseou-se na realização de experiências em fantomas para avaliar a relação entre dose e qualidade de imagem. As experiências efectuadas permitiram caracterizar as propriedades físicas dos sistemas de radiologia digital, através da manipulação das variáveis relacionadas com os parâmetros de exposição e a avaliação da influência destas na dose e na qualidade da imagem. Utilizando um fantoma contraste de detalhe, fantomas antropomórficos e um fantoma de osso animal, foi possível objectivar medidas de quantificação da qualidade diagnóstica e medidas de detectabilidade de objectos. Da investigação efectuada, foi possível salientar algumas conclusões. As medidas quantitativas referentes à performance dos detectores são a base do processo de optimização, permitindo a medição e a determinação dos parâmetros físicos dos sistemas de radiologia digital. Os parâmetros de exposição utilizados na prática clínica mostram que a prática não está em conformidade com o referencial Europeu. Verifica-se a necessidade de avaliar, melhorar e implementar um padrão de referência para o processo de optimização, através de novos referenciais de boa prática ajustados aos sistemas digitais. Os parâmetros de exposição influenciam a dose no paciente, mas a percepção da qualidade de imagem digital não parece afectada com a variação da exposição. Os estudos que se realizaram envolvendo tanto imagens de fantomas como imagens de pacientes mostram que a sobreexposição é um risco potencial em radiologia digital. A avaliação da qualidade diagnóstica das imagens mostrou que com a variação da exposição não se observou degradação substancial da qualidade das imagens quando a redução de dose é efectuada. Propõe-se o estudo e a implementação de novos níveis de referência de diagnóstico ajustados aos sistemas de radiologia digital. Como contributo da tese, é proposto um modelo (STDI) para a optimização de sistemas de radiologia digital.

Implementação de sistemas da qualidade numa empresa de transporte rodoviário fraccionado de mercadorias: indicadores de competitividade

A certificação deixou de ser “apenas” uma vantagem competitiva para passar a ser um critério seleccionador de empresas diferenciando-as das concorrentes. O conceito de melhoria contínua subjacente à norma ISO 9001 transmite para o mercado a imagem de empresas capazes de satisfazer e superar as exigências dos clientes, direccionando todos os colaboradores para esse objectivo comum. O sector dos Transportes aderiu em força a esta inovação mostrando interesse em melhorar a qualidade do serviço prestado e dos processos. O objectivo deste estudo é contribuir para a avaliação da implementação do Sistema de Gestão da Qualidade (SGQ) ISO 9001:2008 numa empresa de Transportes rodoviários de mercadorias porta a porta (TRMPP) – também designado por Transporte Fraccionado de Mercadorias. Elaborou-se um questionário a clientes construindo-se os indicadores de forma a identificar pontos fortes e pontos fracos no sentido da melhoria contínua da qualidade. Destacam-se a competitividade relativamente às devoluções, grau de satisfação relativamente à competitividade geral, classificação do serviço prestado pelos motoristas/ ajudantes. Conclui-se que a principal razão que levou a empresa a implementar o SGQ foi a necessidade de responder a alguns requisitos nomeadamente concursos públicos onde implicitamente existem indicadores de satisfação dos clientes e outros de melhoria da qualidade do produto/serviço. Durante o processo de implementação do SGQ, surgiram dificuldades relacionadas essencialmente com o tempo necessário para tratar de burocracias e com os custos da Qualidade. Concluiu-se ainda que a Gestão de topo, os Directores e os Chefes de Secção, são os principais responsáveis pela detecção e correcção de não conformidades, bem como a empresa que implementou novos métodos de motivação dos colaboradores, destacando a formação e a comunicação.

Fractional-order control and simulation of wind energy systems with PMSG/full-power converter topology

This paper presents a new integrated model for the simulation of wind energy systems. The proposed model is more realistic and accurate, considering a variable-speed wind turbine, two-mass rotor, permanent magnet synchronous generator (PMSG), different power converter topologies, and filters. Additionally, a new control strategy is proposed for the variable-speed operation of wind turbines with PMSG/full-power converter topology, based on fractional-order controllers. Comprehensive simulation studies are carried out with matrix and multilevel power converter topologies, in order to adequately assert the system performance in what regards the quality of the energy injected into the electric grid. Finally, conclusions are duly drawn.

Scheduling of head-dependent cascaded hydro systems: Mixed-integer quadratic programming approach

This paper is on the problem of short-term hydro, scheduling, particularly concerning head-dependent cascaded hydro systems. We propose a novel mixed-integer quadratic programming approach, considering not only head-dependency, but also discontinuous operating regions and discharge ramping constraints. Thus, an enhanced short-term hydro scheduling is provided due to the more realistic modeling presented in this paper. Numerical results from two case studies, based on Portuguese cascaded hydro systems, illustrate the proficiency of the proposed approach.

RFID together with multi-agent systems to control global value chains

Nowadays, the cooperative intelligent transport systems are part of a largest system. Transportations are modal operations integrated in logistics and, logistics is the main process of the supply chain management. The supply chain strategic management as a simultaneous local and global value chain is a collaborative/cooperative organization of stakeholders, many times in co-opetition, to perform a service to the customers respecting the time, place, price and quality levels. The transportation, like other logistics operations must add value, which is achieved in this case through compression lead times and order fulfillments. The complex supplier's network and the distribution channels must be efficient and the integral visibility (monitoring and tracing) of supply chain is a significant source of competitive advantage. Nowadays, the competition is not discussed between companies but among supply chains. This paper aims to evidence the current and emerging manufacturing and logistics system challenges as a new field of opportunities for the automation and control systems research community. Furthermore, the paper forecasts the use of radio frequency identification (RFID) technologies integrated into an information and communication technologies (ICT) framework based on distributed artificial intelligence (DAI) supported by a multi-agent system (MAS), as the most value advantage of supply chain management (SCM) in a cooperative intelligent logistics systems. Logistical platforms (production or distribution) as nodes of added value of supplying and distribution networks are proposed as critical points of the visibility of the inventory, where these technological needs are more evident.

Surge damping analysis in pipe systems: modelling and experiments

The current study focuses on the analysis of pressure surge damping in single pipeline systems generated by a fast change of flow, conditions. A dimensionless form of pressurised transient flow equations was developed. presenting the main advantage of being independent of the system characteristics. In lack of flow velocity profiles. the unsteady friction in turbulent regimes is analysed based on two new empirical corrective-coefficients associated with local and convective acceleration terms. A new, surge damping approach is also presented taking into account the pressure peak time variation. The observed attenuation effect in the pressure wave for high deformable pipe materials can be described by a combination of the non-elastic behaviour of the pipe-wall with steady and unsteady friction effects. Several simulations and experimental tests have been carried out. in order to analyse the dynamic response of single pipelines with different characteristics, such as pipe materials. diameters. thickness. lengths and transient conditions.

Caracterização tecnológica da mamografia digital em Portugal: progresso de um projeto em implementação

Introdução – A mamografia é o principal método de diagnóstico por imagem utilizado no rastreio e diagnóstico do cancro da mama, sendo a modalidade de imagem recomendada em vários países da Europa e Estados Unidos para utilização em programas de rastreio. A implementação da tecnologia digital causou alterações na prática da mamografia, nomeadamente a necessidade de adaptar os programas de controlo de qualidade. Objetivos – Caracterizar a tecnologia instalada para mamografia em Portugal e as práticas adotadas na sua utilização pelos profissionais de saúde envolvidos. Concluir sobre o nível de harmonização das práticas em mamografia em Portugal e a conformidade com as recomendações internacionais. Identificar oportunidades para otimização que permitam assegurar a utilização eficaz e segura da tecnologia. Metodologia – Pesquisa e recolha de dados sobre a tecnologia instalada, fornecidos por fontes governamentais, prestadores de serviços de mamografia e indústria. Construção de três questionários, orientados ao perfil do médico radiologista, técnico de radiologia com atividade em mamografia digital e técnico de radiologia coordenador. Os questionários foram aplicados em 65 prestadores de serviços de mamografia selecionados com base em critérios de localização geográfica, tipo de tecnologia instalada e perfil da instituição. Resultados – Foram identificados 441 sistemas para mamografia em Portugal. A tecnologia mais frequente (62%) e vulgarmente conhecida por radiografia computorizada (computed radiography) é constituída por um detector (image plate) de material fotoestimulável inserido numa cassete de suporte e por um sistema de processamento ótico. A maioria destes sistemas (78%) está instalada em prestadores privados. Aproximadamente 12% dos equipamentos instalados são sistemas para radiografia digital direta (Direct Digital Radiography – DDR). Os critérios para seleção dos parâmetros técnicos de exposição variam, observando-se que em 65% das instituições são adotadas as recomendações dos fabricantes do equipamento. As ferramentas de pós-processamento mais usadas pelos médicos radiologistas são o ajuste do contraste e brilho e magnificação total e/ou localizada da imagem. Quinze instituições (em 19) têm implementado um programa de controlo de qualidade. Conclusões – Portugal apresenta um parque de equipamentos heterogéneo que inclui tecnologia obsoleta e tecnologia “topo de gama”. As recomendações/guidelines (europeias ou americanas) não são adotadas formalmente na maioria das instituições como guia para fundamentação das práticas em mamografia, dominando as recomendações dos fabricantes do equipamento. Foram identificadas, pelos técnicos de radiologia e médicos radiologistas, carências de formação especializada, nomeadamente nas temáticas da intervenção mamária, otimização da dose e controlo da qualidade. A maioria dos inquiridos concorda com a necessidade de certificação da prática da mamografia em Portugal e participaria num programa voluntário. ABSTRACT - Introduction – Mammography is the gold standard for screening and imaging diagnosis of breast disease. It is the imaging modality recommended by screening programs in various countries in Europe and the United States. The implementation of the digital technology promoted changes in mammography practice and triggered the need to adjust quality control programs. Aims –Characterize the technology for mammography installed in Portugal. Assess practice in use in mammography and its harmonization and compliance to international guidelines. Identify optimization needs to promote an effective and efficient use of digital mammography to full potential. Methodology – Literature review was performed. Data was collected from official sources (governmental bodies, mammography healthcare providers and medical imaging industry) regarding the number and specifications of mammography equipment installed in Portugal. Three questionnaires targeted at radiologists, breast radiographers and the chief-radiographer were designed for data collection on the technical and clinical practices in mammography. The questionnaires were delivered in a sample of 65 mammography providers selected according to geographical criteria, type of technology and institution profile. Results – Results revealed 441 mammography systems installed in Portugal. The most frequent (62%) technology type are computerized systems (CR) mostly installed in the private sector (78%). 12% are direct radiography systems (DDR). The criteria for selection of the exposure parameters differ between the institutions with the majority (65%) following the recommendations from the manufacturers. The use of available tools for post-processing is limited being the most frequently reported tools used the contrast/ brightness and Zoom or Pan Magnification tools. Fifteen participant institutions (out of 19) have implemented a quality control programme. Conclusions – The technology for mammography in Portugal is heterogeneous and includes both obsolete and state of the art equipment. International guidelines (European or American) are not formally implemented and the manufacturer recommendations are the most frequently used guidance. Education and training needs were identified amongst the healthcare professionals (radiologists and radiographers) with focus in the areas of mammography intervention, patient dose optimization and quality control. The majority of the participants agree with the certification of mammography in Portugal.

Digital imaging systems for plain radiography

Advances in digital technology led to the development of digital x-ray detectors that are currently in wide use for projection radiography, including Computed Radiography (CR) and Digital Radiography (DR). Digital Imaging Systems for Plain Radiography addresses the current technological methods available to medical imaging professionals to ensure the optimization of the radiological process concerning image quality and reduction of patient exposure. Based on extensive research by the authors and reference to the current literature, the book addresses how exposure parameters influence the diagnostic quality in digital systems, what the current acceptable radiation doses are for useful diagnostic images, and at what level the dose could be reduced to maintain an accurate diagnosis. The book is a valuable resource for both students learning the field and for imaging professionals to apply to their own practice while performing radiological examinations with digital systems.

Assessment of patient dose in digital systems

The assessment of patient dose has gained increased attention, still being an issue of concern that arises from the use of digital systems. The development of digital technology offers the possibility for a reduction of radiation dose around 50% without loss in image quality when compared to a conventional screen–film system. Digital systems give an equivalent or superior diagnostic performance and also several other advantages, but the risk of overexposure with no adverse effect on image quality could be present. This chapter refers to the management of patient dose and provides an explanation of dose-related concepts. In this chapter, exposure influence in dose and image representation and the effects of radiation exposure are also discussed.

Comparative study of power converter topologies and control strategies for the harmonic performance of variable-speed wind turbine generator systems

Power converters play a vital role in the integration of wind power into the electrical grid. Variable-speed wind turbine generator systems have a considerable interest of application for grid connection at constant frequency. In this paper, comprehensive simulation studies are carried out with three power converter topologies: matrix, two-level and multilevel. A fractional-order control strategy is studied for the variable-speed operation of wind turbine generator systems. The studies are in order to compare power converter topologies and control strategies. The studies reveal that the multilevel converter and the proposed fractional-order control strategy enable an improvement in the power quality, in comparison with the other power converters using a classical integer-order control strategy. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Fast optimum-predictive control and capacitor voltage balancing strategy for bipolar back-to-back NPC converters in high-voltage direct current transmission systems

Multilevel power converters have been introduced as the solution for high-power high-voltage switching applications where they have well-known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral point diode clamped converters (NPC converter) have been used inhigh-voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar-connected back-to-back NPC converters have advantages in long-distance HVDCtransmission systems over the full back-to-back connection, but greater difficulty to balance the dc capacitor voltage divider on both sending and receiving end NPC converters. This study shows that power flow control and dc capacitor voltage balancing are feasible using fast optimum-predictive-based controllers in HVDC systems using bipolar back-to-back-connected five-level NPC multilevel converters. For both converter sides, the control strategytakes in account active and reactive power, which establishes ac grid currents in both ends, and guarantees the balancing of dc bus capacitor voltages inboth NPC converters. Additionally, the semiconductor switching frequency is minimised to reduce switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy, and its capability to solve the DC capacitor voltage balancing problem of bipolar-connected back-to-back NPCconverters are evaluated.