A hybrid procedure to identify the optimal stiffness coefficients of elastically restrained beams

The formulation of a bending vibration problem of an elastically restrained Bernoulli-Euler beam carrying a finite number of concentrated elements along its length is presented. In this study, the authors exploit the application of the differential evolution optimization technique to identify the torsional stiffness properties of the elastic supports of a Bernoulli-Euler beam. This hybrid strategy allows the determination of the natural frequencies and mode shapes of continuous beams, taking into account the effect of attached concentrated masses and rotational inertias, followed by a reconciliation step between the theoretical model results and the experimental ones. The proposed optimal identification of the elastic support parameters is computationally demanding if the exact eigenproblem solving is considered. Hence, the use of a Gaussian process regression as a meta-model is addressed. An experimental application is used in order to assess the accuracy of the estimated parameters throughout the comparison of the experimentally obtained natural frequency, from impact tests, and the correspondent computed eigenfrequency.

Caracterização do comportamento dinâmico de um edifício de dois pisos: estudo experimental e numérico

Os sismos são fenómenos naturais, que ao longo da história têm sido responsáveis por enormes perdas, tanto materiais como humanas. Grande parte dessas perdas, resultam dos danos provocados em construções existentes. Com o intuito de minimizar os estragos provocados pelas acções sísmicas, estudam-se várias hipóteses de reforço para assim melhorar o comportamento sísmico do património edificado. Para reforçar determinada estrutura com vista a melhorar o seu comportamento sob acções sísmicas, torna-se fundamental caracteriza-la dinamicamente para assim avaliar o seu desempenho sísmico. Uma das formas mais usuais para caracterizar o comportamento dinâmico de estruturas é a realização de ensaios de vibração, e o desenvolvimento de modelos numéricos devidamente calibrados que representem adequadamente as características dinâmicas das estruturas. É com base nos modelos numéricos que se verifica se determinada estrutura necessita ou não de reforço e, no caso de necessitar, se escolhe a melhor opção de reforço.

Predictive Optimal Matrix Converter Control for a Dynamic Voltage Restorer with Flywheel Energy Storage

This paper presents a predictive optimal matrix converter controller for a flywheel energy storage system used as Dynamic Voltage Restorer (DVR). The flywheel energy storage device is based on a steel seamless tube mounted as a vertical axis flywheel to store kinetic energy. The motor/generator is a Permanent Magnet Synchronous Machine driven by the AC-AC Matrix Converter. The matrix control method uses a discrete-time model of the converter system to predict the expected values of the input and output currents for all the 27 possible vectors generated by the matrix converter. An optimal controller minimizes control errors using a weighted cost functional. The flywheel and control process was tested as a DVR to mitigate voltage sags and swells. Simulation results show that the DVR is able to compensate the critical load voltage without delays, voltage undershoots or overshoots, overcoming the input/output coupling of matrix converters.

Verificação experimental do comportamento térmico de uma fachada de dupla pele com ventilação natural

Neste trabalho, avaliou-se o comportamento térmico de uma fachada de dupla pele com ventilação natural. A avaliação foi efectuada para uma célula de teste que permite adaptar várias configurações de fachada para a qual foram registados dados num determinado período de tempo através de um sistema de aquisição de dados. Os dados registados foram devidamente tratados e comparados para as diversas configurações. Para as configurações testadas, utilizaram-se dois parâmetros adimensionais que permitiram a comparação da capacidade de pré aquecer o ar (aplicável à estação de aquecimento) e de isolar dinamicamente (aplicável à estação de arrefecimento). Foram comparados os desempenhos da fachada quando a funcionar com os sistemas de sombreamento por persiana veneziana e por cortina têxtil. Em pré aquecimento, o fluxo de insuflação mostrou-se uma boa opção. Em isolamento dinâmico, a fachada retira o melhor partido do fluxo de extracção. Os resultados obtidos para os sistemas de sombreamento recaem a favor do sombreamento por persiana veneziana. As medições efectuadas na célula de teste vêm permitir futuros estudos de comparação com métodos de simulação numérica. Os resultados obtidos demonstram a sensibilidade das fachadas de dupla pele ao clima onde se inserem. Contudo, os resultados obtidos não demonstram por si só a veracidade do desempenho desta tecnologia no clima em Portugal.

Mixed-integer nonlinear approach for the optimal scheduling of a head-dependent hydro chain

This paper is on the problem of short-term hydro scheduling (STHS), particularly concerning a head-dependent hydro chain We propose a novel mixed-integer nonlinear programming (MINLP) approach, considering hydroelectric power generation as a nonlinear function of water discharge and of the head. As a new contribution to eat her studies, we model the on-off behavior of the hydro plants using integer variables, in order to avoid water discharges at forbidden areas Thus, an enhanced STHS is provided due to the more realistic modeling presented in this paper Our approach has been applied successfully to solve a test case based on one of the Portuguese cascaded hydro systems with a negligible computational time requirement.

Optimal design of piezolaminated structures using B-spline strip finite element models

A package of B-spline finite strip models is developed for the linear analysis of piezolaminated plates and shells. This package is associated to a global optimization technique in order to enhance the performance of these types of structures, subjected to various types of objective functions and/or constraints, with discrete and continuous design variables. The models considered are based on a higher-order displacement field and one can apply them to the static, free vibration and buckling analyses of laminated adaptive structures with arbitrary lay-ups, loading and boundary conditions. Genetic algorithms, with either binary or floating point encoding of design variables, were considered to find optimal locations of piezoelectric actuators as well as to determine the best voltages applied to them in order to obtain a desired structure shape. These models provide an overall economy of computing effort for static and vibration problems.

Risco e incerteza no pensamento biomédico: notas teóricas sobre o advento da quantificação e da prova experimental na medicina moderna

A biomedicina é um domínio do saber no qual a proliferação do conceito de risco se tem evidenciado de forma expressiva, o que revela uma preocupação em proceder ao controlo sistemático dos problemas através de um modelo de racionalização instrumental. Tal procedimento é elucidativo do investimento que é feito na interpretação das incertezas como riscos. Consequentemente, a dimensão estatística que lhe está associada é cada vez mais um dos principais traços do seu perfil científico. Biomedicine is a field where the concept of risk has shown an impressive increase in its importance. This fact demonstrates a concern with a systematic problem control through an instrumental rationalizing model, expressing eloquently the investment being made in interpreting uncertainty as risk and the consequent statistical dimension as an ever-more quintessential feature of its scientific profile.

Caracterização experimental e numérica do desempenho térmico de um edifício "gaioleiro": identificação de oportunidades de melhoria

O sector dos edifícios é responsável por uma percentagem significativa dos consumos de energia primária e de energia eléctrica em Portugal, associada principalmente ao conforto térmico dos seus ocupantes. A União Europeia pretende uma redução de 20%, até 2020, dos consumos de energia e consequentes emissões de CO2 através da melhoria da eficiência energética dos edifícios públicos e residenciais. Em Portugal, o Plano Nacional para a Eficiência Energética (PNAEE) tem por objectivo obter uma poupança anual de energia de pelo menos 1% até ao ano de 2016, tomando como base a média de consumos de energia final, registados entre 2001 e 2005. Neste contexto, os edifícios anteriores a 1990 (primeira versão do RCCTE) podem apresentar um potencial significativo de melhoria da sua eficiência energética com base na sua reabilitação. Os edifícios “Gaioleiros” (1880 – 1930) constituindo uma parte importante do património histórico da cidade de Lisboa, para os quais a informação sobre o seu desempenho térmico é limitada, considerou-se pertinente efectuar um estudo destinado à sua caracterização experimental e numérica, face à especificidade do comportamento térmico das suas paredes caracterizadas pela elevada espessura. No presente trabalho, apresenta-se a metodologia e os resultados experimentais da medição da resistência térmica das paredes e da medição das necessidades térmicas de aquecimento da habitação. Estes resultados experimentais foram utilizados na validação do modelo de simulação térmica da habitação, que posteriormente serviu para avaliar as suas necessidades térmicas de aquecimento (Nic) e de arrefecimento (Nvc), identificar oportunidades de melhoria e avaliar o respectivo potencial de reabilitação. Neste trabalho, como contributos para uma reabilitação sustentável, apresentam-se avaliações de oportunidades de melhoria com base em estratégias de reforço do isolamento térmico. Dos resultados obtidos concluiu-se que melhorando o isolamento térmico das paredes e vãos envidraçados é possível baixar consideravelmente os consumos de energia associados à habitação, cumprindo assim as exigências estabelecidas no RCCTE ao nível dos requisitos de qualidade térmica da envolvente e consumos energéticos para edifícios novos e grandes reabilitações.

Sensor de glicose polarimétrico

Esta tese tem como principal objectivo a investigação teórica e experimental do desempenho de um sensor polarimétrico baseado num cristal líquido para medição da concentração de glicose. Recentemente uma série de sensores polarimétricos baseados em cristais líquidos foram propostos na literatura e receberam considerável interesse devido as suas características únicas. De facto, em comparação com outros moduladores electro-ópticos, o cristal líquido funciona com tensões mais baixas, tem baixo consumo de energia e maior ângulo de rotação. Além disso, este tipo de polarímetro pode ter pequenas dimensões que é uma característica interessante para dispositivos portáteis e compactos. Existem por outro lado algumas desvantagens, nomeadamente o facto do desempenho do polarímetro ser fortemente dependente do tipo de cristal líquido e da tensão a ele aplicada o que coloca desafios na escolha dos parâmetros óptimos de operação. Esta tese descreve o desenvolvimento do sensor polarimétrico, incluindo a integração dos componentes de óptica e electrónica, os algoritmos de processamento de sinal e um interface gráfico que facilita a programação de diversos parâmetros de operação e a calibração do sensor. Após a optimização dos parâmetros de operação verificou-se que o dispositivo mede a concentração da glicose em amostras com uma concentração de 8 mg/ml, com uma percentagem de erro inferior a 6% e um desvio padrão de 0,008o. Os resultados foram obtidos para uma amostra com percurso óptico de apenas 1 cm.

Caracterização experimental e numérica da permeabilidade ao ar da envolvente e do sistema de ventilação de um edifício "Gaioleiro"

Os edifícios do tipo “Gaioleiro”, em continuidade com os edifícios do tipo Pombalino, são um conjunto arquitectónico e cultural de elevada importância, expressivo na cidade de Lisboa, sendo fundamental a sua conservação e reabilitação para responder a algumas das actuais preocupações relacionadas com a segurança (funcional, estrutural e construtiva), eficiência energética e valorização deste edificado. A conservação de energia e actual regulamentação de eficiência energética nos edifícios de habitação, baseada nos princípios da Directiva Europeia relativa ao Desempenho Energético de Edifícios 2002/91/EC (EPBD - Energy Performance of Buildings Directives), aplicam-se a edifícios novos e a grandes reabilitações. Contudo, a conservação de energia é uma preocupação transversal (ambiental, económica e social) e nas últimas décadas tem sido objecto de investigação. No entanto, a caracterização experimental de sistemas de ventilação e a sua influência no desempenho térmico de edifícios é escassa, não se conhecendo trabalhos em edifícios “Gaioleiros”. Para a correcta avaliação da eficiência energética das soluções de reabilitação a implementar nestes edifícios é essencial o estudo do seu sistema de ventilação natural. A presente dissertação pretende caracterizar experimentalmente o sistema de ventilação de um edifício “Gaioleiro” através de ensaios de pressurização e de gás traçador. Os ensaios de pressurização destinam-se a avaliar a permeabilidade ao ar das componentes que integram a envolvente, e assim, suportar a estimativa da taxa de infiltrações de ar. Os ensaios com gases traçadores destinam-se a medir a taxa média de renovação de ar, tendo sido, neste trabalho, avaliadas as taxas de renovação de ar para a condição actual, para uma condição de melhoria da permeabilidade ao arda envolvente e para a condição de também ser aplicado um exaustor na chaminé. Esta avaliação experimental permitiu suportar o desenvolvimento e validação do modelo numérico de simulação da ventilação. Com este modelo validado são estimadas as taxas médias de ventilação e são estudadas oportunidades de melhoria de acordo com as exigências de qualidade do ar interior e de eficiência energética, como contributo para uma construção (reabilitação) sustentável. Do trabalho experimental foi evidenciado que se for exclusivamente melhorada a permeabilidade do ar da envolvente existe um elevado risco da taxa de ventilação ser insuficiente, apesar de no Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) serem previstas taxas de renovação mais elevadas para essa nova situação. Conclui-se que a caixilharia é o elemento que mais contribui para a permeabilidade ao ar da envolvente (60%). A permeabilidade ao ar deste edifício é muito elevada, sendo possível melhorar substancialmente (reduzir em 50% as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento) através de intervenções ao nível das janelas e das gralhas de admissão de ar.

Bias-dependent photocurrent collection in p-i-n a-Si : H/SiC : H heterojunction

A series of large area single layers and glass/ZnO:AVp(SixC1-x:H)/i(Si:H)/n(SixC1-x:H)/AI (0 < x < 1) heterojunction cells were produced by plasma-enhanced chemical vapour deposition (PE-CVD) at low temperature. Junction properties, carrier transport and photogeneration are investigated from dark and illuminated current-voltage (J-V) and capacitance-voltage (C-V) characteristics. For the heterojunction cells atypical J-V characteristics under different illumination conditions are observed leading to poor fill factors. High series resistances around 106 Q are also measured. These experimental results were used as a basis for the numerical simulation of the energy band diagram, and the electrical field distribution of the structures. Further comparison with the sensor performance gave satisfactory agreement. Results show that the conduction band offset is the most limiting parameter for the optimal collection of the photogenerated carriers. As the optical gap increases and the conductivity of the doped layers decreases, the transport mechanism changes from a drift to a diffusion-limited process.

Optimal insurance with counterparty default risk

We study the design of optimal insurance contracts when the insurer can default on its obligations. In our model default arises endogenously from the interaction of the insurance premium, the indemnity schedule and the insurer’s assets. This allows us to understand the joint effect of insolvency risk and background risk on efficient contracts. The results may shed light on the aggregate risk retention sched- ules observed in catastrophe reinsurance markets, and can assist in the design of (re)insurance programs and guarantee funds.

Effective teaching and optimal experiences: possible link

ISME, Thessaloniki, 2012

Análise dinâmica de uma estrutura: estudo numérico e experimental

Com o presente trabalho pretende-se estudar e compreender o comportamento dinâmico de estruturas de engenharia civil, de forma a permitir a elaboração de algumas metodologias para o estudo e análise de problemas de dinâmica de estruturas. Apresenta-se uma revisão dos principais fundamentos da modelação matemática do comportamento dinâmico, com o estudo de sistemas de 1 grau de liberdade e posterior generalização para sistemas de múltiplos graus de liberdade. Apresentam-se também as formulações para análises de identificação modal no domínio do tempo e no domínio da frequência. Atendendo que a resolução do problema dinâmico deve cumprir duas etapas: integração no Espaço, e integração no tempo. Para a 1a etapa abordam-se os fundamentos dos métodos numéricos de integração no espaço (em particular, o método dos elementos finitos) com vista á implementação da sua formulação na ferramenta computacional freeFEM++. Para a 2a etapa abordam-se os métodos numéricos de integração no domínio do tempo (em particular, o método de Newmark), de forma a determinar a resposta de uma estrutura quando submetida a acções dinâmicas. Adicionalmente são introduzidos alguns conceitos essenciais ao estudo de resultados experimentais obtidos através da realização de ensaios de vibrações. Por último, estuda-se um modelo físico de um edifício de dois pisos, com base na análise de resultados de um ensaio de vibração ambiental e no desenvolvimento de dois modelos numéricos (em freeFEM++ e em SAP2000) para comparação e análise dos resultados obtidos e validação da ferramenta computacional desenvolvida. Após a calibração dos modelos numéricos aos resultados obtidos experimentalmente, procede-se a uma análise dinâmica dos modelos numéricos sujeitos a uma acção sísmica, com a posterior comparação e análise de resultados obtidos.

On the solubility of three disperse anthraquinone dyes in supercritical carbon dioxide: new experimental data and correlation

Solubility measurements of quinizarin. (1,4-dihydroxyanthraquinone), disperse red 9 (1-(methylamino) anthraquinone), and disperse blue 14 (1,4-bis(methylamino)anthraquinone) in supercritical carbon dioxide (SC CO2) were carried out in a flow type apparatus, at a temperature range from (333.2 to 393.2) K and at pressures from (12.0 to 40.0) MPa. Mole fraction solubility of the three dyes decreases in the order quinizarin (2.9 x 10(-6) to 2.9.10(-4)), red 9 (1.4 x 10(-6) to 3.2 x 10(-4)), and blue 14 (7.8 x 10(-8) to 2.2 x 10(-5)). Four semiempirical density based models were used to correlatethe solubility of the dyes in the SC CO2. From the correlation results, the total heat of reaction, heat of vaporization plus the heat of solvation of the solute, were calculated and compared with the results presented in the literature. The solubilities of the three dyes were correlated also applying the Soave-Redlich-Kwong cubic equation of state (SRK CEoS) with classical mixing rules, and the physical properties required for the modeling were estimated and reported.