Análise de fadiga de uma ponte ferroviária com tabuleiro misto vigado sob ação de tráfego de mercadorias

A presente dissertação centra-se no estudo de fadiga de uma ponte ferroviária com tabuleiro misto vigado pertencente a uma via de transporte de mercadorias. O caso de estudo incide sobre a ponte ferroviária sobre o rio do Sonho, localizada na Estrada de Ferro de Carajás situada no nordeste do Brasil. Nesta linha circulam alguns dos maiores comboios de mercadoria do mundo com cerca de 3.7 km de extensão e com cargas por eixo superiores a 300 kN. Numa primeira fase apresentam-se diversas metodologias de análise da fadiga em pontes ferroviárias metálicas. É também descrita a ferramenta computacional FADBridge, desenvolvida em ambiente MATLAB, e que possibilita o cálculo sistematizado e eficiente do dano de fadiga em detalhes construtivos de acordo com as indicações dos eurocódigos. Em seguida são abordadas as metodologias numéricas utilizadas para a realização das análises dinâmicas do sistema ponte-comboio e os aspetos regulamentares a ter em consideração no dimensionamento de pontes ferroviárias. O modelo numérico de elementos finitos da ponte foi realizado com recurso ao programa ANSYS. Com base neste modelo foram obtidos os parâmetros modais, nomeadamente as frequências naturais e os modos de vibração, tendo sido também analisada a importância do efeito compósito via-tabuleiro e a influência do comportamento não linear do balastro. O estudo do comportamento dinâmico da ponte foi realizado por intermédio de uma metodologia de cargas móveis através da ferramenta computacional Train-Bridge Interaction (TBI). As análises dinâmicas foram efetuadas para a passagem dos comboios reais de mercadorias e de passageiros e para os comboios de fadiga regulamentares. Nestas análises foi estudada a influência dos modos de vibração globais e locais, das configurações de carga dos comboios e do aumento da velocidade de circulação, na resposta dinâmica da ponte. Por último, foi avaliado o comportamento à fadiga de diversos detalhes construtivos para os cenários de tráfego regulamentar e reais. Foi ainda analisada a influência do aumento da velocidade, da configuração de cargas dos comboios e da degradação da estrutura nos valores do dano por fadiga e da respetiva vida residual.

Efeito do Vento como Ação Dinâmica em Edifícios Altos

Este trabalho aborda uma série de conceitos base no que concerne à ação do vento sobre edifícios altos, começando por ser estabelecidas algumas considerações fundamentais acerca da circulação do vento na camada limite atmosférica bem como acerca da sua interação com as estruturas. É feita uma análise da metodologia proposta pelo Eurocódigo 1 para quantificação de tal ação sobre os edifícios, bem como é elaborada uma comparação da metodologia proposta por este com a metodologia ainda vigente na regulamentação portuguesa. Foram modelados computacionalmente, com recurso a um programa de cálculo estrutural automático, três edifícios altos com diferente secção geométrica em planta que servirão de caso de estudo. Para estes mesmos edifícios são aplicados os dois regulamentos considerados com vista à determinação de esforços e deslocamentos. Sendo os edifícios altos um género de estruturas capazes de ser excitadas dinamicamente perante a ação do vento, adota-se uma metodologia para quantificação desta ação de forma dinâmica na direção do escoamento. Assim, é obtida a resposta dinâmica ao longo do tempo em termos de deslocamentos e acelerações para o caso de estudo considerado e é feita uma comparação da resposta do edifício quadrangular sob a ação dinâmica do vento com a resposta estática regulamentar.

Dynamic load management in a smart home to participate in demand response events

In future power systems, in the smart grid and microgrids operation paradigms, consumers can be seen as an energy resource with decentralized and autonomous decisions in the energy management. It is expected that each consumer will manage not only the loads, but also small generation units, heating systems, storage systems, and electric vehicles. Each consumer can participate in different demand response events promoted by system operators or aggregation entities. This paper proposes an innovative method to manage the appliances on a house during a demand response event. The main contribution of this work is to include time constraints in resources management, and the context evaluation in order to ensure the required comfort levels. The dynamic resources management methodology allows a better resources’ management in a demand response event, mainly the ones of long duration, by changing the priorities of loads during the event. A case study with two scenarios is presented considering a demand response with 30 min duration, and another with 240 min (4 h). In both simulations, the demand response event proposes the power consumption reduction during the event. A total of 18 loads are used, including real and virtual ones, controlled by the presented house management system.

Intelligent multi-player smart grid management considering distributed energy resources and demand response

The smart grid concept is rapidly evolving in the direction of practical implementations able to bring smart grid advantages into practice. Evolution in legacy equipment and infrastructures is not sufficient to accomplish the smart grid goals as it does not consider the needs of the players operating in a complex environment which is dynamic and competitive in nature. Artificial intelligence based applications can provide solutions to these problems, supporting decentralized intelligence and decision-making. A case study illustrates the importance of Virtual Power Players (VPP) and multi-player negotiation in the context of smart grids. This case study is based on real data and aims at optimizing energy resource management, considering generation, storage and demand response.

Dynamic adaptation of stability periods for service level agreements

A QoS adaptation to dynamically changing system conditions that takes into consideration the user’s constraints on the stability of service provisioning is presented. The goal is to allow the system to make QoS adaptation decisions in response to fluctuations in task traffic flow, under the control of the user. We pay special attention to the case where monitoring the stability period and resource load variation of Service Level Agreements for different types of services is used to dynamically adapt future stability periods, according to a feedback control scheme. System’s adaptation behaviour can be configured according to a desired confidence level on future resource usage. The viability of the proposed approach is validated by preliminary experiments.

Dynamic Approach and Testbed for Small and Medium Players Simulation in Smart Grid Environments

The Smart Grid environment allows the integration of resources of small and medium players through the use of Demand Response programs. Despite the clear advantages for the grid, the integration of consumers must be carefully done. This paper proposes a system which simulates small and medium players. The system is essential to produce tests and studies about the active participation of small and medium players in the Smart Grid environment. When comparing to similar systems, the advantages comprise the capability to deal with three types of loads – virtual, contextual and real. It can have several loads optimization modules and it can run in real time. The use of modules and the dynamic configuration of the player results in a system which can represent different players in an easy and independent way. This paper describes the system and all its capabilities.

Selection Constructive based Hyper-heuristic for Dynamic Scheduling

A função de escalonamento desempenha um papel importante nos sistemas de produção. Os sistemas de escalonamento têm como objetivo gerar um plano de escalonamento que permite gerir de uma forma eficiente um conjunto de tarefas que necessitam de ser executadas no mesmo período de tempo pelos mesmos recursos. Contudo, adaptação dinâmica e otimização é uma necessidade crítica em sistemas de escalonamento, uma vez que as organizações de produção têm uma natureza dinâmica. Nestas organizações ocorrem distúrbios nas condições requisitos de trabalho regularmente e de forma inesperada. Alguns exemplos destes distúrbios são: surgimento de uma nova tarefa, cancelamento de uma tarefa, alteração na data de entrega, entre outros. Estes eventos dinâmicos devem ser tidos em conta, uma vez que podem influenciar o plano criado, tornando-o ineficiente. Portanto, ambientes de produção necessitam de resposta imediata para estes eventos, usando um método de reescalonamento em tempo real, para minimizar o efeito destes eventos dinâmicos no sistema de produção. Deste modo, os sistemas de escalonamento devem de uma forma automática e inteligente, ser capazes de adaptar o plano de escalonamento que a organização está a seguir aos eventos inesperados em tempo real. Esta dissertação aborda o problema de incorporar novas tarefas num plano de escalonamento já existente. Deste modo, é proposta uma abordagem de otimização – Hiper-heurística baseada em Seleção Construtiva para Escalonamento Dinâmico- para lidar com eventos dinâmicos que podem ocorrer num ambiente de produção, a fim de manter o plano de escalonamento, o mais robusto possível. Esta abordagem é inspirada em computação evolutiva e hiper-heurísticas. Do estudo computacional realizado foi possível concluir que o uso da hiper-heurística de seleção construtiva pode ser vantajoso na resolução de problemas de otimização de adaptação dinâmica.

Iniciação da marcha em indivíduos com AVE. Sequência de ativação muscular do tibial anterior e solear

Introdução: A iniciação da marcha, enquanto tarefa motora complexa que consiste na transição de uma postura mantida pelo apoio simultâneo dos dois membros inferiores para um equilíbrio dinâmico, permitindo a progressão anterior do corpo, constitui um exemplo que implica uma correta sequência de ativação muscular. Objetivos: Verificar a modificação da fase de iniciação da marcha face à aplicação de um programa de recuperação funcional, analisando a sequência de ativação dos músculos tibial anterior e solear. Registar as repercussões funcionais na participação nas diferentes atividades da vida diária, em contexto padronizado e social. Metodologia: Nos dois participantes em estudo foi realizada uma avaliação antes e após um programa de intervenção, segundo a abordagem do Conceito de Bobath, através da Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde, da Fugl Meyer Assessment of Sensorymotor Recovery After Stroke, electromiografia e plataforma de forças. Resultados: Após a aplicação do programa de recuperação funcional, verificaram-se alterações na sequência de ativação do tibial anterior e solear. O músculo tibial anterior passou a ser o primeiro a ser recrutado nesta sequência. Conclusão: Foi possível verificar modificações durante a fase de iniciação da marcha, face a um programa de recuperação funcional, em que a sequência de ativação do tibial anterior e solear, tendencialmente, se assemelharam ao comportamento em indivíduos saudáveis, repercutindo-se numa melhoria funcional na participação nas atividades da vida diária.

Linfangiogénese no tecido adiposo em modelos de doença inflamatória crónica (asma e obesidade): uma abordagem por imunohistoquímica e lipidómica

O tecido adiposo é um órgão endócrino dinâmico, secretando factores importantes na regulação do metabolismo, fluxo vascular sanguíneo e linfático, e função imunológica, entre outros. Em caso de acumulação de tecido adiposo por ingestão de uma dieta gorda, ou por disfunção metabólica, os adipócitos podem desencadear uma reacção inflamatória por falha na drenagem linfática, acumulando-se mediadores inflamatórios, os quais potenciam a propagação da reacção. Assim, questiona-se uma potencial associação entre o aumento de tecido adiposo na obesidade, hipóxia adipocitária e estimulação da linfangiogénese. Além disso, a expressão de adipocinas varia de acordo com a distribuição do tecido adiposo (subcutâneo, TAS e visceral, TAV). Deste modo, pretende-se com este estudo contribuir para o aumento do conhecimento sobre os complexos mecanismos moleculares subjacentes à linfangiogénese. Ensaios com ratinhos da estirpe C57Bl/6J (modelo de obesidade) e BALB/c (modelo de asma e obesidade), divididos em grupos submetidos a dieta normal e dieta rica em gordura. Avaliação semi-quantitativa da expressão tecidular de LYVE-1 (marcador da linfangiogénese) por imunohistoquímica em material embebido em parafina, no TAS e TAV, e cromatografia líquida de ultra-performance acoplada de espectrometria de massa (UPLC-MS) para análise da expressão plasmática de ceramida e esfingosina-1-fosfato (S1P). No modelo de obesidade observou- -se diminuição do número de vasos linfáticos e expressão de LYVE-1 ao longo do tempo no TAV, e aumento de ambos os parâmetros e hipertrofia adipocitária no TAS. As concentrações de ceramida e S1P corroboram a existência de um processo inflamatório nos ratinhos em estudo, ainda que numa fase muito inicial. No modelo de asma e obesidade, após 17 semanas de tratamento, observou-se incremento da linfangiogénese no TAV, mas não no TAS. A resposta inflamatória avaliada através dos diferentes parâmetros permite afirmar que num estadio inicial de obesidade a proliferação linfática poderá estar a ser retardada pela hipertrofia adipocitária. A libertação de adipocinas será observada apenas numa fase posterior, desencadeando todo o processo inflamatório que incrementará a proliferação linfática. Adicionalmente, é possível sugerir que a maior pressão à qual o TAV se encontra sujeito não favorece a proliferação linfática, pelo menos num estadio incial.

Ankle dynamic in stroke patients: agonist vs. antagonist muscle relations

O documento em anexo encontra-se na versão post-print (versão corrigida pelo editor).

Influence of wearing an unstable shoe on thigh and leg muscle activity and venous response in upright standing

Purpose: To quantify the effect of unstable shoe wearing on muscle activity and haemodynamic response during standing. Methods: Thirty volunteers were divided into 2 groups: the experimental group wore an unstable shoe for 8 weeks, while the control group used a conventional shoe for the same period. Muscle activity of the medial gastrocnemius, tibialis anterior, rectus femoris and biceps femoris and venous circulation were assessed in quiet standing with the unstable shoe and barefoot. Results: In the first measurement there was an increase in medial gastrocnemius activity in all volunteers while wearing the unstable shoe. On the other hand, after wearing the unstable shoe for eight weeks these differences were not verified. Venous return increased in subjects wearing the unstable shoe before and after training. Conclusions: The unstable shoe produced changes in electromyographic characteristics which were advantageous for venous circulation even after training accommodation by the neuromuscular system.

Real-time energy resources scheduling considering intensive wind penetration

The use of distributed energy resources, based on natural intermittent power sources, like wind generation, in power systems imposes the development of new adequate operation management and control methodologies. A short-term Energy Resource Management (ERM) methodology performed in two phases is proposed in this paper. The first one addresses the day-ahead ERM scheduling and the second one deals with the five-minute ahead ERM scheduling. The ERM scheduling is a complex optimization problem due to the high quantity of variables and constraints. In this paper the main goal is to minimize the operation costs from the point of view of a virtual power player that manages the network and the existing resources. The optimization problem is solved by a deterministic mixedinteger non-linear programming approach. A case study considering a distribution network with 33 bus, 66 distributed generation, 32 loads with demand response contracts and 7 storage units and 1000 electric vehicles has been implemented in a simulator developed in the field of the presented work, in order to validate the proposed short-term ERM methodology considering the dynamic power system behavior.

Virtual power players demand response programs management based on locational marginal prices

Power systems have been suffering huge changes mainly due to the substantial increase of distributed generation and to the operation in competitive environments. Virtual power players can aggregate a diversity of players, namely generators and consumers, and a diversity of energy resources, including electricity generation based on several technologies, storage and demand response. Resource management gains an increasing relevance in this competitive context, while demand side active role provides managers with increased demand elasticity. This makes demand response use more interesting and flexible, giving rise to a wide range of new opportunities.This paper proposes a methodology for managing demand response programs in the scope of virtual power players. The proposed method is based on the calculation of locational marginal prices (LMP). The evaluation of the impact of using demand response specific programs on the LMP value supports the manager decision concerning demand response use. The proposed method has been computationally implemented and its application is illustrated in this paper using a 32 bus network with intensive use of distributed generation.

Data mining techniques contributions to support electrical vehicle demand response

The introduction of Electric Vehicles (EVs) together with the implementation of smart grids will raise new challenges to power system operators. This paper proposes a demand response program for electric vehicle users which provides the network operator with another useful resource that consists in reducing vehicles charging necessities. This demand response program enables vehicle users to get some profit by agreeing to reduce their travel necessities and minimum battery level requirements on a given period. To support network operator actions, the amount of demand response usage can be estimated using data mining techniques applied to a database containing a large set of operation scenarios. The paper includes a case study based on simulated operation scenarios that consider different operation conditions, e.g. available renewable generation, and considering a diversity of distributed resources and electric vehicles with vehicle-to-grid capacity and demand response capacity in a 33 bus distribution network.

Study of distribution network demand response events in the Portuguese system

In competitive electricity markets with deep concerns for the efficiency level, demand response programs gain considerable significance. As demand response levels have decreased after the introduction of competition in the power industry, new approaches are required to take full advantage of demand response opportunities. Grid operators and utilities are taking new initiatives, recognizing the value of demand response for grid reliability and for the enhancement of organized spot markets’ efficiency. This paper proposes a methodology for the selection of the consumers that participate in an event, which is the responsibility of the Portuguese transmission network operator. The proposed method is intended to be applied in the interruptibility service implemented in Portugal, in convergence with Spain, in the context of the Iberian electricity market. This method is based on the calculation of locational marginal prices (LMP) which are used to support the decision concerning the consumers to be schedule for participation. The proposed method has been computationally implemented and its application is illustrated in this paper using a 937 bus distribution network with more than 20,000 consumers.