Cross-layer optimizations for multimedia distribution over Wireless Multimedia Sensor Networks and Flying Ad-Hoc Networks with quality of experience support

The proliferation of multimedia content and the demand for new audio or video services have fostered the development of a new era based on multimedia information, which allowed the evolution of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs) and also Flying Ad-Hoc Networks (FANETs). In this way, live multimedia services require realtime video transmissions with a low frame loss rate, tolerable end-to-end delay, and jitter to support video dissemination with Quality of Experience (QoE) support. Hence, a key principle in a QoE-aware approach is the transmission of high priority frames (protect them) with a minimum packet loss ratio, as well as network overhead. Moreover, multimedia content must be transmitted from a given source to the destination via intermediate nodes with high reliability in a large scale scenario. The routing service must cope with dynamic topologies caused by node failure or mobility, as well as wireless channel changes, in order to continue to operate despite dynamic topologies during multimedia transmission. Finally, understanding user satisfaction on watching a video sequence is becoming a key requirement for delivery of multimedia content with QoE support. With this goal in mind, solutions involving multimedia transmissions must take into account the video characteristics to improve video quality delivery. The main research contributions of this thesis are driven by the research question how to provide multimedia distribution with high energy-efficiency, reliability, robustness, scalability, and QoE support over wireless ad hoc networks. The thesis addresses several problem domains with contributions on different layers of the communication stack. At the application layer, we introduce a QoE-aware packet redundancy mechanism to reduce the impact of the unreliable and lossy nature of wireless environment to disseminate live multimedia content. At the network layer, we introduce two routing protocols, namely video-aware Multi-hop and multi-path hierarchical routing protocol for Efficient VIdeo transmission for static WMSN scenarios (MEVI), and cross-layer link quality and geographical-aware beaconless OR protocol for multimedia FANET scenarios (XLinGO). Both protocols enable multimedia dissemination with energy-efficiency, reliability and QoE support. This is achieved by combining multiple cross-layer metrics for routing decision in order to establish reliable routes.

Análise do impacto de conversores de frequência na qualidade da energia do sistema de distribuição de uma indústria de petróleo

Apresenta-se neste trabalho uma análise da qualidade da energia do sistema de distribuição de uma indústria de petróleo, de modo a avaliar o impacto da instalação de conversores de frequência no que diz respeito ao fenômeno de distorção harmônica. Os dados de distorção harmônica de tensão foram coletados através de duas medições com duração de sete dias consecutivos, sendo uma realizada antes e outra depois da instalação dos conversores de frequência. Adicionalmente, um estudo computacional utilizando o PTW (Power Tools for Windows) é apresentado com o intuito de simular condições futuras de instalação de novos conversores de frequência e de avaliar a influência dos bancos de capacitores na amplificação da distorção harmônica no sistema de distribuição.

Bancada experimental para ensaios em geradores elétricos utilizados em aerogeradores de pequeno porte

Este trabalho apresenta uma bancada para testes em geradores elétricos, utilizados em aerogeradores de pequeno porte. O sistema é composto basicamente por um motor de indução trifásico, que simula um rotor eólico, acoplado mecanicamente ao gerador elétrico submetido ao ensaio; um inversor de frequência, usado para variação da velocidade do motor; transdutores de grandezas elétricas, que efetuam a medição dos parâmetros de interesse (tensões e correntes instantâneas) na saída do gerador; um sensor de velocidade angular, para medição da rotação que é fornecida ao eixo do motor; um microcomputador, para monitoração e armazenamento dos parâmetros medidos, e controle do inversor de frequência, por meio de um programa computacional desenvolvido; e uma placa de aquisição de dados, que serve como interface entre os transdutores/sensores e o microcomputador. A velocidade angular fornecida ao gerador em ensaio pode ser variada conforme valores fornecidos de velocidades de vento, as quais são associadas a valores correspondentes de rotação, a fim de simular o comportamento de um rotor eólico. Dessa forma, é possível traçar a curva de potência (potência versus velocidade de vento) do gerador ensaiado e analisar seu desempenho. Apresenta-se também neste trabalho os resultados de medições realizadas na bancada, referentes aos ensaios de um gerador comercial de pequena potência (1 kW) e de outro desenvolvido em projeto de pesquisa, ambos do tipo de imã permanente com fluxo axial.

Estudo da comunidade de pequenos mamíferos não-voadores, sob efeito do fogo e da borda, em área de floresta de transição Amazônia-Cerrado, Querência, MT

O desmatamento da Amazônia, causado pelas atividades pecuárias e pela agroindústria no norte do Estado do Mato Grosso, tem comprometido as chamadas Florestas de Transição Amazônia-Cerrado, antes que a biodiversidade destas áreas seja conhecida pelos pesquisadores. A fauna de pequenos mamíferos não-voadores faz parte dos grupos pouco conhecidos na região, e podem estar sofrendo impactos das ações antrópicas, principalmente efeito do fogo, usado para limpeza dos pastos e desmatamento para plantios da soja. Este trabalho caracterizou a diversidade de pequenos mamíferos não voadores em uma área de floresta de transição Amazônia-Cerrado, no norte do Estado do Mato Grosso e investigou o efeito do fogo e o efeito de borda sobre este grupo da fauna. Duas áreas de 150 hectares foram amostradas, uma preservada e outra sob impacto do fogo, com 183 armadilhas do tipo live-trap durante três anos em duas estação (seca e chuvosa). O método utilizado foi de captura-marcação-recaptura. O esforço amostral foi 23.424 armadilhas-noite. Capturaram-se 390 indivíduos, portanto, com sucesso de captura de 1,66 %. No total foram capturados 11 espécies, sendo 6 roedores e 5 marsupiais. Hylaeamys megacephalus foi a espécie mais abundante. A diversidade de pequenos mamíferos da área estudada foi mais relacionada com o bioma Cerrado do que com a Amazônia. Em relação ao fogo, a riqueza de espécies não foi estatisticamente diferente, porém a abundância foi significativamente maior nas transecções localizadas em área sem fogo. Dois grupos distintos de transecções foram característicos em função da presença ou não do fogo basedo na composição de pequenos mamíferos. A abundância de Hylaeamys megacephalus foi significativamente maior nas transecções que não sofreram impacto do fogo. Em relação ao efeito de borda, na Área 2, apesar da riqueza de espécies não ter sido significativamente diferente, a abundância foi signicativamente maior em relação a distância da borda com maiores abundâncias no interior das florestas. Já na Área 1, nem riqueza nem abundância foi estatísticamente diferente em relação a distância da borda. Este fato pode estar sendo mascarado tanto pelo efeito direto quanto indireto (na vegetação) do fogo experimental sobre os pequenos mamíferos. Quando analisados em conjunto fogo e distância da borda, o relacionamento entre ambos ficou mais claro, visto que todas as transecções amostradas sob efeito do fogo tiveram menores abundâncias. O tamanho populacional de Hylaemys megacephalus foi calculado ao longo de cinco estações na área sem influencia do fogo experiental, sendo que a estação chuvosa de 2006 foi estatisticamente diferente as demais e o pico desse crescimento pode ser explicado pelo “Efeito de Alle”. Não houve diferenças estatísticas significativas na estrutura da comunidade de pequenos mamíferos não-voadores entre as estações secas e chuvosas. Este trabalho de pesquisa contribuiu para o conhecimento da mastofauna desta região bastante ameaçada por pressões antrópicas.

Metodologia de planejamento para inserção de geradores fotovoltaicos em redes elétricas isoladas e supridas por geradores a diesel

Fontes renováveis de energia baseadas na geração fotovoltaica (GFV) são alternativas energéticas promissoras para a complementação da geração elétrica convencional e centralizada, como usinas térmicas a diesel que suprem potência para redes elétricas isoladas em cidades e localidades remotas na Amazônia. A alocação e o dimensionamento de geradores para aplicação como geração distribuída (GD) é um problema desafiador, com implicações técnicas e econômicas, relacionadas ao planejamento, projeto e operação da rede e, particularmente, a GFV em função das condições ambientais, principalmente radiação solar e temperatura ambiente. Esta tese apresenta uma metodologia analítica para alocar e dimensionar a potência ativa de unidades de geração fotovoltaica, composta pelo gerador FV integrado ao inversor CC/CA (GDFV) para integração, de forma concentrada ou dispersa em redes isoladas de média tensão, e contempla o atendimento de múltiplos objetivos, melhoria do perfil de tensão da rede, redução das perdas ativas e redução da participação da geração a diesel, proporcionando redução no consumo de óleo diesel e, consequentemente, redução da poluição ambiental. A solução global do método proposto constitui um compromisso em relação a esses objetivos, apresentando ponderações diferenciadas para os mesmos, de acordo com prioridades estabelecidas no planejamento do sistema elétrico sob estudo. Para validação da metodologia proposta, foram modeladas e simuladas as redes de 33 e 69 barras do IEEE e um sistema elétrico isolado, cuja usina térmica a diesel supre alimentação para a cidade de Aveiro-PA, Região Amazônica, obtendo-se como resultados dessas simulações melhoria significativa no perfil de tensão, redução nas perdas ativas e na potência de geração a diesel, de acordo com indicadores técnicos que permitem a avaliação quantitativa da integração da GDFV na rede elétrica.

Perfis de polietileno reciclado carregado com fibra de açaí

Foram obtidos perfis tubulares porosos de polietileno (PE) e de polietileno/fibra de açaí (PE/PA) 80/20 extrudados a partir de partículas granuladas de polietileno de alta densidade reciclado de embalagens pós-consumo de 600 μm, e deste com fibra de açaí de 300 μm. Para o processamento das peças foi desenvolvida uma extrusora mono-rosca de bancada, com sistema mecânico acionado por um motor elétrico de ½ CV (0,37 kw) controlado por um inversor de freqüência, com canhões, roscas, matriz e sistema de aquecimento substituíveis. Para permitir uma visualização didática de condições de operação do equipamento de modo simplificado foram realizados testes com parafina em canhão de vidro variando-se a velocidade de rotação do parafuso e perfil de temperatura, ajustando vazão mássica e pressão na saída. Para a extrusão dos perfis porosos foram realizados ensaios reológicos de PE e PE/FA sendo selecionado rosca, barril e matriz de alumínio; rosca com passo de 9 mm e relação comprimento diâmetro (L/D) 22, composta de um elemento misturador e um elemento de flutuação na zona de controle de vazão; ângulo entre o filete e o eixo da rosca 17º, folga entre a rosca e o barril 0,15 mm; rotação de 1,3 rpm; aquecimento ao longo do canhão de 120ºC; matriz tubular com 21 mm de diâmetro interno e mandril de 19 mm de diâmetro externo. Os perfis PE e PE/FA apresentaram poros com diâmetros médios de 0,7 e 0,6 mm; densidade relativa à água a 28ºC de 0,77 e 0,73; módulo de elasticidade de 1,002 e 2,601 GPa e máximo inchamento aparente do extrudado de 100 e 80%.

Inversão vinculada de dados de EMAP e MT-1D anisotrópico

Uma técnica para a inversão de dados magnetotelúricos é apresentada neste trabalho. Dois tipos de dados são tratados aqui, dados gerados por modelos unidimensionais com anisotropia na condutividade das camadas e dados bi-dimensionais de levantamentos do método EMAP (ElectroMagnetic Array Profiling). Em ambos os casos fazemos a inversão usando vínculos aproximados de igualdade para estabilizar as soluções. Mostramos as vantagens e as limitações do uso destes vínculos nos processos de inversão. Mesmo vinculada a inversão ainda pode se tornar instável. Para inverter os dados 2-D do EMAP, apresentamos um processo que consiste de três partes: 1 – A construção de um modelo interpretativo e da aproximação inicial para a inversão a partir dos dados de seções de resistividade aparente filtradas pelo processo de filtragem do EMAP; 2 – a inclusão de uma camada de corpos pequenos aflorantes, chamada de camada destatic shift, aos modelos interpretativos para resolver as fontes de distorções estáticas que contaminam os dados; 3 – o uso dos vínculos aproximados de igualdade absoluta para estabilizar as soluções. Os dois primeiros passos nos permitem extrair o máximo de informação possível dos dados, enquanto que o uso dos vínculos de igualdade nos permite incluir informação a priori que possua significado físico e geológico. Com estes passos, obtemos uma solução estável e significativa. Estudaremos o método em dados sintéticos de modelos bi-dimensionais e em dados reais de uma linha de EMAP feita na Bacia do Paraná.

Desenvolvimento de monitoramento remoto em um sistema híbrido isolado de pequeno porte

Este trabalho visa avaliar as dificuldades e utilidades do monitoramento remoto de um sistema para o atendimento de cargas isoladas da rede elétrica, envolvendo sistemas reais em operação que podem ajudar a identificar os principais fatores que influenciam na vida útil desses dispositivos, tornando possível propor estratégias e tecnologias que melhorem a confiabilidade do sistema, possibilitem uma configuração mais adequada e reduzam os custos globais do sistema ao longo de sua vida útil. Para isso foi incorporado um sistema de monitoramento remoto via LabVIEW a um sistema híbrido isolado insta-lado em flutuante localizada as margens do lago da cidade de Tefé-AM. O sistema de geração foi composto inicialmente por um gerador fotovoltaico (FV) com potência de 2,08 kWp, dois subgeradores 1,04 kWp cada, e depois ampliado para 2,6 Wp mais 350 Wp de geração eólica. Além disso, um banco de acumuladores eletroquímicos com tensão nominal de 24 V e composto por 20 baterias de 150 Ah cada, Dois controladores de carga 24 V / 40 A e um inversor de onda senoidal de 1.500 VA. Resultados de operacionais apresentados neste trabalho ajudam a entender melhor o funcionamento desses sistemas e avaliar as barreiras encontradas no monitoramento remoto dessas unidades. Esse expe-rimento foi realizado em parceria do laboratório do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas na Universidade Federal do Pará com o Núcleo de Inovação tecnológica do Instituto de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá.