Modeling, control and simulation of full-power converter wind turbines equipped with permanent magnet synchronous generator

In this paper, two wind turbines equipped with a permanent magnet synchronous generator (PMSG) and respectively with a two-level or a multilevel converter are simulated in order to access the malfunction transient performance. Three different drive train mass models, respectively, one, two and three mass models, are considered in order to model the bending flexibility of the blades. Moreover, a fractional-order control strategy is studied comparatively to a classical integer-order control strategy. Computer simulations are carried out, and conclusions about the total harmonic distortion (THD) of the electric current injected into the electric grid are in favor of the fractional-order control strategy.

Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

Sensor element for a metal-insulator-semiconductor camera system (MISCam)

We discuss the operation of a new type of optical sensor (MISCam) based on a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. The operation principle relies on light-induced changes of the band bending and barrier height at the interface between semiconductor and insulator. An image is obtained from the quenching of the ac signal in analogy to the principle of the laser-scanned photodiode (LSP). Lateral resolution depends on the semiconductor material chosen. We have characterised the MIS structures by C-V, I-V, and spectral response measurements testing different types of insulators like a-Si3N4, SiO2, and AlN. The presence of slow interface charges allows for image memory. Colour sensors can be realised by controlling sign and magnitude of the electric fields in the base and the interface region.

Placas de OSB: investigação e estudo laboratorial das suas características de desempenho

A utilização de placas de OSB – Oriented Strand Board está em franca expansão no território nacional e parece ser uma alternativa ecológica e económica aos painéis de derivados de madeira normalmente usados. O OSB é obtido num processo de fabrico resultante da interacção de diversas variáveis, que conferem aos painéis uma vasta gama de aplicações estruturais ou não estruturais (paredes exteriores e interiores, pavimentos, coberturas, componentes de vigas, cofragens, embalagens, móveis, elementos de decoração, etc.). Neste trabalho pretendeu-se investigar, através de pesquisa bibliográfica as características das placas OSB assim como seu processo de fabrico e condicionantes existentes no seu decurso. Em seguida estas foram comparadas com os seus principais concorrentes, o contraplacado e o aglomerado de madeira e cimento. O trabalho experimental realizado teve como objectivo analisar as propriedades de OSB, proveniente do mercado nacional, de acordo com a EN 300:2006 e com os dados recolhidos na pesquisa bibliográfica. Foram executados ensaios de flexão (EN 310:2002), inchamento em espessura (EN 317:2002) e ensaios de flexão após envelhecimento (EN 321:2010). Concluiu-se que o OSB é um material com algumas características de destaque, no entanto a substituição de outros derivados de madeira por este deve ser acompanhada por estudos, principalmente em ambientes húmidos. É importante realçar que este possui modelos com características específicas para determinadas utilizações e ambientes que possibilitam uma optimização do seu comportamento, no entanto, nos ensaios realizados apenas foi utilizado um modelo base de OSB.

Avaliação da postura corporal em estudantes do ensino superior

A Era moderna trouxe ao Homem meios que facilitam muitas das suas tarefas diárias, diminuindo a actividade física e condicionando a postura corporal. Actualmente a população jovem, e sobretudo os estudantes, encontra-se exposta a uma grande quantidade de riscos de alterações posturais. Todavia, a postura assumida por parte desta classe não tem sido muito investigada. Sendo assim, este estudo tem como objectivo geral a avaliação bi-dimensional da postura corporal, na posição de pé e de sentado, de estudantes do 1º ano do Curso de Terapia Ocupacional, do Instituto Politécnico de Leiria. Os objectivos específicos centram-se na verificação das relações entre as alterações posturais desse grupo de estudantes e os sintomas de lesões músculo-esqueléticas nos últimos 12 meses, os factores sócio-demográficos e os factores considerados de risco de alterações posturais em estudantes. Para tal, utilizaram-se o Software para Avaliação Postural e a Versão adaptada do Questionário Nórdico Músculoesquelético. Constataram-se elevadas percentagens de posturas inadequadas. Na posição de pé todos os indivíduos apresentam alterações posturais num ou mais segmentos analisados, sendo que a flexão do tronco é a mais frequente. Já na posição sentada a alteração postural mais frequente é a inclinação da cabeça para o lado direito. Verificou-se ainda que algumas das alterações posturais apresentam uma relação positiva e significativa com os sintomas de lesões músculo-esqueléticas, com alguns factores de risco e sócio-demográficos. A partir dos resultados obtidos, torna-se evidente a necessidade de estabelecer programas de consciencialização para esta problemática, assim como programas de prevenção de desvios posturais.

Elastically restrained Bernoulli-Euler beams applied to rotary machinery modelling

Facing the lateral vibration problem of a machine rotor as a beam on elastic supports in bending, the authors deal with the free vibration of elastically restrained Bernoulli-Euler beams carrying a finite number of concentrated elements along their length. Based on Rayleigh's quotient, an iterative strategy is developed to find the approximated torsional stiffness coefficients, which allows the reconciliation between the theoretical model results and the experimental ones, obtained through impact tests. The mentioned algorithm treats the vibration of continuous beams under a determined set of boundary and continuity conditions, including different torsional stiffness coefficients and the effect of attached concentrated masses and rotational inertias, not only in the energetic terms of the Rayleigh's quotient but also on the mode shapes, considering the shape functions defined in branches. Several loading cases are examined and examples are given to illustrate the validity of the model and accuracy of the obtained natural frequencies.

Wrinkling Labyrinth Patterns on Elastomeric Janus Particles

We describe a novel, low-cost and low-tech method for the fabrication of elastomeric Janus particles with diameters ranging from micrometers to millimeters. This consists of UV-irradiating soft urethane/urea elastomer spheres, which are then extracted in toluene and dried. The spheres are thus composed of a single material: no coating or film deposition steps are required. Furthermore, the whole procedure is carried out at ambient temperature and pressure. Long, labyrinthine corrugations ("wrinkles") appear on the irradiated portions of the particles' surfaces, the spatial periodicity of which can be controlled by varying the sizes of particles. The asymmetric morphology of the resulting Janus particles has been confirmed by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and optical microscopy. We have also established that the spheres behave elastically by performing bouncing tests with dried and swollen spheres. Results can be interpreted by assuming that each sphere consists of a thin, stiff surface layer ("skin") lying atop a thicker, softer substrate ("bulk"). The skin's higher stiffness is hypothesized to result from the more extensive cross-linking of the polymer chains located near the surface by the UV radiation. Textures then arise from competition between the effects of bending the skin and compressing the bulk, as the solvent evaporates and the sphere shrinks.

Modelling a Rotating Shaft as an Elastically Restrained Bernoulli-Euler Beam

Industrial rotating machines may be exposed to severe dynamic excitations due to resonant working regimes. Dealing with the bending vibration, problem of a machine rotor, the shaft - and attached discs - can be simply modelled using the Bernoulli-Euler beam theory, as a continuous beam subjected to a specific set of boundary conditions. In this study, the authors recall Rayleigh's method to propose an iterative strategy, which allows for the determination of natural frequencies and mode shapes of continuous beams taking into account the effect of attached concentrated masses and rotational inertias, including different stiffness coefficients at the right and the left end sides. The algorithm starts with the exact solutions from Bernoulli-Euler's beam theory, which are then updated through Rayleigh's quotient parameters. Several loading cases are examined in comparison with the experimental data and examples are presented to illustrate the validity of the model and the accuracy of the obtained values.

Conceção e construção de um simulador de controlo de vibrações

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

Interactions between physical and psychosocial demands of work associated to low back pain

OBJECTIVE: To examine the interaction between physical and psychosocial demands of work associated to low back pain. METHODS: Cross-sectional study carried out in a stratified proportional random sample of 577 plastic industry workers in the metropolitan area of the city of Salvador, Northeast Brazil in 2002. An anonymous standard questionnaire was administered in the workplace by trained interviewers. Physical demands at work were self-rated on a 6-point numeric scale, with anchors at each end of the scale. Factor analysis was carried out on 11 physical demand variables to identify underlying factors. Psychosocial work demands were measured by demand, control and social support questions. Multivariate analysis was performed using the likelihood ratio test. RESULTS: The factor analysis identified two physical work demand factors: material handling (factor 1) and repetitiveness (factor 2). The multiple logistic regression analysis showed that factor 1 was positively associated with low back pain (OR=2.35, 95% CI 1.50;3.66). No interaction was found between physical and psychosocial work demands but both were independently associated to low back pain. CONCLUSIONS: The study found independent effects of physical and psychosocial work demands on low back pain prevalence and emphasizes the importance of physical demands especially of material handling involving trunk bending forward and trunk rotation regardless of age, gender, and body fitness.

Contribuição para o conhecimento sobre o efeito da utilização de material pozolânico no fabrico de betão

O presente trabalho, realizado no âmbito da Tese de Mestrado, tem como principal objectivo estudar as características pozolânicas dos materiais da zona de Arganil para substituição parcial do cimento Portland com o objectivo de intensificar certas qualidades devido à diminuição da porosidade do betão. Estas qualidades são interessantes quando se procura maior durabilidade. Para tal, foram realizados diversos ensaios para a caracterização física, química e mineralógica dos produtos. Os metacaulinos utilizados foram obtidos de amostras de argila submetidas a calcinação (750oC, durante uma hora), processo que permitiu a desidroxilação quase total da matéria-prima, transformando esta numa fase amorfa e irreversível, com propriedades pozolânicas. São apresentados os resultados dos ensaios de caracterização da matéria-prima, das condições de calcinação e do produto resultante da desidroxilação, nomeadamente a determinação da pozolanicidade e superfície específica e das características fundamentais para a aplicabilidade do produto. Descreve ainda o emprego do metacaulino em betões de resistência convencional. Estudou-se a influência do emprego do metacaulino (15% de substituição de cimento, em massa) na resistência à flexão e à compressão (aos 28 dias) em argamassas e o emprego de metacaulino (10%, 15% e 20% de substituição de cimento, em massa) na resistência à compressão (3, 7 e 28 dias) no betão.

Avaliação comparativa dos efeitos da introdução dos eurocódigos no cálculo sísmico de edifícios de betão armado

Dissertação de natureza Científica para obtenção do grau de Mestre na Área de Especialização de Estruturas

Consolidating preservative-treated wood: Combined mechanical performance of boron and polymeric products in wood degraded by Coniophora puteana

When timber elements in heritage buildings are moderately degraded by fungi and assuming underlying moisture problems have been solved, two actions can be taken: i) use a biocide to stop fungal activity; ii) consolidate the degraded elements so that the timber keeps on fulfilling its structural and decorative functions. The aim of this work is to investigate the mechanical performance of maritime pine wood degraded by fungi after being treated with a biocide followed by impregnation with a polymer product. Three commercially available products were used: a boron water-based biocide, an acrylic consolidant and an epoxy-based consolidant. Treated and consolidated specimens were subjected to mechanical tests: axial compression test (NP 618), static surface hardness (ISO 3350) and bending test (NP 619). Sets of replicates were subjected to an evaporation ageing test (EN 73) after application of the products and also tested for mechanical behaviour. An increase in mechanical strength was observed for both consolidants with no significant influence from the previous use of biocide product. The specimens subjected to ageing showed a slightly better general mechanical performance.

Characterization of cleaners accidents in the Portuguese service sector

This paper characterizes work accidents at Portuguese industrial cleaning companies, operating in the service sector, through the application of ESAW methodology. Data was codified based on the analysis of 748 accident claims to insurance companies (number of days lost 1 working day) in 3 large industrial cleaning companies for the period 2001-2003. Slipping and falling in the same level was the main deviation from the normal working process in the moment of the accident (in 25% of the accidents); uncoordinated movements was the second cause of accidents (14%); falls of persons to a lower level was the third cause of accidents (~10%), including falls from stairs (~7%) and falls from ladders and mobile ladders (~2%); globally, body movement under or with physical stress, including lifting, carrying, putting down, bending down, twisting, turning, trading badly, twisting leg or ankle and slipping without falling, were the cause in 17% of the accidents. Lower limbs were injured in ~25% of the accidents, hand and fingers in ~14%, the eye in ~4% and the back in ~9% of the accidents. An incidence rate of 3,580 accidents/100,000 employees was found to the sector (2003 data).

Experimental and numerical evaluation of composite repairs on wood beams damaged by cross-graining

An experimental and Finite Element study was performed on the bending behaviour of wood beams of the Pinus Pinaster species repaired with adhesively-bonded carbon–epoxy patches, after sustaining damage by cross-grain failure. This damage is characterized by crack growth at a small angle to the beams longitudinal axis, due to misalignment between the wood fibres and the beam axis. Cross-grain failure can occur in large-scale in a wood member when trees that have grown spirally or with a pronounced taper are cut for lumber. Three patch lengths were tested. The simulations include the possibility of cohesive fracture of the adhesive layer, failure within the wood beam in two propagation planes and patch interlaminar failure, by the use of cohesive zone modelling. The respective cohesive properties were estimated either by an inverse method or from the literature. The comparison with the tests allowed the validation of the proposed methodology, opening a good perspective for the reduction of costs in the design stages of these repairs due to extensive experimentation.