Programa computacional com interface gráfica para identificação estocástica de parâmetros modais de estruturas civis: aplicação em pontes e torres de linha de transmissão

O interesse no comportamento dinâmico de estruturas metálicas vem crescendo nas últimas décadas no Brasil, em decorrência de acidentes com colapso total de algumas estruturas devido às vibrações ambientes em diversas regiões do país. Na região amazônica, por exemplo, onde esse tipo de estrutura deve vencer obstáculos como florestas e rios de grande largura, casos de colapso total de estruturas metálicas também são relatados. O foco principal dessa dissertação é o estudo do comportamento modal de estruturas metálicas submetidas às vibrações ambientes cuja magnitude das forças de excitação é desconhecida. Dois estudos de caso são apresentados: no primeiro deles, o comportamento modal de uma torre de linha de transmissão de energia elétrica é investigado; e no segundo caso, tanto o comportamento modal como os níveis de desconforto de uma ponte são estudados. Os estudos realizados neste último caso visam avaliar os níveis de desconforto da ponte quando submetida às excitações ambientes como rajadas de vento e o tráfego de veículo de acordo a norma brasileira NBR 8800 (1986). Em ambos os estudos de caso foram realizadas análises experimentais e computacionais. Na etapa experimental, ambas as estruturas foram monitoradas com emprego de um conjunto de acelerômetros de baixa freqüência e também de um sistema de aquisição apropriados para ensaios de vibração de estruturas civis. Como é muito difícil medir a magnitude das forças de excitação ambientes, foram utilizados os métodos de identificação estocásticos SSI-DATA e SSI-COV para extração de parâmetros modais de estruturas civis a partir somente dos dados de resposta coletados nos ensaios de vibração. Entre as atividades desenvolvidas nessa etapa, destaca-se a criação de um programa computacional com recursos do Graphical User Interface (GUI) da plataforma Matlab®, destinado à identificação modal de estruturas civis com o emprego dos referidos métodos estocásticos. Esse programa é constituído de três módulos: o primeiro é destinado ao processamento e tratamento dos sinais coletados nos ensaios de vibração; o segundo é utilizado para adicionar as informações do posicionamento dos acelerômetros utilizados nos arquivos dos sinais de resposta; e o terceiro e último módulo é destinado à identificação a partir dos arquivos de dados de resposta processados nos dois primeiros módulos. Na etapa das análises teóricas, foram criados modelos numéricos utilizando o método dos elementos finitos para simular o comportamento dinâmico das estruturas analisadas. Comparando os resultados obtidos em ambas as etapas de análise, verifica-se que resultados experimentais e teóricos apresentaram parâmetros bastante próximos entre si nos primeiros modos de vibração. Os resultados experimentais mostraram que ambos os métodos estocásticos foram muito eficientes na identificação das estruturas ensaiadas.

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.

Processo de attachment, densidade de raios e a ocorrência de flashover em linhas de transmissão de eletricidade

Esta tese refere-se ao uso de modelos de attachment de lideres (Leader Progression Model – LPM) para estimativa da distancia de salto, que, junto com dados de densidade de raios como coletado pelo sistema de detecção de raios do SIPAM, são usados para estimar a taxa de flashover em linhas de transmissão de eletricidade na Amazônia. O modelo de progressão de líder desenvolvido nesta tese é denominado ModSalto, que, para estimar a distancia de salto: 1- integra a densidade linear de cargas elétricas devida ao líder, proporcional a prospectiva corrente de primeira descarga (1º stroke) Ip, para determinar o campo elétrico produzido pelo líder descendente na estrutura sob estudo (para-raios, arestas, condutores, etc.); 2 – integra a distribuição imagem do líder descendente, fazendo uso da característica de poder das pontas como fator de estimulo e intensificação do campo elétrico devido a streamers nas partes aguçadas das estruturas sob estudo, para temporizar o momento do processo de attachment. O gatilho para o líder descendente, por hipótese, se deve a ejeção aleatória de pacotes de cargas elétricas em domínios turbulentos no interior das nuvens que recebem energia por processos de cascata da turbulência geral, e o comportamento do líder descendente, deve obedecer à equação da força de Lorentz, no espaço de campos cruzados elétrico devido às nuvens a cima e o campo magnético da Terra, que obriga as cargas do líder a desenvolverem movimentos cicloidais que podem explicar a natureza tortuosa do trajeto do líder descendente. Com o objetivo de formalizar dados consistentes de densidade de raios é feita uma reanalise do conjunto de dados coletado pelo LLS SIPAM de outubro de 2006 a julho de 2008 na região amazônica, com cerca de 3 milhões de eventos, comparando-os com dados de torres instrumentadas para evidenciar-se sua qualidade e usabilidade. Dados de elevação de terreno do SRTM da NASA são usados para gerar formula do raio de atração (Ra) das estruturas passiveis de serem atingidas por raios e para gerar formulas de área de atração, usadas para quantificar o numero de raios que provavelmente atingirão determinada estrutura, baseado no valor de densidade de raios (raios/km2/ano) na área em estudo.

Planejamento de sistemas de distribuição de energia elétrica de média tensão através de um algoritmo de busca dispersa

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Controle de tensão e reativos em redes de distribuição de energia elétrica

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Análise da falha do suporte de mancal de um eixo cardan utilizado num veículo pesado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Suitability of carbon fiber-reinforced polymers as power cable cores: Galvanic corrosion and thermal stability evaluation

The increasing demand for electrical energy and the difficulties involved in installing new transmission lines presents a global challenge. Transmission line cables need to conduct more current, which creates the problem of excessive cable sag and limits the distance between towers. Therefore, it is necessary to develop new cables that have low thermal expansion coefficients, low densities, and high resistance to mechanical stress and corrosion. Continuous fiber-reinforced polymers are now widely used in many industries, including electrical utilities, and provide properties that are superior to those of traditional ACSR (aluminum conductor steel reinforced) cables. Although composite core cables show good performance in terms of corrosion, the contact of carbon fibers with aluminum promotes galvanic corrosion, which compromises mechanical performance. In this work, three different fiber coatings were tested (phenol formaldehyde resin, epoxy-based resin, and epoxy resin with polyester braiding), with measurements of the galvanic current. The use of epoxy resin combined with polyester braiding provided the best inhibition of galvanic corrosion. Investigation of thermal stability revealed that use of phenol formaldehyde resin resulted in a higher glass transition temperature. On the other hand, a post-cure process applied to epoxy-based resin enabled it to achieve glass transition temperatures of up to 200 degrees C. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cinética de degradação do sistema resina epóxi/fibra de carbono

With the increasing demand for electricity, the retraining of transmission lines is necessary despite environmental restrictions and crossings in densely populated areas to build new transmission and distribution lines. Solution is reuse the existent cables, replacing the old conductor cables for new cables with higher capacity power transmission, and control of sag installed. The increasing demand for electrical power has increased the electric current on the wires and therefore, it must bear out temperatures of 150°C or more, without the risk of the increasing sag beyond the established limits. In the case of long crossings or densely populated areas, sag is due to high weight of the cable on clearance. The cable type determines the weight, sag, height and the towers dimensions, which are the items that most influence the investment of the transmission line. Hence, to reduce both cost of investment and maintenance of the line, the use of a lighter cable can reduce both number and the height of the towers, with financial return on short and long term. Therefore, in order to increase the amount of transmitted energy and reduce the number of built towers and sag, is recommended in the current work substitute the current core material (steel or aluminium) for alternatives alloys or new materials, in this case a composite, which has low density, elevated stiffness (elasticity module), thus apply the pultruded carbon fiber with epoxy resin as matrix systems and perform the study of the kinetics of degradation by thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA) and differential scanning calorimetry (DSC), according to their respective standards

epresentação de linhas de transmissão por meio do modelo de bergeron: inclusão do efeito da frequência nos parâmetros longitudinais

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Estimação de parâmetros de linhas de transmissão utilizando técnicas de decomposição modal: Aplicação em linhas com plano de simetria vertical

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Recovery Tests of an Hybrid Current Limiter Composed of a SFCL in Parallel to an Air-Core Power Reactor

The resistive-type superconducting fault current limiters (RSFCL) prototypes using YBCO-coated conductors have shown current limitation for medium voltage class applications for acting time up to 80 ms. By connecting an air-core reactor in parallel with the RSFCL, thus making an hybrid current limiter, one can extend the acting time for up to 1 s. In this work, we report the performance of a hybrid current limiter subjected to an AC peak fault current of 2 kA during 1 s for which within the first 80 ms the SFCL limits the current concurrently with the air-core reactor, and for the remaining 920 ms, only the air-core reactor limits the current. In order to evaluate the actual conditions for subsequent reconnection of RSFCL to the power grid, the hybrid fault current limiter was tested varying the time interval for recovery from 900 ms and 1.2 s, followed again by the concurrent operation of the hybrid limiter during 1 s (SFCL during 80 ms). From this evaluation test, the recovery time can be measured and compared using the voltage peak generated in superconducting module from the first and second fault test. The recovery time was also determined through the pulsed current method (PCM) on short-length sample test. The results showed that the fault current was limited from 1.9 kA down to 514 A after 1 cycle of 60 Hz frequency, with recovery time lower than 1.2 s for two subsequent fault current tests.

Reducing the spurious oscillations in the lumped parameters model using low-pass filter

Voltages and currents in the transmission line are described by differential equations that are difficult to solve due soil and skin effect that has to be considered for accurate results, but it increases their complexity. Therefore there are some models to study the voltages and currents along in transmission line. The distributed parameters model that transforms the equations in time domain to the frequency domain and once the solutions are obtained, they are converted to time domain using the Inverse Laplace Transform using numerical methods. Another model is named lumped parameters model and it considers the transmission line represented by a pi-circuit cascade and the currents and voltages are described by state equations. In the simulations using the lumped parameters model, it can be observed the presence of spurious oscillations that are independent of the quantity of pi-circuits used and do not represent the real value of the transient. In this work will be projected a passive low-pass filter directly inserted in the lumped parameters model to reduce the spurious oscillations in the simulations, making this model more accurate and reliable for studying the electromagnetic transients in power systems.

Development and test of resistive superconducting fault current limiter; acting time and its recovery conditions

Resistive-type of superconducting fault current limiters (RSFCL) have been developed for medium voltage class aiming to operate at 1 MVA power capacity and short time recovery (< 2 s). A RSFCL in form of superconducting modular device was designed and constructed using 50 m-length of YBCO coated conductor tapes for operation under 1 kV / 1 kA and acting time of 0.1 s. In order to increase the acting time the RSFCL was combined with an air-core reactor in parallel to increase the fault limiting time up to 1 s. The tests determined the electrical and thermal characteristics of the combined resistive/ inductive protection unit. The combined fault current limiter reached a limiting current of 583 A, corresponding to a limiting factor of 3.3 times within an acting time of up to 1 s.

Inclusão das representações de gary e de skilling-umoto em modelos de linhas de transmissão trifásicas: Aplicação em simulações de transitórios eletromagnéticos em sistemas de energia elétrica

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Representação de linhas de transmissão trifásicas diretamente no domínio das fases por meio da matriz ABCD

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS