Design Parameter Analysis of Point Absorber WEC via an Evolutionary-Algorithm-Based Dimensioning Tool

Wave energy conversion has an essential difference from other renewable energies since the dependence between the devices design and the energy resource is stronger. Dimensioning is therefore considered a key stage when a design project of Wave Energy Converters (WEC) is undertaken. Location, WEC concept, Power Take-Off (PTO) type, control strategy and hydrodynamic resonance considerations are some of the critical aspects to take into account to achieve a good performance. The paper proposes an automatic dimensioning methodology to be accomplished at the initial design project stages and the following elements are described to carry out the study: an optimization design algorithm, its objective functions and restrictions, a PTO model, as well as a procedure to evaluate the WEC energy production. After that, a parametric analysis is included considering different combinations of the key parameters previously introduced. A variety of study cases are analysed from the point of view of energy production for different design-parameters and all of them are compared with a reference case. Finally, a discussion is presented based on the results obtained, and some recommendations to face the WEC design stage are given.

Atenuação de vibrações em pás de helicópteros utilizando circuito piezelétrico semi-passivo

O uso de materiais inteligentes em problemas de controle de vibração tem sido investigado em diversas pesquisas ao longo dos últimos anos. Apesar de que diferentes materiais inteligentes estão disponíveis, o piezelétrico tem recebido grande atenção devido à facilidade de uso como sensores, atuadores, ou ambos simultaneamente. As principais técnicas de controle usando materiais piezoelétricos são os ativos e passivos. Circuitos piezelétricos passivos são ajustados para uma frequência específica e, portanto, a largura de banda efetiva é pequena. Embora os sistemas ativos possam apresentar um bom desempenho no controle de vibração, a quantidade de energia externa e hardware adicionado são questões importantes. As técnicas SSD (Synchronized Switch Damping) foram desenvolvidas como uma alternativa aos controladores passivos e controladores ativos de vibração. Elas podem ser técnicas semi-ativas ou semi-passivas que introduzem um tratamento não linear na tensão elétrica proveniente do material piezelétrico e induz um aumento na conversão de energia mecânica para energia elétrica e, consequentemente, um aumento no efeito de amortecimento. Neste trabalho, o controle piezoelétrico semi-passivo de uma pá piezelétrica engastada é apresentado e comparado com outros controladores. O modelo não linear electromecânico de uma pá com piezocerâmicas incorporados é determinado com base no método variacional-assintótico (VAM). O sistema rotativo acoplado não linear é resolvido no domínio do tempo, utilizando um método de integração alfa-generalizado afim de garantir a estabilidade numérica. As simulações são realizadas para uma vasta gama de velocidades de rotação. Em primeiro lugar, um conjunto de resistências (variando desde a condição de curto-circuito para a condição de circuito aberto) é considerada. O efeito da resistência ótima (que resulta em máximo amortecimento) sobre o comportamento do sistema é investigado para o aumento da velocidade de rotação. Mais tarde, a técnica SSDS é utilizada para amortecer as oscilações da pá com o aumento da velocidade de rotação. Os resultados mostram que a técnica SSDS pode ser um método útil para o controle de vibrações de vigas rotativas não lineares, tais como pás de helicóptero.

Aplicação de técnicas inteligentes com análise no domínio do tempo para reconhecimento de defeitos em motores de indução trifásicos

Os motores de indução trifásicos são os principais elementos de conversão de energia elétrica em mecânica motriz aplicados em vários setores produtivos. Identificar um defeito no motor em operação pode fornecer, antes que ele falhe, maior segurança no processo de tomada de decisão sobre a manutenção da máquina, redução de custos e aumento de disponibilidade. Nesta tese são apresentas inicialmente uma revisão bibliográfica e a metodologia geral para a reprodução dos defeitos nos motores e a aplicação da técnica de discretização dos sinais de correntes e tensões no domínio do tempo. É também desenvolvido um estudo comparativo entre métodos de classificação de padrões para a identificação de defeitos nestas máquinas, tais como: Naive Bayes, k-Nearest Neighbor, Support Vector Machine (Sequential Minimal Optimization), Rede Neural Artificial (Perceptron Multicamadas), Repeated Incremental Pruning to Produce Error Reduction e C4.5 Decision Tree. Também aplicou-se o conceito de Sistemas Multiagentes (SMA) para suportar a utilização de múltiplos métodos concorrentes de forma distribuída para reconhecimento de padrões de defeitos em rolamentos defeituosos, quebras nas barras da gaiola de esquilo do rotor e curto-circuito entre as bobinas do enrolamento do estator de motores de indução trifásicos. Complementarmente, algumas estratégias para a definição da severidade dos defeitos supracitados em motores foram exploradas, fazendo inclusive uma averiguação da influência do desequilíbrio de tensão na alimentação da máquina para a determinação destas anomalias. Os dados experimentais foram adquiridos por meio de uma bancada experimental em laboratório com motores de potência de 1 e 2 cv acionados diretamente na rede elétrica, operando em várias condições de desequilíbrio das tensões e variações da carga mecânica aplicada ao eixo do motor.

Concepção de um receptor de cavidade para concentração de energia solar para aplicação em reatores químicos.

Este trabalho dimensionou um receptor de cavidade para uso como reator químico de um ciclo de conversão de energia solar para energia química. O vetor energético proposto é o hidrogênio. Isso implica que a energia solar é concentrada em um dispositivo que absorve a radiação térmica e a transforma em energia térmica para ativar uma reação química endotérmica. Essa reação transforma o calor útil em gás hidrogênio, que por sua vez pode ser utilizado posteriormente para geração de outras formas de energia. O primeiro passo foi levantar os pares metal/óxido estudados na literatura, cuja finalidade é ativar um ciclo termoquímico que possibilite produção de hidrogênio. Esses pares foram comparados com base em quatro parâmetros, cuja importância determina o dimensionamento de um receptor de cavidade. São eles: temperatura da reação; estado físico de reagentes e produtos; desgaste do material em ciclos; taxa de reação de hidrólise e outros aspectos. O par escolhido com a melhor avaliação no conjunto dos parâmetros foi o tungstênio e o trióxido de tungstênio (W/WO3). Com base na literatura, foi determinado um reator padrão, cujas características foram analisadas e suas consequências no funcionamento do receptor de cavidade. Com essa análise, determinaram-se os principais parâmetros de projeto, ou seja, a abertura da cavidade, a transmissividade da janela, e as dimensões da cavidade. Com base nos resultados anteriores, estabeleceu-se um modelo de dimensionamento do sistema de conversão de energia solar em energia útil para um processo químico. Ao se analisar um perfil de concentração de energia solar, calculou-se as eficiências de absorção e de perdas do receptor, em função da área de abertura de um campo de coleta de energia solar e da radiação solar disponível. Esse método pode ser empregado em conjunto com metodologias consagradas e dados de previsão de disponibilidade solar para estudos de concentradores de sistemas de produção de hidrogênio a partir de ciclos termoquímicos.

Mathematical programming model for heat exchanger design through optimization of partial objectives

Mathematical programming can be used for the optimal design of shell-and-tube heat exchangers (STHEs). This paper proposes a mixed integer non-linear programming (MINLP) model for the design of STHEs, following rigorously the standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA). Bell–Delaware Method is used for the shell-side calculations. This approach produces a large and non-convex model that cannot be solved to global optimality with the current state of the art solvers. Notwithstanding, it is proposed to perform a sequential optimization approach of partial objective targets through the division of the problem into sets of related equations that are easier to solve. For each one of these problems a heuristic objective function is selected based on the physical behavior of the problem. The global optimal solution of the original problem cannot be ensured even in the case in which each of the sub-problems is solved to global optimality, but at least a very good solution is always guaranteed. Three cases extracted from the literature were studied. The results showed that in all cases the values obtained using the proposed MINLP model containing multiple objective functions improved the values presented in the literature.

Retrofit of heat exchanger networks with pressure recovery of process streams at sub-ambient conditions

This paper presents a new mathematical programming model for the retrofit of heat exchanger networks (HENs), wherein the pressure recovery of process streams is conducted to enhance heat integration. Particularly applied to cryogenic processes, HENs retrofit with combined heat and work integration is mainly aimed at reducing the use of expensive cold services. The proposed multi-stage superstructure allows the increment of the existing heat transfer area, as well as the use of new equipment for both heat exchange and pressure manipulation. The pressure recovery of streams is carried out simultaneously with the HEN design, such that the process conditions (streams pressure and temperature) are variables of optimization. The mathematical model is formulated using generalized disjunctive programming (GDP) and is optimized via mixed-integer nonlinear programming (MINLP), through the minimization of the retrofit total annualized cost, considering the turbine and compressor coupling with a helper motor. Three case studies are performed to assess the accuracy of the developed approach, including a real industrial example related to liquefied natural gas (LNG) production. The results show that the pressure recovery of streams is efficient for energy savings and, consequently, for decreasing the HEN retrofit total cost especially in sub-ambient processes.

Kinetic study and thermal decomposition behavior of viscoelastic memory foam

A systematic investigation of the thermal decomposition of viscoelastic memory foam (VMF) was performed using thermogravimetric analysis (TGA) to obtain the kinetic parameters, and thermogravimetric analysis coupled to Fourier Transformed Infrared Spectrometry (TGA-FTIR) and thermogravimetric analysis coupled to Mass Spectrometry (TGA-MS) to obtain detailed information of evolved products on pyrolysis and oxidative degradations. Two consecutive nth-order reactions were employed to correlate the experimental data from dynamic and isothermal runs performed at three different heating rates (5, 10 and 20 K/min) under an inert atmosphere. On the other hand, for the kinetic study of the oxidative decomposition, the data from combustion (synthetic air) and poor oxygen combustion (N2:O2 = 9:1) runs, at three heating rates and under dynamic and isothermal conditions, were correlated simultaneously. A kinetic model consisting of three consecutive reactions presented a really good correlation in all runs. TGA-FTIR analysis showed that the main gases released during the pyrolysis of VMF were determined as ether and aliphatic hydrocarbons, whereas in combustion apart from the previous gases, aldehydes, amines and CO2 have also been detected as the main gases. These results were confirmed by the TGA-MS.

Optimização de um sistema híbrido off-grid PV, Gerador Diesel e Baterias

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Photoelectronic properties of zinc phosphide crystals, films and heterojunctions : quarterly progress report no. 6 for the period July 1 - September 30, 1980 /

The purpose of this research program is to investigate the photoelectronic properties of zinc phosphide (Zn₃P₂ in single crystal form, in thin-film form, and in heterojunctions in which Zn₃P₂ forms one of the elements. This research will be directed toward understanding the role of crystalline defects and impurities in Zn₃P₂, the nature of the electronic charge transport in single crystal and thin-film material, and the properties of photovoltaic heterojunctions involving Zn₃P₂. The scope of the program extends from basic investigations of materials properties on single crystals to the preparation and characterization of all-thin-film heterojunction divices. One of the principal motivations behind this research program is the realization that Zn₃P₂ is a relatively uninvestigated yet ideal component for photovoltaic heterojunction use in solar energy conversion. The proposed program will concentrate on the basic materials problems involved with Zn₃P₂, providing the kind of information needed for other more developmental programs directed toward actual practical cells.

Overview of the 1985 NASA Lewis Research Center SP-100 free-piston Stirling engine activities.

Energy Department, Washington, D.C.

Usable electricity from the sun.

Mode of access: Internet.

Cadmium sulfide/copper sulfide heterojunction cell research : final report for July 1, 1977-August 31, 1978 /

"Work Performed Under Contract No. EG-77-C-03-1576."

Unmanned electric propulsion mission capabilities of the SNAP-50/SPUR powerplant /

"Contract AT(30-1)-2789."

Power facility siting in the State of Illinois,

Includes bibliographical references.

Eliminating non-renewable CO2 emissions from sewage treatment: An anaerobic migrating bed reactor pilot plant study

The aim of this work was to demonstrate at pilot scale a high level of energy recovery from sewage utilising a primary Anaerobic Migrating Bed Reactor (AMBR) operating at ambient temperature to convert COD to methane. The focus is the reduction in non-renewable CO2 emissions resulting from reduced energy requirements for sewage treatment. A pilot AMBR was operated on screened sewage over the period June 2003 to September 2004. The study was divided into two experimental phases. In Phase 1 the process operated at a feed rate of 10 L/h (HRT 50 h), SRT 63 days, average temperature 28 degrees C and mixing time fraction 0.05. In Phase 2 the operating parameters were 20 L/h, 26 days, 16 degrees C and 0.025. Methane production was 66% of total sewage COD in Phase 1 and 23% in Phase 2. Gas mixing of the reactor provided micro-aeration which suppressed sulphide production. Intermittent gas mixing at a useful power input of 6 W/m(3) provided satisfactory process performance in both phases. Energy consumption for mixing was about 1.5% of the energy conversion to methane in both operating phases. Comparative analysis with previously published data confirmed that methane supersaturation resulted in significant losses of methane in the effluent of anaerobic treatment systems. No cases have been reported where methane was considered to be supersaturated in the effluent. We have shown that methane supersaturation is likely to be significant and that methane losses in the effluent are likely to have been greater than previously predicted. Dissolved methane concentrations were measured at up to 2.2 times the saturation concentration relative to the mixing gas composition. However, this study has also demonstrated that despite methane supersaturation occurring, microaeration can result in significantly lower losses of methane in the effluent (< 11% in this study), and has demonstrated that anaerobic sewage treatment can genuinely provide energy recovery. The goal of demonstrating a high level of energy recovery in an ambient anaerobic bioreactor was achieved. An AMBR operating at ambient temperature can achieve up to 70% conversion of sewage COD to methane, depending on SRT and temperature. (c) 2006 Wiley Periodicals, Inc.