Gestão de Recursos Energéticos nas SmartGrids

A sustentabilidade do sistema energético é crucial para o desenvolvimento económico e social das sociedades presentes e futuras. Para garantir o bom funcionamento dos sistemas de energia actua-se, tipicamente, sobre a produção e sobre as redes de transporte e de distribuição. No entanto, a integração crescente de produção distribuída, principalmente nas redes de distribuição de média e de baixa tensão, a liberalização dos mercados energéticos, o desenvolvimento de mecanismos de armazenamento de energia, o desenvolvimento de sistemas automatizados de controlo de cargas e os avanços tecnológicos das infra-estruturas de comunicação impõem o desenvolvimento de novos métodos de gestão e controlo dos sistemas de energia. O contributo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia de gestão de recursos energéticos num contexto de SmartGrids, considerando uma entidade designada por VPP que gere um conjunto de instalações (unidades produtoras, consumidores e unidades de armazenamento) e, em alguns casos, tem ao seu cuidado a gestão de uma parte da rede eléctrica. Os métodos desenvolvidos contemplam a penetração intensiva de produção distribuída, o aparecimento de programas de Demand Response e o desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento. São ainda propostos níveis de controlo e de tomada de decisão hierarquizados e geridos por entidades que actuem num ambiente de cooperação mas também de concorrência entre si. A metodologia proposta foi desenvolvida recorrendo a técnicas determinísticas, nomeadamente, à programação não linear inteira mista, tendo sido consideradas três funções objectivo distintas (custos mínimos, emissões mínimas e cortes de carga mínimos), originando, posteriormente, uma função objectivo global, o que permitiu determinar os óptimos de Pareto. São ainda determinados os valores dos custos marginais locais em cada barramento e consideradas as incertezas dos dados de entrada, nomeadamente, produção e consumo. Assim, o VPP tem ao seu dispor um conjunto de soluções que lhe permitirão tomar decisões mais fundamentadas e de acordo com o seu perfil de actuação. São apresentados dois casos de estudo. O primeiro utiliza uma rede de distribuição de 32 barramentos publicada por Baran & Wu. O segundo caso de estudo utiliza uma rede de distribuição de 114 barramentos adaptada da rede de 123 barramentos do IEEE.

Dimensão do sector público e crescimento económico: uma relação não linear na União Europeia dos 15?

Os Estados-Membros da União Europeia têm tido a preocupação de reduzirem a dimensão da Administração Pública na economia, a par de a tornar muito mais eficiente de forma a promover o crescimento económico. Neste artigo analisam-se as relações entre a despesa pública e o crescimento económico em 14 Estados-Membros da União Europeia dos 15, com o objectivo de determinar a dimensão óptima das Administrações Públicas, tendo por base teórica a Curva de Armey. Os resultados, para o período 1965-2007, sugerem uma dimensão do sector público maximizadora do crescimento económico de 47,37% e 22,17% do PIB, quando avaliada pelas despesas públicas totais e o consumo público, respectivamente.

Design of New Materials for Passive Vibration Control

The aim of this contribution is to extend the techniques of composite materials design to non-linear material behaviour and apply it for design of new materials for passive vibration control. As a first step a computational tool allowing determination of macroscopic optimized one-dimensional isolator behaviour was developed. Voigt, Maxwell, standard and more complex material models can be implemented. Objective function considers minimization of the initial reaction and/or displacement peak as well as minimization of the steady-state amplitude of reaction and/or displacement. The complex stiffness approach is used to formulate the governing equations in an efficient way. Material stiffness parameters are assumed as non-linear functions of the displacement. The numerical solution is performed in the complex space. The steady-state solution in the complex space is obtained by an iterative process based on the shooting method which imposes the conditions of periodicity with respect to the known value of the period. Extension of the shooting method to the complex space is presented and verified. Non-linear behaviour of material parameters is then optimized by generic probabilistic meta-algorithm, simulated annealing. Dependence of the global optimum on several combinations of leading parameters of the simulated annealing procedure, like neighbourhood definition and annealing schedule, is also studied and analyzed. Procedure is programmed in MATLAB environment.

Distributed Linear Precoding and User Selection in Coordinated Multicell Systems

In this manuscript we tackle the problem of semidistributed user selection with distributed linear precoding for sum rate maximization in multiuser multicell systems. A set of adjacent base stations (BS) form a cluster in order to perform coordinated transmission to cell-edge users, and coordination is carried out through a central processing unit (CU). However, the message exchange between BSs and the CU is limited to scheduling control signaling and no user data or channel state information (CSI) exchange is allowed. In the considered multicell coordinated approach, each BS has its own set of cell-edge users and transmits only to one intended user while interference to non-intended users at other BSs is suppressed by signal steering (precoding). We use two distributed linear precoding schemes, Distributed Zero Forcing (DZF) and Distributed Virtual Signalto-Interference-plus-Noise Ratio (DVSINR). Considering multiple users per cell and the backhaul limitations, the BSs rely on local CSI to solve the user selection problem. First we investigate how the signal-to-noise-ratio (SNR) regime and the number of antennas at the BSs impact the effective channel gain (the magnitude of the channels after precoding) and its relationship with multiuser diversity. Considering that user selection must be based on the type of implemented precoding, we develop metrics of compatibility (estimations of the effective channel gains) that can be computed from local CSI at each BS and reported to the CU for scheduling decisions. Based on such metrics, we design user selection algorithms that can find a set of users that potentially maximizes the sum rate. Numerical results show the effectiveness of the proposed metrics and algorithms for different configurations of users and antennas at the base stations.

System Modeling and Control Through Fractional-Order Algorithms

The theory of fractional calculus goes back to the beginning of thr throry of differential calculus but its inherent complexity postponed the applications of the associated concepts. In the last decade the progress in the areas of chaos and fractals revealed subtle relationships with the fractional calculus leading to an increasing interest in the development of the new paradigm. In the area of automaticcontrol preliminary work has already been carried out but the proposed algorithms are restricted to the frequency domain. The paper discusses the design of fractional-order discrete-time controllers. The algorithms studied adopt the time domein, which makes them suited for z-transform analusis and discrete-time implementation. The performance of discrete-time fractional-order controllers with linear and non-linear systems is also investigated.

Formation Control Driven by Cooperative Object Tracking

In this paper we introduce a formation control loop that maximizes the performance of the cooperative perception of a tracked target by a team of mobile robots, while maintaining the team in formation, with a dynamically adjustable geometry which is a function of the quality of the target perception by the team. In the formation control loop, the controller module is a distributed non-linear model predictive controller and the estimator module fuses local estimates of the target state, obtained by a particle filter at each robot. The two modules and their integration are described in detail, including a real-time database associated to a wireless communication protocol that facilitates the exchange of state data while reducing collisions among team members. Simulation and real robot results for indoor and outdoor teams of different robots are presented. The results highlight how our method successfully enables a team of homogeneous robots to minimize the total uncertainty of the tracked target cooperative estimate while complying with performance criteria such as keeping a pre-set distance between the teammates and the target, avoiding collisions with teammates and/or surrounding obstacles.

Visualizing control systems performance: A fractional perspective

This article presents a novel method for visualizing the control systems behavior. The proposed scheme uses the tools of fractional calculus and computes the signals propagating within the system structure as a time/frequency-space wave. Linear and nonlinear closed-loop control systems are analyzed, for both the time and frequency responses, under the action of a reference step input signal. Several nonlinearities, namely, Coulomb friction and backlash, are also tested. The numerical experiments demonstrate the feasibility of the proposed methodology as a visualization tool and motivate its extension for other systems and classes of nonlinearities.

Epigenetic and cell cycle control of centromere inheritance

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology, Cell Biology

Recursive neuro fuzzy techniques for online identification and control

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

The influence of menopausal status on bone turnover and disease control in breast cancer patients with metastatic bone disease treated with chemotherapy plus zoledronic acid : an exploratory retrospective cohort study

RESUMO: Introdução: Uma meta-análise recente demonstrou que uso adjuvante de ácido zoledrónico (AZ) em mulheres pós-menopáusicas com cancro da mama precoce (CM) conduz a redução do risco de morte por CM em 17%. Investigámos o efeito do estado hormonal (pré [PrM] vs pós-menopausa tardia [PoM]) na remodelação óssea e controlo de doença em mulheres com CM e metástases ósseas (MO) tratadas com AZ e quimioterapia (QT). Métodos: Neste estudo de coorte retrospetivo, colhemos variáveis clinico-patológicas e quantificámos o telopéptido N-terminal (NTX) urinário e marcadores tumorais (MT) séricos em mulheres com CM e MO tratadas com QT e AZ. As doentes foram divididas em PrM (<45 anos) e PoM (>60 anos). Endpoints do estudo: variação do NTX, CA15.3 e CEA nos meses 3, 6 e 9, tempo até falência de QT de primeira-linha e sobrevivência. Quando apropriado foram usados os testes de Wilcoxon rank-sum, modelo de efeitos lineares mistos, teste log-rank e modelo de Cox. Resultados: Quarenta doentes foram elegíveis para análise (8 PrM e 32 PoM). Depois da introdução de AZ e QT, os níveis de NTX e MT caíram no coorte global. O perfil de resposta não diferiu entre grupos no mês 3 ou em tempos posteriores (valor-p para interação tempo-estado hormonal no mês 3=0.957). Ademais, o perfil de resposta dos MT também não diferiu entre grupos. O tempo mediano até falência de primeira-linha de QT em PrM e PoM foi de 15.2 e 17.4 meses, respetivamente. Não foi identificada diferença significativa entre grupos, quer em análise univariada quer após controlo para envolvimento visceral (p=0.399 e 0.469, respetivamente). Igualmente, não houve diferenças em termos de sobrevivência. Conclusões: Neste coorte, não foram identificadas diferenças no controlo de NTX ou MT em função do estado menopausico. Igualmente, não foi identificada diferença no tempo até falência de primeira-linha de CT ou sobrevivência.----------- ABSTRACT: Background: A recent meta-analysis showed that the adjuvant use of zoledronic acid (ZA) in postmenopausal women with early breast cancer (BC) leads to a reduction in the risk of breast cancer death by 17%. We investigated the effect of the hormonal status (pre [PrM] vs late post menopause [PoM]) on bone turnover and disease control among women with BC and boné metastases (BM) treated with ZA and chemotherapy (CT). Methods: In this retrospective cohort study, we collected clinicopathologic variables, urinary Nterminal telopeptide (NTX) and serum tumor marker levels from women with BC and BM treated with CT and ZA. Patients were divided in PrM (<45 years) and PoM (>60 years). Study endpoints were NTX, CA15.3 and CEA variation at 3, 6 and 9 months, and time to first-line CT failure and survival. We performed multilevel mixed-effects linear regression models to assess the variation of repeated measures and cox regression models for time to event outcomes. Results: Forty patients were eligible for analysis (8 PrM and 32 PoM). After introduction of ZA and CT, NTX and tumor markers declined in the overall cohort. Response profile was similar between menopausal groups at month 3 and at later time points (p-value for time-hormonal status interaction at month 3=0.957). Furthermore, tumor markers response profile was also equal between groups. Median time to first-line CT failure in PrM and PoM women was 15.2 and 17.4 months, respectively. No significant difference between groups was found, either using a univariate analysis or after controlling for visceral disease involvement (p=0.399 and 0.469, respectively). Likewise, no differences in survival were found. Conclusions: In this cohort, no differences were found in terms of NTX or tumor markers control according to menopausal status. Similarly, no difference in time to first-line CT failure or survival was found.

Optimal design and operation of compact simulated moving bed processes for enantioseparations

Simulated moving bed (SMB) chromatography is attracting more and more attention since it is a powerful technique for complex separation tasks. Nowadays, more than 60% of preparative SMB units are installed in the pharmaceutical and in the food in- dustry [SDI, Preparative and Process Liquid Chromatography: The Future of Process Separations, International Strategic Directions, Los Angeles, USA, 2002. http://www. strategicdirections.com]. Chromatography is the method of choice in these ¯elds, be- cause often pharmaceuticals and ¯ne-chemicals have physico-chemical properties which di®er little from those of the by-products, and they may be thermally instable. In these cases, standard separation techniques as distillation and extraction are not applicable. The noteworthiness of preparative chromatography, particulary SMB process, as a sep- aration and puri¯cation process in the above mentioned industries has been increasing, due to its °exibility, energy e±ciency and higher product purity performance. Consequently, a new SMB paradigm is requested by the large number of potential small- scale applications of the SMB technology, which exploits the °exibility and versatility of the technology. In this new SMB paradigm, a number of possibilities for improving SMB performance through variation of parameters during a switching interval, are pushing the trend toward the use of units with smaller number of columns because less stationary phase is used and the setup is more economical. This is especially important for the phar- maceutical industry, where SMBs are seen as multipurpose units that can be applied to di®erent separations in all stages of the drug-development cycle. In order to reduce the experimental e®ort and accordingly the coast associated with the development of separation processes, simulation models are intensively used. One impor- tant aspect in this context refers to the determination of the adsorption isotherms in SMB chromatography, where separations are usually carried out under strongly nonlinear conditions in order to achieve higher productivities. The accurate determination of the competitive adsorption equilibrium of the enantiomeric species is thus of fundamental importance to allow computer-assisted optimization or process scale-up. Two major SMB operating problems are apparent at production scale: the assessment of product quality and the maintenance of long-term stable and controlled operation. Constraints regarding product purity, dictated by pharmaceutical and food regulatory organizations, have drastically increased the demand for product quality control. The strict imposed regulations are increasing the need for developing optically pure drugs.(...)

Evaluation of preventative and control measures for congenital syphilis in State of Mato Grosso

Introduction Congenital syphilis is an important health problem in Brazil. This study assessed measures aimed at the prevention and control of syphilis in the State of Mato Grosso and its capital, Cuiabá. Methods A descriptive study cross-sectional and of time trends assessing the congenital syphilis was performed in Cuiabá and Mato Grosso between 2001 and 2011. We compared maternal sociodemographic characteristics and health care utilization related to cases of congenital syphilis during the periods from 2001 to 2006 and from 2007 to 2011. We assessed the temporal trends in this disease's incidence using a simple linear regression. Results Between 2001 and 2006 in Mato Grosso, 86.8% of the mothers who had live births with congenital syphilis received prenatal care, 90.6% presented with a nontreponemal test reagent at delivery, 96.2% had no information regarding a treponemal confirmatory test at delivery, and 77.6% received inadequate treatment for syphilis; additionally, 75.8% of their partners were not treated. There was a statistically significant reduction in prenatal visits (p = 0.004) and an increase in the proportion of mothers reactive to nontreponemal tests at delivery (p = 0.031) between the two periods. No other variables were found to differ significantly between the periods. In Cuiabá, we observed a similar distribution of variables. In the state and in the capital, the increasing trend of congenital syphilis was not statistically significant. Conclusions The high incidence of congenital syphilis in Mato Grosso and the low levels of health care indicators for pregnant women with syphilis suggest the need to improve the coverage and quality of prenatal care.

Avaliação económica em transplantação renal : abordagem estratégica do processo de doação e análise de custo-utilidade do programa de transplantação renal versus hemodiálise

SUMÁRIO - O desafio atual da Saúde Pública é assegurar a sustentabilidade financeira do sistema de saúde. Em ambiente de recursos escassos, as análises económicas aplicadas à prestação dos cuidados de saúde são um contributo para a tomada de decisão que visa a maximização do bem-estar social sujeita a restrição orçamental. Portugal é um país com 10,6 milhões de habitantes (2011) com uma incidência e prevalência elevadas de doença renal crónica estadio 5 (DRC5), respetivamente, 234 doentes por milhão de habitantes (pmh) e 1.600 doentes/pmh. O crescimento de doenças associadas às causas de DRC, nomeadamente, diabetes Mellitus e hipertensão arterial, antecipam uma tendência para o aumento do número de doentes. Em 2011, dos 17.553 doentes em tratamento substitutivo renal, 59% encontrava-se em programa de hemodiálise (Hd) em centros de diálise extra-hospitalares, 37% viviam com um enxerto renal funcionante e 4% estavam em diálise peritoneal (SPN, 2011). A lista ativa para transplante (Tx) renal registava 2.500 doentes (SPN 2009). O Tx renal é a melhor modalidade terapêutica pela melhoria da sobrevida, qualidade de vida e relação custo-efetividade, mas a elegibilidade para Tx e a oferta de órgãos condicionam esta opção. Esta investigação desenvolveu-se em duas vertentes: i) determinar o rácio custo-utilidade incremental do Tx renal comparado com a Hd; ii) avaliar a capacidade máxima de dadores de cadáver em Portugal, as características e as causas de morte dos dadores potenciais a nível nacional, por hospital e por Gabinete Coordenador de Colheita e Transplantação (GCCT), e analisar o desempenho da rede de colheita de órgãos para Tx. Realizou-se um estudo observacional/não interventivo, prospetivo e analítico que incidiu sobre uma coorte de doentes em Hd que foi submetida a Tx renal. O tempo de seguimento mínimo foi de um ano e máximo de três anos. No início do estudo, colheram-se dados sociodemográficos e clínicos em 386 doentes em Hd, elegíveis para Tx renal. A qualidade de vida relacionada com a saúde (QVRS) foi avaliada nos doentes em Hd (tempo 0) e nos transplantados, aos três, seis, 12 meses, e depois, anualmente. Incluíram-se os doentes que por falência do enxerto renal transitaram para Hd. Na sua medição, utilizou-se um instrumento baseado em preferências da população, o EuroQol-5D, que permite o posterior cálculo dos QALY. Num grupo de 82 doentes, a QVRS em Hd foi avaliada em dois tempos de resposta o que permitiu a análise da sua evolução. Realizou-se uma análise custo-utilidade do Tx renal comparado com a Hd na perspetiva da sociedade. Identificaram-se os custos diretos, médicos e não médicos, e as alterações de produtividade em Hd e Tx renal. Incluíram-se os custos da colheita de órgãos, seleção dos candidatos a Tx renal e follow-up dos dadores vivos. Cada doente transplantado foi utilizado como controle de si próprio em diálise. Avaliou-se o custo médio anual em programa de Hd crónica relativo ao ano anterior à Tx renal. Os custos do Tx foram avaliados prospetivamente. Considerou-se como horizonte temporal o ciclo de vida nas duas modalidades. Usaram-se taxas de atualização de 0%, 3% e 5% na atualização dos custos e QALY e efetuaram-se análises de sensibilidade one way. Entre 2008 e 2010, 65 doentes foram submetidos a Tx renal. Registaram-se, prospetivamente, os resultados em saúde incluíndo os internamentos e os efeitos adversos da imunossupressão, e o consumo dos recursos em saúde. Utilizaram-se modelos de medidas repetidas na avaliação da evolução da QVRS e modelos de regressão múltipla na análise da associação da QVRS e dos custos do transplante com as características basais dos doentes e os eventos clínicos. Comparativamente à Hd, observou-se melhoria da utilidade ao 3º mês de Tx e a qualidade de vida aferida pela escala EQ-VAS melhorou em todos os tempos de observação após o Tx renal. O custo médio da Hd foi de 32.567,57€, considerado uniforme ao longo do tempo. O custo médio do Tx renal foi de 60.210,09€ no 1º ano e 12.956,77€ nos anos seguintes. O rácio custo-utilidade do Tx renal vs Hd crónica foi de 2.004,75€/QALY. A partir de uma sobrevivência do enxerto de dois anos e cinco meses, o Tx associou-se a poupança dos custos. Utilizaram-se os dados nacionais dos Grupos de Diagnóstico Homogéneos e realizou-se um estudo retrospectivo que abrangeu as mortes ocorridas em 34 hospitais com colheita de órgãos, em 2006. Considerou-se como dador potencial o indivíduo com idade entre 1-70 anos cuja morte ocorrera a nível hospitalar, e que apresentasse critérios de adequação à doação de rim. Analisou-se a associação dos dadores potenciais com características populacionais e hospitalares. O desempenho das organizações de colheita de órgãos foi avaliado pela taxa de conversão (rácio entre os dadores potenciais e efetivos) e pelo número de dadores potenciais por milhão de habitantes a nível nacional, regional e por Gabinete Coordenador de Colheita e Transplantação (GCCT). Identificaram-se 3.838 dadores potenciais dos quais 608 apresentaram códigos da Classificação Internacional de Doenças, 9.ª Revisão, Modificações Clínicas (CID- 9-MC) que, com maior frequência, evoluem para a morte cerebral. O modelo logit para dados agrupados identificou a idade, o rácio da lotação em Unidades de Cuidados Intensivos e lotação de agudos, existência de GCCT e de Unidade de Transplantação, e mortalidade por acidente de trabalho como fatores preditivos da conversão dum dador potencial em efetivo e através das estimativas do modelo logit quantificou-se a probabilidade dessa conversão. A doação de órgãos deve ser assumida como uma prioridade e as autoridades em saúde devem assegurar o financiamento dos hospitais com programas de doação, evitando o desperdício de órgãos para transplantação, enquanto um bem público e escasso. A colheita de órgãos deve ser considerada uma opção estratégica da atividade hospitalar orientada para a organização e planeamento de serviços que maximizem a conversão de dadores potenciais em efetivos incluindo esse critério como medida de qualidade e efetividade do desempenho hospitalar. Os resultados deste estudo demonstram que: 1) o Tx renal proporciona ganhos em saúde, aumento da sobrevida e qualidade de vida, e poupança de custos; 2) em Portugal, a taxa máxima de eficácia da conversão dos dadores cadavéricos em dadores potenciais está longe de ser atingida. O investimento na rede de colheita de órgãos para Tx é essencial para assegurar a sustentabilidade financeira e promover a qualidade, eficiência e equidade dos cuidados em saúde prestados na DRC5.

Development of process control strategies exploiting knowledge from systems biology: application to MDCK suspension cells

Madine Darby Canine Kidney (MDCK) cell lines have been extensively evaluated for their potential as host cells for influenza vaccine production. Recent studies allowed the cultivation of these cells in a fully defined medium and in suspension. However, reaching high cell densities in animal cell cultures still remains a challenge. To address this shortcoming, a combined methodology allied with knowledge from systems biology was reported to study the impact of the cell environment on the flux distribution. An optimization of the medium composition was proposed for both a batch and a continuous system in order to reach higher cell densities. To obtain insight into the metabolic activity of these cells, a detailed metabolic model previously developed by Wahl A. et. al was used. The experimental data of four cultivations of MDCK suspension cells, grown under different conditions and used in this work came from the Max Planck Institute, Magdeburg, Germany. Classical metabolic flux analysis (MFA) was used to estimate the intracellular flux distribution of each cultivation and then combined with partial least squares (PLS) method to establish a link between the estimated metabolic state and the cell environment. The validation of the MFA model was made and its consistency checked. The resulted PLS model explained almost 70% of the variance present in the flux distribution. The medium optimization for the continuous system and for the batch system resulted in higher biomass growth rates than the ones obtained experimentally, 0.034 h-1 and 0.030 h-1, respectively, thus reducing in almost 10 hours the duplication time. Additionally, the optimal medium obtained for the continuous system almost did not consider pyruvate. Overall the proposed methodology seems to be effective and both proposed medium optimizations seem to be promising to reach high cell densities.

Desenvolvimento e otimização do projeto mecatrónico para um Tribómetro Linear

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica