Dimensionamento de um reactor de leito fluidizado para gasificação de biomassa

Na actualidade, quando se procura a diversificação energética, em especial de fontes renováveis, a gasificação surge como uma forma promissora de aproveitamento da biomassa, nomeadamente dos resíduos florestais, para a geração de energia eléctrica. Neste contexto, passou-se em revista as diversas formas de gasificação, a sua evolução histórica e os diversos tipos de reactores com as suas vantagens e desvantagens. De igual forma, foram analisadas as disponibilidades e características da biomassa no mundo e em Portugal, destacando-se as suas potencialidades e as dificuldades no seu aproveitamento. Fez-se o dimensionamento de um reactor-gasificador de leito fluidizado borbulhante à escala piloto, bem como dos equipamentos complementares, sistema de alimentação, ventilador, ciclone, filtro para o gás produzido e gerador eléctrico. As dimensões dum reactor para trabalhos laboratoriais foram determinadas por cálculo das condições hidrodinâmicas, que, também, permitiram calcular o caudal de ar a utilizar. Por balanços materiais, considerando-se uma composição experimental do gás de síntese citada na literatura, determinou-se uma possível composição da alimentação e um caudal de alimentação.

Sistema de treino para ciclistas

No trabalho é desenvolvido um sistema de treino para ciclistas. O sistema de treino é constituído por uma bicicleta de ―Spinning‖, um travão accionado electricamente, e por um sensor de velocidade, utilizado para medir a velocidade de rotação da roda de inércia. Nos primeiros capítulos encontra-se o estudo dos vários conceitos que envolvem o sistema de treino. É realizado um estudo sobre as principais forças que actuam numa bicicleta. Outro conceito estudado é o filtro Kalman (FK). Este será importante para o controlo do sistema de treino. O modelo do sistema de treino está dividido em duas partes. A primeira corresponde ao sistema mecânico, e a segunda o sistema de controlo e actuação. Este é constituído por um sensor de velocidade, uma unidade de estimação e o sistema de actuação do travão da bicicleta. A unidade de estimação é composta por conjunto de filtros de Kalman que estima a velocidade, a aceleração e a posição necessárias ao cálculo da força resistente ao movimento do conjunto ciclista bicicleta. Os resultados da simulação do sistema mostram que o sistema de treino modelado apresenta um desempenho bastante razoável. A estimação efectuada pelos filtros dos valores da velocidade, da aceleração e da posição do ciclista, permite a unidade de controlo do sistema calcular o valor da força resistente ao movimento.

Sistema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas

A presente dissertação apresenta uma solução para o problema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas. O trabalho desenvolvido emprega técnicas provenientes da área da robótica móvel para obtenção um sistema autónomo móvel de modelização, capaz de operar em ambientes não estruturados sem acesso a sistemas de posicionamento global, designadamente GPS. Um sistema de modelização móvel e autónomo pode ser bastante vantajoso, pois constitui um método rápido e simples de monitorização das estruturas e criação de representações virtuais das galerias com um elevado nível de detalhe. O sistema de modelização desloca-se no interior dos túneis para recolher informações sensoriais sobre a geometria da estrutura. A tarefa de organização destes dados com vista _a construção de um modelo coerente, exige um conhecimento exacto do percurso praticado pelo sistema, logo o problema de localização da plataforma sensorial tem que ser resolvido. A formulação de um sistema de localização autónoma tem que superar obstáculos que se manifestam vincadamente nos ambientes underground, tais como a monotonia estrutural e a já referida ausência de sistemas de posicionamento global. Neste contexto, foi abordado o conceito de SLAM (Simultaneous Loacalization and Mapping) para determinação da localização da plataforma sensorial em seis graus de liberdade. Seguindo a abordagem tradicional, o núcleo do algoritmo de SLAM consiste no filtro de Kalman estendido (EKF { Extended Kalman Filter ). O sistema proposto incorpora métodos avançados do estado da arte, designadamente a parametrização em profundidade inversa (Inverse Depth Parametrization) e o método de rejeição de outliers 1-Point RANSAC. A contribuição mais importante do método por nós proposto para o avanço do estado da arte foi a fusão da informação visual com a informação inercial. O algoritmo de localização foi testado com base em dados reais, adquiridos no interior de um túnel rodoviário. Os resultados obtidos permitem concluir que, ao fundir medidas inerciais com informações visuais, conseguimos evitar o fenómeno de degeneração do factor de escala, comum nas aplicações de localização através de sistemas puramente monoculares. Provámos simultaneamente que a correcção de um sistema de localização inercial através da consideração de informações visuais é eficaz, pois permite suprimir os desvios de trajectória que caracterizam os sistemas de dead reckoning. O algoritmo de modelização, com base na localização estimada, organiza no espaço tridimensional os dados geométricos adquiridos, resultando deste processo um modelo em nuvem de pontos, que posteriormente _e convertido numa malha triangular, atingindo-se assim uma representação mais realista do cenário original.

Contribuição da fluorescência de Raios–X na avaliação e modelação de georrecursos

O presente estudo diz respeito a um trabalho de pesquisa no âmbito de uma Tese de Mestrado compreendida no segundo ciclo de estudos do curso de Engenharia Geotécnica e Geoambiente, realizado sobre a contribuição da Fluorescência de Raios – X (FRX) no Zonamento de Georrecursos, com particular ênfase para a utilização do instrumento portátil e de ferramentas tecnológicas de vanguarda, indispensáveis à prospecção e exploração dos recursos minerais, designadamente na interpretação e integração de dados de natureza geológica e na modelação de métodos de exploração e processamento /tratamento de depósitos minerais, assim como do respectivo controlo. Esta dissertação discute os aspectos fundamentais da utilização da técnica de Fluorescência de Raios-X (portátil, FRXP), quanto à sua possibilidade de aplicação e metodologia exigida, com vista à definição de zonas com características químicas análogas do georrecurso e que preencham as exigências especificadas para a utilização da matéria-prima, nas indústrias consumidoras. Foi elaborada uma campanha de recolha de amostras de calcário proveniente da pedreira do Sangardão, em Condeixa–a–Nova, que numa primeira fase teve como objectivo principal a identificação da composição química da área em estudo e o grau de precisão do aparelho portátil de FRX. Para além desta análise foram, também, realizadas análises granulométricas por peneiração e sedimentação por Raios-X a amostras provenientes das bacias de sedimentação e do material passado no filtro prensa. Validado o método de análise por FRXP, realizou-se uma segunda fase deste trabalho, que consistiu na elaboração de uma amostragem bastante significativa de pontos, onde se realizaram análises por FRXP, de forma a obter uma maior cobertura química da área em estudo e localizar os locais chave de exploração da matéria-prima. Para uma correcta leitura dos dados analisados recorreu-se a ferramentas aliadas às novas tecnologias, as quais se mostraram um importante contributo para uma boa gestão do georrecurso em avaliação, nomeadamente o “XLSTAT” e o “Surfer” para tratamento estatístico dos dados e modelação, respectivamente.

Feature selection for clustering categorical data with an embedded modelling approach

Research on the problem of feature selection for clustering continues to develop. This is a challenging task, mainly due to the absence of class labels to guide the search for relevant features. Categorical feature selection for clustering has rarely been addressed in the literature, with most of the proposed approaches having focused on numerical data. In this work, we propose an approach to simultaneously cluster categorical data and select a subset of relevant features. Our approach is based on a modification of a finite mixture model (of multinomial distributions), where a set of latent variables indicate the relevance of each feature. To estimate the model parameters, we implement a variant of the expectation-maximization algorithm that simultaneously selects the subset of relevant features, using a minimum message length criterion. The proposed approach compares favourably with two baseline methods: a filter based on an entropy measure and a wrapper based on mutual information. The results obtained on synthetic data illustrate the ability of the proposed expectation-maximization method to recover ground truth. An application to real data, referred to official statistics, shows its usefulness.

Sistema de visão para aterragem automática de UAV

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Projecto de avaliação de interfaces – PAI

Para obtenção do grau de Doutor pela Universidade de Vigo com menção internacional Departamento de Informática

BANMAC: an opportunistic MAC protocol for reliable communications in body area networks

We consider reliable communications in Body Area Networks (BAN), where a set of nodes placed on human body are connected using wireless links. In order to keep the Specific Absorption Rate (SAR) as low as possible for health safety reasons, these networks operate in low transmit power regime, which however, is known to be error prone. It has been observed that the fluctuations of the Received Signal Strength (RSS) at the nodes of a BAN on a moving person show certain regularities and that the magnitude of these fluctuations are significant (5 - 20 dB). In this paper, we present BANMAC, a MAC protocol that monitors and predicts the channel fluctuations and schedules transmissions opportunistically when the RSS is likely to be higher. The MAC protocol is capable of providing differentiated service and resolves co-channel interference in the event of multiple co-located BANs in a vicinity. We report the design and implementation details of BANMAC integrated with the IEEE 802.15.4 protocol stack. We present experimental data which show that the packet loss rate (PLR) of BANMAC is significantly lower as compared to that of the IEEE 802.15.4 MAC. For comparable PLR, the power consumption of BANMAC is also significantly lower than that of the IEEE 802.15.4. For co-located networks, the convergence time to find a conflict-free channel allocation was approximately 1 s for the centralized coordination mechanism and was approximately 4 s for the distributed coordination mechanism.

JamLab: augmenting sensornet testbeds with realistic and controlled interference generation

Radio interference drastically affects the performance of sensor-net communications, leading to packet loss and reduced energy-efficiency. As an increasing number of wireless devices operates on the same ISM frequencies, there is a strong need for understanding and debugging the performance of existing sensornet protocols under interference. Doing so requires a low-cost flexible testbed infrastructure that allows the repeatable generation of a wide range of interference patterns. Unfortunately, to date, existing sensornet testbeds lack such capabilities, and do not permit to study easily the coexistence problems between devices sharing the same frequencies. This paper addresses the current lack of such an infrastructure by using off-the-shelf sensor motes to record and playback interference patterns as well as to generate customizable and repeat-able interference in real-time. We propose and develop JamLab: a low-cost infrastructure to augment existing sensornet testbeds with accurate interference generation while limiting the overhead to a simple upload of the appropriate software. We explain how we tackle the hardware limitations and get an accurate measurement and regeneration of interference, and we experimentally evaluate the accuracy of JamLab with respect to time, space, and intensity. We further use JamLab to characterize the impact of interference on sensornet MAC protocols.

Quantifying the channel quality for interference-aware wireless sensor networks

Reliability of communications is key to expand application domains for sensor networks. SinceWireless Sensor Networks (WSN) operate in the license-free Industrial Scientific and Medical (ISM) bands and hence share the spectrum with other wireless technologies, addressing interference is an important challenge. In order to minimize its effect, nodes can dynamically adapt radio resources provided information about current spectrum usage is available. We present a new channel quality metric, based on availability of the channel over time, which meaningfully quantifies spectrum usage. We discuss the optimum scanning time for capturing the channel condition while maintaining energy-efficiency. Using data collected from a number of Wi-Fi networks operating in a library building, we show that our metric has strong correlation with the Packet Reception Rate (PRR). This suggests that quantifying interference in the channel can help in adapting resources for better reliability. We present a discussion of the usage of our metric for various resource allocation and adaptation strategies.

Entity localization and tracking: a sensor fusion-based mechanism in WSNs

Knowing exactly where a mobile entity is and monitoring its trajectory in real-time has recently attracted a lot of interests from both academia and industrial communities, due to the large number of applications it enables, nevertheless, it is nowadays one of the most challenging problems from scientific and technological standpoints. In this work we propose a tracking system based on the fusion of position estimations provided by different sources, that are combined together to get a final estimation that aims at providing improved accuracy with respect to those generated by each system individually. In particular, exploiting the availability of a Wireless Sensor Network as an infrastructure, a mobile entity equipped with an inertial system first gets the position estimation using both a Kalman Filter and a fully distributed positioning algorithm (the Enhanced Steepest Descent, we recently proposed), then combines the results using the Simple Convex Combination algorithm. Simulation results clearly show good performance in terms of the final accuracy achieved. Finally, the proposed technique is validated against real data taken from an inertial sensor provided by THALES ITALIA.

Quality-of-service in wireless sensor networks: state-of-the-art and future directions

Wireless sensor networks (WSNs) are one of today’s most prominent instantiations of the ubiquituous computing paradigm. In order to achieve high levels of integration, WSNs need to be conceived considering requirements beyond the mere system’s functionality. While Quality-of-Service (QoS) is traditionally associated with bit/data rate, network throughput, message delay and bit/packet error rate, we believe that this concept is too strict, in the sense that these properties alone do not reflect the overall quality-ofservice provided to the user/application. Other non-functional properties such as scalability, security or energy sustainability must also be considered in the system design. This paper identifies the most important non-functional properties that affect the overall quality of the service provided to the users, outlining their relevance, state-of-the-art and future research directions.

Add/drop filters based on SiC technology for optical interconnects

In this paper we demonstrate an add/drop filter based on SiC technology. Tailoring of the channel bandwidth and wavelength is experimentally demonstrated. The concept is extended to implement a 1 by 4 wavelength division multiplexer with channel separation in the visible range. The device consists of a p-i'(a-SiC:H)-n/p-i(a-Si: H)-n heterostructure. Several monochromatic pulsed lights, separately or in a polychromatic mixture illuminated the device. Independent tuning of each channel is performed by steady state violet bias superimposed either from the front and back sides. Results show that, front background enhances the light-to-dark sensitivity of the long and medium wavelength channels and quench strongly the others. Back violet background has the opposite behaviour. This nonlinearity provides the possibility for selective removal or addition of wavelengths. An optoelectronic model is presented and explains the light filtering properties of the add/drop filter, under different optical bias conditions.

Improving accuracy for OTD based 3G geolocation in real urban/suburban environments

This paper presents the recent research results about the development of a Observed Time Difference (OTD) based geolocation algorithm based on network trace data, for a real Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Network. The initial results have been published in [1], the current paper focus on increasing the sample convergence rate, and introducing a new filtering approach based on a moving average spatial filter, to increase accuracy. Field tests have been carried out for two radio environments (urban and suburban) in the Lisbon area, Portugal. The new enhancements produced a geopositioning success rate of 47% and 31%, and a median accuracy of 151 m and 337 m, for the urban and suburban environments, respectively. The implemented filter produced a 16% and 20% increase on accuracy, when compared with the geopositioned raw data. The obtained results are rather promising in accuracy and geolocation success rate. OTD positioning smoothed by moving average spatial filtering reveals a strong approach for positioning trace extracted events, vital for boosting Self-Organizing Networks (SON) over a 3G network.

Fractional-order impulse response of the respiratory system

This paper presents the measurement, frequency-response modeling and identification, and the corresponding impulse time response of the human respiratory impedance and admittance. The investigated adult patient groups were healthy, diagnosed with chronic obstructive pulmonary disease and kyphoscoliosis, respectively. The investigated children patient groups were healthy, diagnosed with asthma and cystic fibrosis, respectively. Fractional order (FO) models are identified on the measured impedance to quantify the respiratory mechanical properties. Two methods are presented for obtaining and simulating the time-domain impulse response from FO models of the respiratory admittance: (i) the classical pole-zero interpolation proposed by Oustaloup in the early 90s, and (ii) the inverse discrete Fourier Transform (DFT). The results of the identified FO models for the respiratory admittance are presented by means of their average values for each group of patients. Consequently, the impulse time response calculated from the frequency response of the averaged FO models is given by means of the two methods mentioned above. Our results indicate that both methods provide similar impulse response data. However, we suggest that the inverse DFT is a more suitable alternative to the high order transfer functions obtained using the classical Oustaloup filter. Additionally, a power law model is fitted on the impulse response data, emphasizing the intrinsic fractal dynamics of the respiratory system.