Estratégias de monitorização e automação de um SMB combinando simulação dinâmica em gProms e optimização em AMPL

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Controlo para minimização de perdas em canal de irrigação

A preocupação em aumentar a eficiência da utilização da água nos dias de hoje é cada vez maior. Pode-se observar que ao longo do tempo tem-se intensificando as campanhas de sensibilização para uma maior otimização no uso da água. Um dos grandes pontos de trabalho para uma melhor otimização do uso da água reside nos diversos canais de rega presentes em todo o mundo. Não só por serem um dos principais responsáveis do desperdício deste bem tão precioso, mas também por oferecer um desafio tremendo no estudo da sua otimização. Este trabalho surge, em linha com outros já realizados, como um meio para atingir esta tão desejada otimização da utilização da água. Por via do estabelecimento de uma rede de comunicação entre os intervenientes ativos na gestão da água em canais, as comportas, nesta dissertação foi desenvolvido uma estrutura de controlo distribuído que permitisse a negociação entre comportas vizinhas num modelo, em Simulink, de um canal de rega já existente - o canal experimental de Évora. No desenvolvimento desta nova estrutura de controlo são tidas em conta todas as variáveis físicas do canal, através da modelação do comportamento do canal pelas equações de Saint-Venant. Os resultados atingidos por esta dissertação demonstram uma real possibilidade do uso de estruturas de controlo distribuído, com negociação e coordenação entre comportas vizinhas, em canais de rega reais.

Janelas inteligentes com efeito de memória

Neste trabalho foi desenvolvido um controlador electrónico de potência capaz de actuar sobre a janela inteligente por forma a permitir a transição do estado opaco para o estado transparente. O controlador foi desenhado com o propósito de ser o único elemento necessário para o funcionamento das janelas inteligentes, evitando assim a utilização de uma parafernália de equipamentos isolados, ligados entre si, para executarem o mesmo propósito. A topologia utilizada para criar este controlador baseou-se num módulo rectificador AC/DC, seguido por um módulo Buck e terminado por um inversor do tipo Boost. Esta topologia permitiu que se alcançasse uma grande amplitude de tensões á saída, as quais variam entre os 0V e os 600V, necessárias para o desenvolvimento das janelas inteligentes. Esta solução foi pensada por forma a permitir, no futuro, o desenvolvimento de um controlador capaz de fazer a transição do estado transparente para opaco e a ligação ao software laboratorial LabView para recolha de dados e interpretação dos mesmos.

Plataforma smartphone para biossensores de espectroscopia de infravermelho próximo

O tema “Plataforma smartphone para biossensores de Espectroscopia de Infravermelho Próximo”, surge no âmbito da instrumentação médica, na área das BCI – Brain Computer Interfaces, devido à necessidade de encontrar um dispositivo portátil, de custo acessível e elevada performance que permita obter informação acerca da actividade neuronal do córtex motor no decorrer duma determinada tarefa. O objectivo do trabalho consiste no desenvolvimento duma sonda capaz de detectar as alterações hemodinâmicas que ocorrem no córtex, bem como toda a instrumentação inerente à aquisição do sinal e transmissão dos dados para um computador, a análise dos dados e por fim o desenvolvimento de uma aplicação em Android para visualização dos resultados. Foi desenvolvida uma banda para a cabeça, composta pela sonda NIRS: LEDs (Light-Emiting Diodes) de 940nm e 660nm e os respectivos fototransístores de detecção, bem como toda a electrónica de condicionamento do sinal captado. Num módulo à parte, alimentado por duas baterias de 9V, encontram-se os circuitos electrónicos onde é possível regular ganhos de amplificação e offsets. Os dados foram adquiridos pelo microcontrolador Arduíno Uno, usando uma taxa de amostragem de 50Hz em cada um dos dois canais utilizados. O controlo do Arduíno foi feito utilizando o LabVIEW. Para o processamento dos dados, visualização e cálculo das concentrações de oxi e desoxi-hemoglobina no sangue recorreu-se ao Matlab. O sistema foi calibrado com recurso a um oxímetro de pulso clínico usado em cinco indivíduos saudáveis. Finalmente o sistema foi testado ao colocar-se o sensor NIRS sobre o córtex motor esquerdo de nove indivíduos saudáveis destros, fazendo-se uma aquisição de dados durante dois minutos. Utilizou-se um paradigma de 10s de repouso seguido de 10s a abrir e fechar a mão. O sistema NIRS conseguiu medir as alterações que ocorrem nas concentrações de oxi e desoxi-hemoglobina devido à actividade motora de abrir e fechar a mão. Dado o princípio físico ser o mesmo do dos oxímetros convencionais, conseguiu-se ainda medir com sucesso a frequência cardíaca e a saturação percentual de oxigénio após a calibração do sensor. As medidas podem ser visualizadas numa aplicação desenvolvida para o Android. Os resultados sugerem que com esta abordagem, este tipo de dispositivo pode estar disponível a baixo custo quer para doentes quer para indivíduos saudáveis, por exemplo em aplicações de telemóvel.

Desenvolvimento de um modelo computacional para simulação de limitadores de corrente supercondutores indutivos

As redes do sistema de energia elétrica formam uma infraestrutura determinante para a qualidade da energia fornecida. À medida que os níveis de falha de corrente aumentam, surge um risco crescente de que tais falhas excedam a capacidade de proteção dos dispositivos energéticos, expondo as redes a danos muito dispendiosos. A tecnologia dos materiais supercondutores de alta temperatura possibilitou a criação de uma nova gama de limitadores de corrente, cujas características são consideravelmente vantajosas face aos dispositivos convencionais. Apesar da necessidade de um sistema criogénico, estes dispositivos operam de forma passiva, limitando eficazmente os picos de corrente e sem a interrupção do fornecimento de energia. Com este trabalho pretende-se desenvolver um modelo computacional, em Simulink, adequado à simulação de limitadores de corrente supercondutores do tipo indutivo (LCSi) de blindagem magnética, que possam ser utilizados na simulação de diferentes tipos de redes (com distintas cargas e fontes).

Espectroscopia ótica de emissão em descargas luminescentes anómalas para produção de filmes finos

O objetivo deste projeto é implementar e explorar um sistema de espectroscopia ótica de emissão para monitorizar e tentar correlacionar os espectros óticos de emissão da descarga produzida por mais que um cátodo com a composição de filmes finos com gradiente em profundidade obtidos por co-deposição utilizando dois cátodos magnetrão. O projeto foi desenvolvido Laboratório de Plasmas e Aplicações da Linha 2/CEFITEC. Numa primeira fase reativou-se o sistema de deposição de filmes binários (SIDEBI) e um dos cátodos magnetrão, para funcionar no modo de obtenção de filmes em codeposição com dois cátodos. O sistema foi reconfigurado, testado, detetando e corrigindo anomalias de funcionamento. Na segunda fase do projeto instalou-se o acoplamento da fibra ótica a câmara de vácuo. Para a aquisição dos espectros, adaptou-se um programa em LabView 13.0 de controlo simultâneo das fontes de tensão já existente, para que este possa controlar o espectrómetro ótico AvaSpec-3648-USB2 da Avantes e adquirir os espectros óticos de emissão da descarga obtida pelos cátodos. Na fase final dos trabalhos produziram-se filmes com gradiente de composição em profundidade e analisaram-se os espectros óticos obtidos em cada etapa da deposição para definir as linhas espectrais a serem monitorizadas e a sua relação com as taxas de deposição estimadas de cada metal. A composição dos filmes foi posteriormente analisada por RBS e os seus resultados comparados com os estimados a partir das curvas de calibração da potência da descarga em função das taxas de deposição dos materiais. O capítulo 1 apresenta uma introdução aos temas das descargas luminescentes anómalas, deposição catódica e espectroscopia ótica de emissão. No capítulo 2 são apresentados os diversos sistemas utilizados na realização do trabalho experimental. Numa primeira fase apresenta-se o sistema de deposição de filmes por pulverização catódica. Numa segunda fase são descritas as modificações efetuadas a este sistema de deposição necessárias para a implementação de um sistema de espectroscopia ótica de emissão. É também aqui descrito método de implementação deste sistema de espectroscopia e a sua constituição. O capítulo 3 descreve o método abordado para tratamento dos espectros de emissão obtidos nas descargas, e são apresentados os resultados obtidos e a respetiva análise. No capítulo 4 são apresentadas as conclusões referentes ao trabalho realizado.

Renewable energy system for an isolated micro grid

This paper presents the development of the power electronics needed for the interaction between the electrical generator of a wind turbine and an isolated ac micro grid. In this system there are basically two types of receptors for the energy produced by the wind turbine, which are the loads connected to the isolated micro grid and the batteries used to store energy. There are basically two states in which the system will work. One of the states is when there is enough wind power to supply the loads and the extra energy is used to charge the batteries. The other state is when there is low wind power and the batteries have to compensate the lack of power, so that the isolated micro grid has enough power to supply at least the priority loads. In this paper are presented the hardware and the control algorithm for the developed system. The topology was previously tested in computer simulations, using the software PSIM 9.0, and then validated with the implementation of a laboratory prototype.

Effect of the acoustic impedance in ultrasonic emitter transducers using digital modulations

In an underwater environment it is difficult to implement solutions for wireless communications. The existing technologies using electromagnetic waves or lasers are not very efficient due to the large attenuation in the aquatic environment. Ultrasound reveals a lower attenuation, and thus has been used in underwater long-distance communications. The much slower speed of acoustic propagation in water (about 1500 m/s) compared with that of electromagnetic and optical waves, is another limiting factor for efficient communication and networking. For high data-rates and real-time applications it is necessary to use frequencies in the MHz range, allowing communication distances of hundreds of meters with a delay of milliseconds. To achieve this goal, it is necessary to develop ultrasound transducers able to work at high frequencies and wideband, with suitable responses to digital modulations. This work shows how the acoustic impedance influences the performance of an ultrasonic emitter transducer when digital modulations are used and operating at frequencies between 100 kHz and 1 MHz. The study includes a Finite Element Method (FEM) and a MATLAB/Simulink simulation with an experimental validation to evaluate two types of piezoelectric materials: one based on ceramics (high acoustic impedance) with a resonance design and the other based in polymer (low acoustic impedance) designed to optimize the performance when digital modulations are used. The transducers performance for Binary Amplitude Shift Keying (BASK), On-Off Keying (OOK), Binary Phase Shift Keying (BPSK) and Binary Frequency Shift Keying (BFSK) modulations with a 1 MHz carrier at 125 kbps baud rate are compared.

Simulation of OWES with five-Level converter linked to the grid: Harmonic assessment

This paper deals with a computing simulation for an offshore wind energy system taking into account the influence of the marine waves action throughout the floating platform. The wind energy system has a variable-speed turbine equipped with a permanent magnet synchronous generator and a full-power five level converter, injecting energy into the electric grid through a high voltage alternate current link. A reduction on the unbalance of the voltage in the DC-link capacitors of the five-level converter is proposed by a strategic selection of the output voltage vectors. The model for the drive train of the wind energy system is a two mass model, including the dynamics of the floating platform. A case study is presented and the assessment of the quality of the energy injected into the electric grid is discussed.

Simulation of a rectifier malfunction on a offshore wind system with HVDC transmission

A new integrated mathematical model for the simulation of an offshore wind system having a rectifier input voltage malfunction at one phase is presented in this paper. The mathematical model considers an offshore variable-speed wind turbine on a floating platform, equipped with a permanent magnet synchronous generator using full-power three-level converter to inject energy into the electric network, through a high voltage direct current transmission submarine cable. The model for the drive train is a discrete three mass, incorporating the dynamic of the moving surface. A case study is presented to access conclusion about the malfunction.

Desenvolvimento e otimização do projeto mecatrónico para um Tribómetro Linear

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Dynamic modelling and analysis of hydraulic forces in radial blood pumps

Dissertação de mestrado integrado em Biomedical Engineering Biomaterials, Biomechanics and Rehabilitation

Desenvolvimento de um mecanismo automatizado de limpeza de uma grelha de uma barragem mini-hídrica

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

To determine if the ‘NIMBY’ phenomenon explains the slow progress of wind farm development or do institutional factors need to be taken in to consideration?

The threats posed by climate change are placing governments under increasing pressure to meet electricity demand from low carbon sources. Wind energy has been has been identified as one of the main technologies to help in meeting these demands. The public in general favour wind energy yet proposed targets for generation capacity lag behind proposed goals. The N IM B Y phenomenon has been suggested as one of the reasons why we are behind our wind generation capacity targets. It is a common mistake to take general support for granted and expect the public to support developments when confronted with them in their local area. In many cases it is not unheard of that governing bodies whether social, political, regulatory, environmental, or cultural can overrule general public support and halt developments. Motives to halt developments will vary depending on the institutional body involved. The problem with the term N IM B Y is that it is too basic a term to describe the broad spectrum of complex motives that various institutions including the public may have against a development. This research focuses on a case study where the developer had major problems with the local county council and its wind energy policies when he was erecting a wind turbine despite having gained planning permission. A survey questionnaire was also used as part o f the research to seek the perception a rural community had on wind energy. The research findings and results are discussed with respect to the literature review highlighting a general public support for wind energy and the influence institutional bodies have over the progress of developments.