Controlo de conversores de eletrónica de potência para integração com SMES na melhoria da qualidade de energia elétrica

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

Avaliação do potencial da produção de energia elétrica através de resíduos urbanos em Portugal Continental. Horizonte Temporal 2014-2020

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil de Gestão de Sistemas Ambientais

Desenvolvimento experimental e simulação numérica em soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica

A soldadura por fricção linear (SFL) é um processo de ligação no estado sólido com capacidade para soldar materiais dissimilares e ligas metálicas de baixa soldabilidade. Contudo, nas juntas soldadas com uma configuração topo-a-topo é possível o aparecimento de defeitos na raiz do cordão, nomeadamente, de falta de penetração e de alinhamentos de óxidos. Estes defeitos são responsáveis pela diminuição da resistência mecânica das juntas, sobretudo quando sujeitas a esforços de fadiga. Existem variantes do processo para eliminar este tipo de defeitos, no entanto, verificam-se algumas dificuldades tecnológicas e a competitividade do processo é afetada. No âmbito deste trabalho desenvolveu-se uma variante do processo designado soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica (SFLAE). Esta variante consiste em introduzir uma corrente elétrica de elevada intensidade na zona da raiz do cordão, por forma a que o calor gerado por efeito de Joule aqueça o material e aumente o fluxo visco-plástico nessa zona, tendo em vista atenuar ou eliminar os defeitos na raiz. Foram concebidas e produzidas ferramentas de SFL dedicadas, melhorado um modelo analítico do processo, realizadas simulações numéricas para permitir compreender alguns fenómenos físicos envolvidos no processo, e realizados ensaios experimentais de validação. A análise aos cordões permitiu observar uma diminuição da espessura dos defeitos na raiz em três ensaios realizados na liga AA1100 e AA6084-T6 usando intensidades de corrente de 300 A. Dos resultados de microdureza e de medição de condutividade elétrica é possível concluir que a microestrutura do material não é significativamente alterada pela passagem de corrente elétrica.

Contributo para a avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido em digestores anaeróbios a frio para a produção de energia elétrica

Numa sociedade com elevado consumo energético a escassez de combustíveis fósseis é cada vez mais preocupante, assim como a poluição atmosférica resultante da sua utilização, há portanto uma necessidade crescente de recorrer a energias renováveis. A digestão anaeróbia de lamas é um processo de estabilização de lamas, que é vulgarmente utilizado nas ETAR e tem como produtos finais lama digerida e biogás. Dadas as características do biogás é possível ser utilizado para produção de energia. Neste âmbito, a presente dissertação aborda teoricamente a digestão anaeróbia, o biogás e as tecnologias de produção de energia. Tem como primeiro objetivo a avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido nos digestores anaeróbios para produção de energia elétrica em casos de estudo específicos, mais concretamente nas ETAR de Fernão Ferro e Zona Industrial da Autoeuropa, tendo-se concluído que o aproveitamento estudado não se demonstrou viável. Um segundo objetivo é a comparação entre o funcionamento da digestão anaeróbia de lamas das ETAR de Fernão Ferro, Zona Industrial da Autoeuropa, Quinta do Conde, Seixal e Sesimbra (cinco casos de estudo). A proposta de uma folha de cálculo como contributo para avaliação da viabilidade do aproveitamento do biogás produzido em digestores anaeróbios a frio, idêntica à utilizada para a avaliação nas ETAR de Fernão Ferro e Zona Industrial da Autoeuropa, constitui o terceiro objectivo desta dissertação. Pretende-se que esta ferramenta seja abrangente e versátil com um propósito de ser utilizada como guia de cálculo aplicável a qualquer caso de digestão anaeróbia a frio para venda da energia elétrica. A referida folha de cálculo é estruturada por Condições de Exploração, Custos de Investimento, Custos de Operação/Manutenção e Balanço Económico.

Desenvolvimento e aplicação do algoritmo enxame de partículas na determinação da máxima injeção nodal em redes de energia elétrica

O objetivo desta dissertação é a determinação da máxima injeção nodal numa rede de energia elétrica, ou seja, qual o valor total máximo de potência ativa que é possível injetar e qual a sua distribuição pelos diversos nós da rede simultaneamente. Determinámos esta máxima injeção nodal em duas situações distintas: injeção não simultânea, injetando potência em um só nó de cada vez e injeção simultânea, injetando potência em todos os nós da rede simultaneamente. Sendo este um problema de natureza combinatória, utilizámos para esta determinação o algoritmo conhecido como nuvem ou enxame de partículas, adaptando-o ao nosso problema. Desenvolvemos o software na linguagem de programação Python utilizando o ambiente Eclipse. Para resolver o trânsito de energia utilizámos o programa PSSE University.Para os exemplos de aplicação utilizámos duas redes de energia elétrica, uma de 6 e outra de 14 barramentos. Estas redes foram baseadas nas redes IEEE 6 BUS e IEEE 14 BUS respetivamente. Concluímos que o algoritmo nuvem ou enxame de partículas cumpriu o objetivo traçado, obtendo as melhores soluções para cada um dos casos, máxima injeção nodal não simultânea e máxima injeção nodal simultânea. No contexto deste problema, o parâmetro chave do algoritmo, comprovado pelos ensaios feitos, é a velocidade máxima de deslocação das partículas, tomando valores típicos de 7 a 10 para a rede de 6 barramentos e de 20 a 25 para a de 14 barramentos.

Paradigmas construtivos da máquina elétrica de relutância comutada: aplicação em regime de baixas velocidades. Aproveitamentos de energias renováveis

A máquina elétrica de relutância comutada (MERC) é, inerentemente, um conversor eletromecânico de velocidade variável, facilmente controlado através dos instantes de excitação e desexcitação do circuito magnético partilhado pelas fases. A sua robustez e simplicidade construtiva (só enrolamentos concentrados no estator), flexibilidade de controlo, bom rendimento numa gama alargada de velocidades, a sua fiabilidade e tolerância a defeitos fazem desta máquina uma opção válida para sistemas de conversão de energia caraterizados por baixas velocidades. A tendência crescente de instalar turbinas eólicas em offshore, para além dos desafios económicos e tecnológicos que levanta, torna a fiabilidade e a tolerância a defeitos, requisitos de vital importância. Neste contexto, a potencial aplicação da MERC a geradores eólicos sem recurso a caixa de velocidades, já que esta penaliza o custo, o volume e a fiabilidade do sistema, serviu de motivação a este trabalho. Nesta dissertação apresentam-se, numa perspetiva comparativa, diferentes paradigmas construtivos da MERC para o funcionamento gerador em regime de baixas velocidades, caraterístico dos aproveitamentos de energias renováveis. Para o efeito, formularam-se leis de escala apropriadas a análises dimensionais de topologias diferenciadas pelas caraterísticas dos circuitos elétrico e magnético e do seu posicionamento relativo. Estes modelos de escala permitiram introduzir constrangimentos físicos e dos materiais que condicionam o projeto da máquina, como a saturação magnética e limites de temperatura. Das análises dimensionais e validação com elementos finitos, elegeu-se uma estrutura magnética modular com caminhos de fluxo curtos que foi comparada com um protótipo de MERC regular, previsto para equipar um gerador eólico. Quando comparadas as duas topologias, assumindo dimensões idênticas, a modular apresentou um significativo ganho de potência específica mantendo bons níveis de rendimento. Pretende-se assim alargar a discussão do projeto das MERC, geralmente confinado a topologias regulares, a um contexto mais abrangente que inclua novos paradigmas construtivos.

Previsão de produção de energia elétrica através de fontes de energia renováveis

A capacidade de prever precisamente a produção de energia renovável é extremamente relevante tanto do ponto de vista económico como para controlo da estabilidade da rede elétrica. Para tal, é necessário realizar uma previsão das condições meteorológicas adjacentes à produção de energia a partir de fontes de energia renovável. Vários modelos de previsão têm sido utilizados para este fim, desde modelos atmosféricos a modelos estatísticos, onde se destacam métodos como Redes Neuronais Artificiais ou a Metodologia de Box & Jenkins. Lidar com dados meteo-rológicos pode revelar algumas complicações devido à possível instabilidade das medições, com-plicando o desenvolvimento de um modelo de previsão adequado. Neste trabalho pretende-se realizar a previsão de produção a partir de uma instalação fotovoltaica e um gerador eólico através do uso da Metodologia de Box & Jenkins para desenvolver um modelo capaz de realizar a previsão das condições meteorológicas para diferentes horizontes temporais medidos no topo do edifício do Departamento de Engenharia Eletrotécnica (DEE) da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade Nova de Lisboa (UNL), e usando esses valores para calcular a produção de energia. Os resultados obtidos revelaram um bom desempenho quando comparados os resultados previstos com os resultados reais para o mesmo período de tempo, garantindo que podem ser utilizados para calcular a previsão de potência produzida através das instalações presentes no local e encorajando novos estudos no tema.

Contratos bilaterais em mercados de energia elétrica multiagente: protocolo de rede de contratos

O setor elétrico tem assistido a mudanças profundas na sua estrutura e organização, devido à sua liberalização, o que levou a uma maior competitividade nos mercados de energia elétrica. Uma gestão eficiente dos mercados de energia torna-se cada vez mais uma prioridade devido aos riscos que estes podem apresentar, aliado à elevada volatilidade dos preços e volumes nos diferentes períodos horários (incertezas na produção e consumo). A liberalização do setor elétrico levou à criação de simuladores computacionais com o objetivo de representarem os mercados de energia e as entidades nele representados. Estes são uma ferramenta essencial no apoio e compreensão do funcionamento dos mercados. A presente dissertação tem como objetivo principal desenvolver um simulador de apoio à decisão na negociação de contratos bilaterais baseado no protocolo de rede de contratos. O simulador foi analisado e testado com recurso a um caso prático envolvendo quatro comercializadores (retalhistas) e um consumidor industrial real (fábrica KERION Ceramics) do distrito de Aveiro. Foi efetuada uma análise à fábrica com o intuito de identificar e propor mediadas de eficiência energética. Foi também simulada a negociação de um novo contrato, com vista à redução dos custos energéticos da fábrica. Os resultados obtidos permitem concluir que o simulador desenvolvido é uma ferramenta importante no apoio à negociação de contratos bilaterais e, mais importante, que o consumidor industrial KERION Ceramics pode beneficiar com a negociação de um novo contrato.

Desenvolvimento de um BMS para aplicações de mobilidade elétrica

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores

Efeitos da estimulação com corrente elétrica contínua pulsátil sobre as propriedades eletrofisiológicas atriais: estudo experimental da fibrilação atrial em cães

OBJETIVO: Avaliar se a estimulação atrial com corrente elétrica contínua pulsátil induz fibrilação atrial e os seus efeitos sobre as propriedades eletrofisiológicas atriais e as alterações histológicas atriais. MÉTODOS: Foram submetidos à toracotomia lateral direita 22 cães e implantados eletrodos de marcapasso no sulcus terminalis (ST), apêndice atrial direito (ADb) e na região póstero-inferior do átrio esquerdo (AE); um par de eletrodos foi suturado na auriculeta direita para estimulação com bateria alcalina de 9 Volts conectada a uma sistema (LM 555) que transforma a energia contínua linear da bateria em corrente contínua pulsátil, durante 60 min. A biópsia epicárdica atrial foi realizada antes e após a estimulação atrial. RESULTADOS: Não foram observadas diferenças nas durações dos períodos refratários efetivos atriais. Os tempos de condução intra-atrial, interatrial, bem como dos extra-estímulos atriais também prolongaram-se. A duração dos eletrogramas atriais prolongou-se durante ritmo sinusal e estimulação atrial programada; em 68% dos cães a fibrilação atrial foi induzida e sustentou-se. Foram observados edema intersticial e bandas de contração celular no subepicárdio à microscopia óptica, e intensa desorganização miofibrilar e aumento do tamanho das mitocôndrias à microscopia eletrônica. CONCLUSÃO: Esta técnica de estimulação atrial induz fibrilação atrial e provoca modificações atriais que aumentam sua vulnerabilidade para o surgimento de fibrilação atrial.

Cardioversão elétrica e lesão miocárdica: avaliação pelos novos marcadores de injúria cardíaca

OBJETIVO: Avaliar, através da evolução dos novos marcadores bioquímicos de injúria cardíaca, se a cardioversão elétrica (CVE) causa lesão miocárdica. MÉTODOS: Foram avaliados 76 pacientes (P) submetidos a CVE eletiva de fibrilação atrial ou flutter atrial. Medidas de creatinafosfoquinase (CPK), CKMB-atividade e dosagem de CKMB-massa (M), mioglobina e troponina I cardíaca (cTnI) foram determinadas antes e após 6 e 24 horas da CVE. RESULTADOS: A CVE resultou um sucesso em 58 P (76,3%). A carga cumulativa (CC) foi de até 350 joules (J) em 36 P, de 500 a 650 J em 20 P e de 900 a 960 J em 20 P, com energia média aplicada de 493 J (± 309). A cTnI permaneceu dentro da normalidade nos 76 P. Com o aumento da CC, ocorreu elevação de CPK (> valor de p = 0,007), CKMB-atividade (> valor de p = 0,002), CKMB-M (> valor de p = 0,03) e mioglobina (> valor de p = 0,015). Correlação positiva foi observada entre a CC e picos de CPK (r = 0,660; p < 0,001), CKMB-atividade (r = 0,429; p < 0,0001), CKMB-M (r = 0,265; p = 0,02) e mioglobina (r = 0,684; p < 0,0001). Correlação também positiva ocorreu entre o número de choques e picos de CPK (r = 0,770; p < 0,001), CKMB-atividade (r = 0,642; p < 0,0001), CKMB-M (r = 0,430; p < 0,0001) e mioglobina (r = 0,745; p < 0,0001). CONCLUSÃO: A CVE não causa lesão miocárdica detectável pela dosagem da cTnI. Elevações de CPK, CKMB-atividade, CKMB-M e mioglobina são decorrentes de lesão do músculo esquelético, estando correlacionadas positivamente com a CC aplicada ou com o número de choques.

Ativação elétrica ventricular na ressincronização cardíaca caracterizada pelo mapeamento eletrocardiográfico de superfície

OBJETIVOS: Avaliar a ativação elétrica cardíaca usando Mapeamento Eletrocardiográfico de Superfície (MES), em pacientes com ICC e bloqueio de ramo esquerdo [BRE] submetidos a terapia de ressincronização cardíaca (CRT) com implante de marca-passo átrio-biventricular (MP-BIV). MÉTODOS: Foram analisados os tempos médios de ativação elétrica cardíaca no ventrículo direito (tempo médio de ativação do VD [mVD]), área ântero-septal (mAS), e ventrículo esquerdo (mVE), de 28 pacientes (idade média 61,2±9,5 anos, ICC classe III-IV NYHA, fração de ejeção <40%, BRE com QRS médio 181,2±19,4ms, SÂQRS= -8,5º±68,6º), mostrados nos mapas de linhas isócronas do MES, antes e após implante de marca-passo átrio-biventricular, e comparados a valores obtidos em um grupo controle composto de indivíduos normais [GNL], em três situações: (1) BRE nativo, (2) estimulação do VD; e (3) estimulação átrio-biventricular. RESULTADOS: situação (1): mVD e mAS foram semelhantes (41,0±11,8ms x 43,6±13,4ms), com mVE tardio (81,0±12,5ms, p<0,01) perdendo o sincronismo com o VD e a área ântero-septal; situação (2): mVD foi maior que no GNL (86,8±22,9ms, p<0,001), com maior diferença entre mAS e mVE (63,4±20,7ms x 102,7±20,3ms; p<0,001); situação (3): mVE e mVD foram semelhantes (72,0±32,0ms x 71,6±32,3ms), mVD foi maior que no GNL e BRE nativo (71,6±32,3ms x 35,1±10,9ms e 41,0±11,8ms; p<0,001), mAS se aproximou do GNL e BRE nativo (51,3±32,8ms x 50,1±11,4ms e 43,6±13,4ms). CONCLUSÃO: Pelo mapeamento eletrocardiográfico de superfície, tempos de ativação semelhantes no VD e VE e próximos daqueles da região ântero-septal indicam padrões de ativação ventricular sincronizada em portadores de ICC e BRE durante estimulação átrio-biventricular.

Remodelagem atrial elétrica reversa após cardioversão de fibrilação atrial isolada de longa duração

FUNDAMENTO: A fibrilação atrial (FA) isolada promove mudanças eletrofisiológicas, chamadas de "remodelamento elétrico", facilitando sua recorrência e manutenção. Há evidência de que o processo de remodelamento seja reversível após a recuperação do ritmo sinusal (RS). Entretanto, o momento para a recuperação das propriedades eletrofisiológicas ainda não foi definido. OBJETIVO: O objetivo desse estudo foi avaliar a ativação elétrica atrial usando o eletrocardiograma de alta resolução de onda P (P-ECGAR) pós-cardioversão da FA de longa duração, concentrando-se no processo de remodelamento reverso para identificar o momento da estabilização do processo. MÉTODOS: Indivíduos com FA isolada persistente, candidatos à cardioversão com conversão bem-sucedida ao RS, foram incluídos no estudo. A P-ECGAR foi realizada imediatamente após a reversão ao ritmo sinusal e repetida após 7 e 30 dias. RESULTADOS: Dentre os 31 indivíduos, 9 apresentaram recorrência precoce da FA, todos nos primeiros 7 dias após a cardioversão, e 22 permaneceram em RS por pelo menos um mês; o ECGAR foi obtido no sétimo e no trigésimo dias após a cardioversão. No 30º dia, a duração da onda P progressivamente diminuiu do primeiro para o terceiro ECGAR (duração da onda P: 185,5±41,9 m/s vs 171,7±40,5 m/s vs 156,7±34,9 m/s, respectivamente, 1º, 2º e 3º ECGAR; p<0,001 para todas as comparações). Na análise de domínio de frequência, a turbulência espectral não foi aparente no ECGAR imediatamente após a cardioversão, mas aumentou de forma aguda no 7º dia e permaneceu inalterada no 30º dia. CONCLUSÃO: O presente estudo sugere que os primeiros sete dias pós-cardioversão, após FA de longa duração, são críticos para o processo de remodelamento reverso e recorrência da arritmia.

Estimulação elétrica nervosa transcutânea de curta duração no pós-operatório de cirurgia cardíaca

FUNDAMENTO: A força muscular respiratória tem sido relacionada com a evolução no pós-operatório de cirurgia cardíaca. A estimulação elétrica nervosa transcutânea (TENS) tem como principal finalidade terapêutica documentada a redução da dor; beneficio esse que poderia produzir benefícios secundários na força muscular respiratória e, consequentemente, nos volumes e capacidades pulmonares. OBJETIVOS: O presente trabalho procurou avaliar a efetividade da estimulação elétrica nervosa transcutânea (TENS) de curta duração para redução da dor e possíveis interferências e na força muscular respiratória, volumes e capacidade pulmonar em pacientes no pós-operatório de cirurgia cardíaca. MÉTODOS: Vinte e cinco pacientes com idade média de 59,9±10,3 anos, sendo 72% homens, homogêneos quanto a peso e altura, foram aleatoriamente alocados em dois grupos. Um grupo recebeu a TENS tratamento (n=13) e outro, a TENS placebo (n=12), por período de quatro horas, no terceiro dia do pós-operatório de cirurgia cardíaca, avaliando a dor a partir da escala visual analógica, força muscular respiratória pelas pressões respiratórias máximas, volumes e capacidade pulmonar antes e após a aplicação da TENS. RESULTADOS: A TENS de curta duração reduziu a dor de pacientes no período pós-operatório de forma significativa (p<0,001). A força muscular respiratória (p<0,001), o volume corrente (p<0,001) e a capacidade vital (p<0,05) após a TENS tratamento demonstraram melhora significativa, alterações que não ocorreram no grupo placebo. CONCLUSÃO: A TENS de curta duração mostrou-se efetiva para redução da dor, melhora da força muscular respiratória, volumes e capacidade pulmonar.