Energy harvesting from hydroelectric systems for remote sensors

Hydroelectric systems are well-known for large scale power generation. However, there are virtually no studies on energy harvesting with these systems to produce tens or hundreds of milliwatts. The goal of this work was to study which design parameters from large-scale systems can be applied to small-scale systems. Two types of hydro turbines were evaluated. The first one was a Pelton turbine which is suitable for high heads and low flow rates. The second one was a propeller turbine used for low heads and high flow rates. Several turbine geometries and nozzle diameters were tested for the Pelton system. For the propeller, a three-bladed turbine was tested for different heads and draft tubes. The mechanical power provided by these turbines was measured to evaluate the range of efficiencies of these systems. A small three-phase generator was developed for coupling with the turbines in order to evaluate the generated electric power. Selected turbines were used to test battery charging with hydroelectric systems and a comparison between several efficiencies of the systems was made. Keywords

Energy harvesting from hydroelectric systems for remote sensors

Hydroelectric systems are well-known for large scale power generation. However, there are virtually no studies on energy harvesting with these systems to produce tens or hundreds of milliwatts. The goal of this work was to study which design parameters from large-scale systems can be applied to small-scale systems. Two types of hydro turbines were evaluated. The first one was a Pelton turbine which is suitable for high heads and low flow rates. The second one was a propeller turbine used for low heads and high flow rates. Several turbine geometries and nozzle diameters were tested for the Pelton system. For the propeller, a three-bladed turbine was tested for different heads and draft tubes. The mechanical power provided by these turbines was measured to evaluate the range of efficiencies of these systems. A small three-phase generator was developed for coupling with the turbines in order to evaluate the generated electric power. Selected turbines were used to test battery charging with hydroelectric systems and a comparison between several efficiencies of the systems was made. Keywords

Performance and quality of wood in a clone of Eucalyptus in monoculture and silvipastoral system.

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar e comparar o desempenho e as variações na qualidade da madeirade árvores de eucalipto implantadas em sistema silvipastoril e em monocultivo. Os dados foram coletados em 13 árvores amostras aos 36 meses de idade, selecionadas em função do intervalo de confiança da média dos diâmetros a altura do peito (DAP), e da posição das árvores na faixa de plantio no sistema silvipastoril, com face de exposição sul, norte e central. Foram avaliadas as variáveis DAP, altura total e altura comercial, volume e conicidade do tronco, densidade básica e deslocamento da medula. Concluiu-se que no sistema silvipastoril as árvores apresentaram maior DAP, menor altura total e maior conicidade do tronco que no monocultivo. O DAP não diferiu em relação à posição na faixa de plantio, porém as árvores com face de exposição norte foram mais baixas e cônicas. A densidade básica e o deslocamento da medula não foram influenciados pelo sistema de cultivo.

Interoperability Challenges in Internet of Things Systems: a Service-Oriented Computing Approach

Internet of Things systems are pervasive systems evolved from cyber-physical to large-scale systems. Due to the number of technologies involved, software development involves several integration challenges. Among them, the ones preventing proper integration are those related to the system heterogeneity, and thus addressing interoperability issues. From a software engineering perspective, developers mostly experience the lack of interoperability in the two phases of software development: programming and deployment. On the one hand, modern software tends to be distributed in several components, each adopting its most-appropriate technology stack, pushing programmers to code in a protocol- and data-agnostic way. On the other hand, each software component should run in the most appropriate execution environment and, as a result, system architects strive to automate the deployment in distributed infrastructures. This dissertation aims to improve the development process by introducing proper tools to handle certain aspects of the system heterogeneity. Our effort focuses on three of these aspects and, for each one of those, we propose a tool addressing the underlying challenge. The first tool aims to handle heterogeneity at the transport and application protocol level, the second to manage different data formats, while the third to obtain optimal deployment. To realize the tools, we adopted a linguistic approach, i.e.\ we provided specific linguistic abstractions that help developers to increase the expressive power of the programming language they use, writing better solutions in more straightforward ways. To validate the approach, we implemented use cases to show that the tools can be used in practice and that they help to achieve the expected level of interoperability. In conclusion, to move a step towards the realization of an integrated Internet of Things ecosystem, we target programmers and architects and propose them to use the presented tools to ease the software development process.

Absorptive quantum measurements via coherently coupled quantum dots

We propose an absorptive measurement scheme via coupled quantum dots based on studies of the quantum dynamics of coherently coupled dots. The system is described through a Markov master equation that is related to a measurable quantity, the current. We analyse the measurement configuration and calculate the correlations and noise spectra beyond the adiabatic approximation.

Simulated annealing metaheuristic to solve the optimal power flow

The optimal power flow problem has been widely studied in order to improve power systems operation and planning. For real power systems, the problem is formulated as a non-linear and as a large combinatorial problem. The first approaches used to solve this problem were based on mathematical methods which required huge computational efforts. Lately, artificial intelligence techniques, such as metaheuristics based on biological processes, were adopted. Metaheuristics require lower computational resources, which is a clear advantage for addressing the problem in large power systems. This paper proposes a methodology to solve optimal power flow on economic dispatch context using a Simulated Annealing algorithm inspired on the cooling temperature process seen in metallurgy. The main contribution of the proposed method is the specific neighborhood generation according to the optimal power flow problem characteristics. The proposed methodology has been tested with IEEE 6 bus and 30 bus networks. The obtained results are compared with other wellknown methodologies presented in the literature, showing the effectiveness of the proposed method.

Modelação e simulação de sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos produzem energia eléctrica limpa, e inesgotável na nossa escala temporal. A Agência Internacional de Energia encara a tecnologia fotovoltaica como uma das mais promissoras, esperando nas suas previsões mais optimistas, que em 2050 possa representar 20% da produção eléctrica mundial, o equivalente a 18000 TWh. No entanto, e apesar do desenvolvimento notável nas últimas décadas, a principal condicionante a uma maior proliferação destes sistemas é o ainda elevado custo, aliado ao seu fraco desempenho global. Apesar do custo e ineficiência dos módulos fotovoltaicos ter vindo a diminuir, o rendimento dos sistemas contínua dependente de factores externos sujeitos a grande variabilidade, como a temperatura e a irradiância, e às limitações tecnológicas e falta de sinergia dos seus equipamentos constituintes. Neste sentido procurou-se como objectivo na elaboração desta dissertação, avaliar o potencial de optimização dos sistemas fotovoltaicos recorrendo a técnicas de modelação e simulação. Para o efeito, em primeiro lugar foram identificados os principais factores que condicionam o desempenho destes sistemas. Em segundo lugar, e como caso prático de estudo, procedeu-se à modelação de algumas configurações de sistemas fotovoltaicos, e respectivos componentes em ambiente MatlabTM/SimulinkTM. Em seguida procedeu-se à análise das principais vantagens e desvantagens da utilização de diversas ferramentas de modelação na optimização destes sistemas, assim como da incorporação de técnicas de inteligência artificial para responder aos novos desafios que esta tecnologia enfrentará no futuro. Através deste estudo, conclui-se que a modelação é não só um instrumento útil para a optimização dos actuais sistemas PV, como será, certamente uma ferramenta imprescindível para responder aos desafios das novas aplicações desta tecnologia. Neste último ponto as técnicas de modelação com recurso a inteligência artificial (IA) terão seguramente um papel preponderante. O caso prático de modelação realizado permitiu concluir que esta é igualmente uma ferramenta útil no apoio ao ensino e investigação. Contudo, convém não esquecer que um modelo é apenas uma aproximação à realidade, devendo recorrer-se sempre ao sentido crítico na interpretação dos seus resultados.

Projecto, optimização e gestão de redes MAIS

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Aspectos de aprendizagem em optimização

A optimização e a aprendizagem em Sistemas Multi-Agente são consideradas duas áreas promissoras mas relativamente pouco exploradas. A optimização nestes ambientes deve ser capaz de lidar com o dinamismo. Os agentes podem alterar o seu comportamento baseando-se em aprendizagem recente ou em objectivos de optimização. As estratégias de aprendizagem podem melhorar o desempenho do sistema, dotando os agentes da capacidade de aprender, por exemplo, qual a técnica de optimização é mais adequada para a resolução de uma classe particular de problemas, ou qual a parametrização é mais adequada em determinado cenário. Nesta dissertação são estudadas algumas técnicas de resolução de problemas de Optimização Combinatória, sobretudo as Meta-heurísticas, e é efectuada uma revisão do estado da arte de Aprendizagem em Sistemas Multi-Agente. É também proposto um módulo de aprendizagem para a resolução de novos problemas de escalonamento, com base em experiência anterior. O módulo de Auto-Optimização desenvolvido, inspirado na Computação Autónoma, permite ao sistema a selecção automática da Meta-heurística a usar no processo de optimização, assim como a respectiva parametrização. Para tal, recorreu-se à utilização de Raciocínio baseado em Casos de modo que o sistema resultante seja capaz de aprender com a experiência adquirida na resolução de problemas similares. Dos resultados obtidos é possível concluir da vantagem da sua utilização e respectiva capacidade de adaptação a novos e eventuais cenários.

High-level Petri nets modules for embedded controllers design

Modular design is crucial to manage large-scale systems and to support the divide-and-conquer development approach. It allows hierarchical representations and, therefore, one can have a system overview, as well as observe component details. Petri nets are suitable to model concurrent systems, but lack on structuring mechanisms to support abstractions and the composition of sub-models, in particular when considering applications to embedded controllers design. In this paper we present a module construct, and an underlying high-level Petri net type, to model embedded controllers. Multiple interfaces can be declared in a module, thus, different instances of the same module can be used in different situations. The interface is a subset of the module nodes, through which the communication with the environment is made. Module places can be annotated with a generic type, overridden with a concrete type at instance level, and constants declared in a module may have a new value in each instance.

Enhancing Agent Mediated Electronic Markets with Ontology Matching Services and Social Network Support

Os Mercados Eletrónicos atingiram uma complexidade e nível de sofisticação tão elevados, que tornaram inadequados os modelos de software convencionais. Estes mercados são caracterizados por serem abertos, dinâmicos e competitivos, e constituídos por várias entidades independentes e heterogéneas. Tais entidades desempenham os seus papéis de forma autónoma, seguindo os seus objetivos, reagindo às ocorrências do ambiente em que se inserem e interagindo umas com as outras. Esta realidade levou a que existisse por parte da comunidade científica um especial interesse no estudo da negociação automática executada por agentes de software [Zhang et al., 2011]. No entanto, a diversidade dos atores envolvidos pode levar à existência de diferentes conceptualizações das suas necessidades e capacidades dando origem a incompatibilidades semânticas, que podem prejudicar a negociação e impedir a ocorrência de transações que satisfaçam as partes envolvidas. Os novos mercados devem, assim, possuir mecanismos que lhes permitam exibir novas capacidades, nomeadamente a capacidade de auxiliar na comunicação entre os diferentes agentes. Pelo que, é defendido neste trabalho que os mercados devem oferecer serviços de ontologias que permitam facilitar a interoperabilidade entre os agentes. No entanto, os humanos tendem a ser relutantes em aceitar a conceptualização de outros, a não ser que sejam convencidos de que poderão conseguir um bom negócio. Neste contexto, a aplicação e exploração de relações capturadas em redes sociais pode resultar no estabelecimento de relações de confiança entre vendedores e consumidores, e ao mesmo tempo, conduzir a um aumento da eficiência da negociação e consequentemente na satisfação das partes envolvidas. O sistema AEMOS é uma plataforma de comércio eletrónico baseada em agentes que inclui serviços de ontologias, mais especificamente, serviços de alinhamento de ontologias, incluindo a recomendação de possíveis alinhamentos entre as ontologias dos parceiros de negociação. Este sistema inclui também uma componente baseada numa rede social, que é construída aplicando técnicas de análise de redes socias sobre informação recolhida pelo mercado, e que permite melhorar a recomendação de alinhamentos e auxiliar os agentes na sua escolha. Neste trabalho são apresentados o desenvolvimento e implementação do sistema AEMOS, mais concretamente: • É proposto um novo modelo para comércio eletrónico baseado em agentes que disponibiliza serviços de ontologias; • Adicionalmente propõem-se o uso de redes sociais emergentes para captar e explorar informação sobre relações entre os diferentes parceiros de negócio; • É definida e implementada uma componente de serviços de ontologias que é capaz de: • o Sugerir alinhamentos entre ontologias para pares de agentes; • o Traduzir mensagens escritas de acordo com uma ontologia em mensagens escritas de acordo com outra, utilizando alinhamentos previamente aprovados; • o Melhorar os seus próprios serviços recorrendo às funcionalidades disponibilizadas pela componente de redes sociais; • É definida e implementada uma componente de redes sociais que: • o É capaz de construir e gerir um grafo de relações de proximidade entre agentes, e de relações de adequação de alinhamentos a agentes, tendo em conta os perfis, comportamento e interação dos agentes, bem como a cobertura e utilização dos alinhamentos; • o Explora e adapta técnicas e algoritmos de análise de redes sociais às várias fases dos processos do mercado eletrónico. A implementação e experimentação do modelo proposto demonstra como a colaboração entre os diferentes agentes pode ser vantajosa na melhoria do desempenho do sistema e como a inclusão e combinação de serviços de ontologias e redes sociais se reflete na eficiência da negociação de transações e na dinâmica do mercado como um todo.

Kalman tracking linear predictor for vowel intelligibility enhancement on european portuguese HMM based speech synthesis

The recent developments on Hidden Markov Models (HMM) based speech synthesis showed that this is a promising technology fully capable of competing with other established techniques. However some issues still lack a solution. Several authors report an over-smoothing phenomenon on both time and frequencies which decreases naturalness and sometimes intelligibility. In this work we present a new vowel intelligibility enhancement algorithm that uses a discrete Kalman filter (DKF) for tracking frame based parameters. The inter-frame correlations are modelled by an autoregressive structure which provides an underlying time frame dependency and can improve time-frequency resolution. The system’s performance has been evaluated using objective and subjective tests and the proposed methodology has led to improved results.

Safety function analysis in an industrial production process

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Food waste valorization through the production of polyhydroxyalkanoates by mixed microbial cultures

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

A criação de unidades locais de saúde na região Alentejo : impacto na mortalidade precoce hospitalar

RESUMO - Introdução: A integração de cuidados de saúde tem sido o modelo organizacional procurado para ajudar os sistemas de saúde a ultrapassar os constantes desafios impostos e para obterem ganhos na qualidade dos cuidados e nos resultados para os utentes. A taxa de mortalidade precoce no ambiente hospitalar é um indicador que permite avaliar a performance dos sistemas de saúde, refletindo os resultados em saúde. Esta é expressa a partir do cálculo dos anos de vida potencialmente perdidos (AVPP). Objetivo: Avaliar o impacto da criação de Unidades Locais de Saúde (ULS) na região Alentejo. Metodologia: Em primeiro lugar determinou-se a taxa de mortalidade precoce em ambiente hospitalar e os respetivos AVPP, analisando os diagnósticos principais associados, entre 2000 e 2011, nas ULS do Norte Alentejano e Baixo Alentejo. Para calcular o impacto da criação das ULS nos AVPP foi realizado o método Difference in Difference. Resultados: Foram analisados 605 825 episódios de internamento, dos quais 5258 (0,87%) resultaram em óbito hospitalar em utentes com <70 anos. Desta análise resultaram 102 270 AVPP para ambos os sexos. Após a criação das ULS do Norte Alentejano e Baixo Alentejo, verificou-se uma diminuição no número de AVPP de – 2, 7% e – 2, 6% respetivamente. Conclusões: Com a criação das ULS na região de saúde do Alentejo, o número de AVPP em ambiente hospitalar diminuiu, no entanto torna-se necessário aumentar a população em estudo e incluir mais variáveis que possam influenciar os AVPP por forma a retirarem-se conclusões mais específicas.