[pt] Uma análise teórica, comparativa e de sensibilidade é feita com quatro modelos básicos para o efeito corona em linhas de transmissão monofásicas. A análise de ocorrência de choque em linhas de transmissão é também considerada na análise os modelos. Um algoritmo computacional é desenvolvido para estudo de transitórios eletromagnéticos em linhas de transmissão monofásicas. Por fim são analisados casos interessantes do ponto de vista da Engenharia Elétrica. / [en] The corona effect on monophasic transmission lines was subjected to a theoretical comparative sensibility analysis. Four basic models were used. The analysis of shock occurrence in transmission lines was also considered in the analysis of the models. A computational algorithms was developed to study electromagnetic transients on monophasic transmission lines. Finally, interesting cases from the Electrical Engeneering standpoint were analysed.

[pt] Neste trabalho, o problema de valor de contorno associado à estrutura de uma linha microstrip blindada é formulado em termos de uma representação rigorosa de modos híbridos, superposição de modos TE e TM. As equações resultantes são então transformadas, através da aplicação do método de Galerkin no domínio espectral, para obtenção da equação característica para as propriedades de dispersão de linhas microstrip blindadas. As principais vantagens deste método são sua simplicidade e convergência rápida. Foi elaborado um programa de computador para cálculo dos parâmetros, e foram realizadas comparações com resultados experimentais e com expressões empíricas apresentadas por outros autores. A influência da variação da altura da blindagem superior é também considerada. / [en] The boundary value problem associated with the shielded microstrip-line structure is formulated in terms of a rigorous hybrid-mode representation, superposition of the TE and TM fields. The resulting equations are subsequently transformed, via the application of Galerkin’s method in the spectral domain, to yield a characteristic equation for the dispersion properties of shielded microstrip lines. Among the advantages of the method are its simplicity and rapid convergence. A computer program for the parameters is presented, and numerical results are compared with some experimental results and with theoretical and empirical results presented by other authors. The behavior with the variation of the height of the top cover is also considered.

[pt] Atualmente os sistemas elétricos altamente carregados estão enfrentando um crescente risco de estabilidade de tensão na medida que restrições ambientais e incertezas econômicas limitam o investimento em novas linhas de transmissão. Uma revisão dos problemas ocorridos em vários países indicam claramente que o problema de estabilidade de tensão é real e que o pior ainda está por vir [1]. Portanto existe a necessidade do desenvolvimento de ferramentas analíticas capazes de prever o colapso de tensão em redes complexas. Estas ferramentas devem ser capazes de quantificar com precisão as margens de estabilidade e os limites de transferência de potência, identificando os pontos fracos e as áreas susceptíveis á estabilidade de tensão. Um método para determinação das condições de estabilidade local de tensão é mostrado. A eficiência computacional desta ferramenta analítica é enfatizada em estudos de análise de cotingência. Estudos comparativos mostram a influência do modelo da carga estática, dos equivalentes de redes e da representação dos limites de geração ou absorção de potência reativa a partir da curva de capabilidade da máquina síncrona, no índice que avalia a estabilidade local de tensão. Um estudo sobre o determinante da matriz que serve como índice que avalia a estabilidade local de tensão. Neste trabalho são propostos novos estudos para dar continuidade aos avanços obtidos até o momento. / [en] Nowadays, heavy loaded eletric power systems are facing voltage stability problems due to environmental restrictions and budget cuts. Power systems incidents involving voltage stability clearly show that it is real problem and worse conditions are expected [1]. Therefore, there is a need of developing analytical tools to detect voltage collapse in complex networks. These tools must show, with good accuracy, stability ranges and power transfer limits, identifying weak nodes and susceptible areas to voltage stability. It is show a method to determine local voltage stability conditions and its computational efficiency is emphasized through contingency analysis studies. Comparative studies show the influence of static load model, network equivalent and reactive power generation/absorption limits representation using the synchronous machine capability curve, over the index which evaluates local voltage stability. It is show a study about the determinant which plays as an index to evaluate local voltage stability. Suggestions are made for future research.

[pt] O fluxo de potência probabilístico é considerado uma técnica eficiente na obtenção de índices de segurança, tais como: a probabilidade de sobrecarga nas linhas de transmissão, probabilística de sobretensão em barramentos, etc., os quais são medidas extremamente úteis no planejamento e na operação de sistemas de potência. Este índices são obtidos dada a capacidade de tal algoritmo considerar a natureza probabilística das cargas em uma única solução. Nesta tese, a dependência entre as potências nodais é modelada de forma a considerar fatores ambientais e sociais como também o critério de pré-despacho usado no balanço da potência ativa do sistema. Estes aspectos são então incluídos no fluxo de potência probabilístico e o novo algoritmo é testado com dois sistemas de potência. O novo algoritmo de fluxo de potência probabilístico considerando dependências entre as potências nodais proposto por esta tese pode ser visto como uma técnica bastante realística para avaliar os riscos de insegurança dos sistemas de potência. / [en] Probabilistic load flow can be considered an efficient technique in order to essess security índices, such as: the probability of a line being greater than its thermal rating, probability of a busbar voltage being outside its operational constraints, etc., which are extremely useful measurements in planning and operation of power systems. These indices are schieved due to the capability of such algorithm in recognising the probabilistic nature of generation and load within one solution. In this thesis, the dependence between nodal powers is modelled in order to account environmental and social factors and the unit commitment criteria used to balance the system active power. These aspects are then included in the conventional probabilistic load flow and the new algorithm is tested with two power systems. The new probabilistic load flow algorithm considering dependence between nodal powers proposed by this thesis can be seen as very realistic technique to evaluate system security risks.

[pt] Neste trabalho desenvolve-se uma técnica para determinação da componente longitudinal do campo elétrico gerado por uma densidade superficial de corrente. A metodologia proposta baseia-se na diádica de Green da região em consideração, sendo estudadas regiões interiores em que existe uma solução analítica da equação de onda escalar em coordenadas ortogonais e regiões exteriores, em sistemas de coordenadas esféricas e cilíndricas. Para cada uma das soluções, mostra-se a convergência da expressão obtida para a componente longitudinal do campo elétrico, expressa por uma série ou integrais de funções modais. Baseado na metodologia desenvolvida, elabora-se um modelo de análise para determinação de campos e impedância característica em cabos coaxiais de seção arbitrária. O modelo é aplicado a cabos de seção circular e retangular. A metodologia de determinação de campos por diádicas de Green é ainda aplicada à análise de cabos coaxiais de seção retangular, com estais de fixação do condutor interno, localizados periodicamente. / [en] It is developed a method for the determination of the longitudinal component of the electric field generated by a surface current density in the interior or the exterior regions. The proposed method is based on the dyadic Green´s function of the region under consideration, beeing analysed interior regions, assuming the knowledge of the analytical solution for the scalar wave equation in the orthogonal coordinate systems and external regions, using spherical and cylindrical coordinate systems. For the each solution, it is shown the convergence of the expression obtained for the longitudinal component of the electric field. Based on the developed method, a model of analysis is elaborated to determine the field and the characteristics impedance of coaxial cables of arbitrary cross section. The model is applied to cables with circular and rectangular sections. The dyadic Green´s function method is finally applied to the analysis of coaxial cables with internal metallic struts periodicaly placed.

[pt] Vários aspectos de um sistema elétrico de potência devem ser avaliados em detalhe antes de sua construção e operação. A escolha dos níveis de isolamento utilizadas é editada pelas condições em regime permanente e de sobre tensões que poderão ocorrer no sistema. Naturalmente, as linhas de transmissão veículos de transporte de energia estão intimamente ligadas a este problema. A sua perfeita operação determina níveis de atendimento apropriados aos consumidores. Portanto, é de extrema importância que se conheça o comportamento do isolamento do sistema de transmissão. O presente trabalho tem por objetivo fornecer ao engenheiro condições d analisar a performance de uma linha de transmissão quando submetida a surtos atmosféricos e a surtos de manobra através de dois programas desenvolvidos para o computador digital HP- 2100. / [en] Many aspects of an electric utility power system design must be evaluated in detail prior to construction and operation. The choice of insulation requirements on eletric utility system equipment is dictated both by the steady state conditions as well as by overvoltages which can occur on the system. Transmission lines, which are the way to carry energy, are certainly involved in this problem. Therefore it is very important to know their insulation behavior. The purpose of this work is to give the engineer conditions to analyze transmission lines behavior, by way of two digital programs, one concerning lightining strokes and the other switching surges.

[pt] Linhas submarinas são utilizadas na produção e transporte de petróleo e seus derivados. Em ambas as situações, o controle da transferência de calor do fluido para o ambiente externo pode ser um fator determinante para o escoamento. No caso de produção em águas profundas, o fluido aquecido perde calor para a água do mar gelada. A perda de calor é controlada através do isolamento térmico, o qual é projetado para operações de escoamento em regime permanente. Durante eventuais paradas de operação, o fluido estagnado no interior da tubulação ao perder calor para o ambiente frio, pode atingir níveis críticos de temperatura, acarretando graves problemas, tais como formação de hidratos ou deposição de parafina nas paredes da tubulação, o que pode levar ao bloqueio da linha e interrupção de produção. No transporte de produtos, o reinício de bombeio de fluidos muitos viscosos também é um problema crítico, devido ao aumento significativo da viscosidade com a redução da temperatura. O presente trabalho apresenta uma análise da influência da capacidade térmica da parede do tubo e das camadas de revestimento no transiente térmico de linhas com muito isolamento. A perda de calor da linha para o ambiente é determinada resolvendo-se a equação transiente de condução de calor para as camadas de revestimento da tubulação, utilizando um modelo uni-dimensional na direção radial. O método de volumes finitos é empregado para resolver o escoamento transiente no interior da tubulação acoplado com o transiente térmico na parede da tubulação, a partir do instante em que uma válvula é fechada na extremidade da tubulação interrompendo o fluxo. Comparações com as previsões de softwares comerciais foram realizadas e suas limitações são discutidas. Resultados obtidos das simulações para o escoamento tanto de líquidos quanto de gases, considerando e desprezando a capacidade térmica, mostram que o efeito da mesma é relevante na determinação do tempo de resfriamento da linha e do fluido em seu interior. / [en] Subsea pipelines are employed not only for production but also for transportation. In both situations, warm oil loses heat to the cold sea water. The heat loss to the ambient is controlled by means of thermal insulation, which is designed for steady state operations. During shutdowns, the stagnant fluid in the pipeline loses heat to the cold surrounding, eventually reaching some critical temperature. As a result, several problems can occur, such as formation of hydrates or deposition of high molecular weight paraffins on the inner wall of the subsea line, which can lead to flow line blockage and production shutdown. Restart of very viscous fluid after shutdown is also critical, since viscosity increases significantly with the reduction of the temperature. This work presents an analysis of the influence of the pipe wall thermal capacitance on the transient behavior of heavily insulated lines. The heat loss from the pipeline is determined, by solving the transient heat conduction equation for the pipewall layers, utilizing a simple one-dimensional model in the radial direction. The finite volume method is employed to solve the transient flow inside the pipeline, from the time instant that a valve at the end point of the line is closed, coupled with the pipe wall thermal transient. Comparisons with the prediction of commercial softwares were performed and their limitations are addressed. Numerical results obtained for flows of both liquid and gases, considering and neglecting the thermal capacitance, revealed that accounting for the thermal capacity of the wall is relevant to the determination of cooldown times

[pt] As fundações dos elementos de apoio de uma linha aérea de transmissão de energia elétrica situam-se ao longo de extensos traçados, onde diferentes condições de apoio para as estruturas são encontradas em razão da variação natural dos horizontes. Tal configuração pode levar alternativamente a se programarem estudos e sondagens especiais em cada local de suporte, fazendo crescer os custos e prazos de projeto, ou ao contrário, reduzindo drasticamente a investigação, com prejuízos evidentes ao planejamento, execução e economia da obra de implantação da linha de transmissão. Dessa maneira, são organizados e propostos procedimentos para avaliação do terreno segundo as suas orografia, hidrografia, geologia e pedologia e do ambiente atmosférico local, cujas manifestações são capazes de impor severas solicitações às torres e, indiretamente, às fundações. É eleita a região da bacia do rio da Prata para constituir o grande cenário do estudo, quer pela abundância de dados e informações disponíveis sobre linhas de transmissão já em carga, ou ainda em construção, nessa região. Assim sendo, desenvolve-se uma metodização para orientar o estudo dessas fundações, considerando o conjunto torre x terreno x fundação e buscando soluções técnicas convenientes e economicamente aceitáveis, atendendo assim ao binário desempenho-custo. Para as torres são considerados os modelos auto-suportados e estaiados, o terreno é variado entre algumas categorias identificadas na região e as fundações são representadas pelas superficiais, em sapatas, e pelas profundas do tipo tubulão. Buscando, ainda, auxiliar no aprimoramento dos projetos de fundações para suportes de linhas de transmissão, é desenvolvido um estudo de confiabilidade estrutural tendo como modelo algumas das fundações pré-selecionadas para a metodização primariamente desenvolvida. São determinadas as probabilidades de falha dessas fundações através do programa FERUM e, a partir do levantamento dos prejuízos financeiros causados pela falha desses elementos, determina-se o risco de falha. Por último, é desenvolvido um estudo paramétrico para avaliar a influência do projeto de fundação, do tipo de solo e da velocidade de vento sobre a probabilidade de falha. / [en] The transmission line tower foundations are executed following extensive paths, where different structural foundation conditions are found, in reason of natural horizontal ground layer variations. Then, one may alternatively to schedule and to execute special and specific studies or, conversely, to substantially reduce the geothecnical investigation, with sensible economical loses in the transmission line design and behavior. In such way, a methodology is proposed to evaluate conveniently the site according to its geology, orography , hydrography and pedology as well to related atmospheric local manifestations, able to submit severe mechanical solicitations to the towers and their foundations. In this way, one proposes a methodology to govern the study of these foundations, considering the tower x site x foundation relations and searching for convenient technical and acceptable economical solutions. Guyed and self-supported models are considered for towers, and the foundations are represented by footings, as the superficial type, and piers, as the deep type. The rio do Prata basin is chosen to constitute the large scenery of the study, because its abundant available data concerned to already operational transmission lines, or still under design and construction ones. Moreover, seeking the improvement of the tower foundation design a study based on structural reliability is developed considering some foundation models selected as mentioned above. Foundation failure probabilities are determined by the FERUM computational program and the risk of failure is obtained from economical damages caused by foundation failures. In the last, a parametric study is developed to evaluate how does the failure probability behave according to variations in the foundation soil, wind velocity and footing dimensions and depth.

[pt] Neste trabalho um novo elemento de viga co-rotacionado é apresentado para a análise não-linear geométrica tridimensional, estática e dinâmica, de linhas marítimas de Materiais com Gradação Funcional (MGF). Assume-se que o módulo de elasticidade e a massa específica do material da viga variam ao longo da espessura da seção transversal tubular de acordo com uma lei de potência. Na discretização espacial das equações de equilíbrio, a linha marítima é representada por um elemento de viga de dois nós, com base nas hipóteses do modelo para vigas de Euler-Bernoulli, em que polinômios cúbicos de Hermite são utilizados na interpolação dos deslocamentos nodais e a cinemática do movimento é descrita através de grandezas referidas a um sistema coordenado local co-rotacionado. Consideram-se não linearidades geométricas envolvendo grandes deslocamentos e rotações, mas com pequenas deformações. Nas equações de movimento da linha marítima, são consideradas as seguintes influencias: do peso próprio, do empuxo, dos carregamentos hidrodinâmicos (devidos às ações de ondas, correntes e forças de massa adicional), dos deslocamentos prescritos (junto à fixação da embarcação), da ação de flutuadores e das forças de interação solo-estrutura. A integração temporal das equações de equilíbrio é realizada utilizando-se o algoritmo de discretização HHT (Hilbert-Hughes-Taylor) e a solução numérica obtida com a técnica iterativa de Newton Raphson. A metodologia numérica foi implementada e diversos exemplos são apresentados e discutidos enfatizando-se as diferenças de comportamento estrutural entre os modelos de viga com MGF e com material homogêneo. Resultados referentes a situações práticas da engenharia offshore são também tratados nos exemplos. / [en] This work presents a new co-rotational beam element formulation to model the geometric three-dimensional static and dynamic nonlinear analysis of risers of Functionally Graded Materials (FGM). The material modulus of elasticity and density of the beam are assumed to vary through the pipe cross-section thickness following a power law function. In the spatial discretization of the riser equilibrium equations, a two node beam element based on Euler-Bernoulli theory is considered, with cubic Hermitian interpolation functions used for nodal displacement interpolations and element kinematics, all referred to a co-rotation coordinate system attached to the element local frame. In the element model, geometric non-linear effects are considered, involving large displacements and rotations but small strains. The motion of the riser results from the following applied forces: self weight, buoyancy, hydrodynamic (due to maritime waves, currents and added mass inertia), prescribed displacements (at the floating platform), action of floaters and seabed-structure interactions. Step-by-step time integration of the equilibrium equations is performed with HHT (Hilbert-Hughes- Taylor) algorithm and the numerical solution is obtained using the Newton- Raphson iterative technique. The methodology has been implemented and various sample results presented, that highlight the behavior of functionally graded material beams as compared to homogeneous beams. Applications related to practical offshore engineering situations are also considered.

[pt] Nesta tese investigou-se o desenvolvimento de software no contexto de groupware, especificamente para apoiar a aprendizagem colaborativa. O desenvolvimento de groupware, entretanto, não é trivial. Como todo software, há aspectos tecnológicos e sociais envolvidos no desenvolvimento. Quanto aos aspectos tecnológicos, o desenvolvimento de artefatos de infraestrutura ocupam grande parte do esforço destinado à implementação dessas aplicações, sobrando pouco tempo para a implementação de soluções inovadoras para as questões da colaboração propriamente ditas. Com respeito aos aspectos sociais, deve-se levar em conta que o trabalho em grupo é dinâmico e a composição dos grupos, bem como suas características, se alteram com o passar do tempo. Assim, desenvolveu-se uma linha de produtos de software para groupware baseado no Modelo 3C de Colaboração, onde os groupware são derivados a partir da formalização de técnicas de aprendizagem colaborativa em scripts de colaboração. Foi desenvolvido um protótipo, o GroupwareBuilder para interpretar o script de colaboração e derivar o groupware para suporte específico das suas atividades. Uma avaliação funcional e um estudo de caso foram realizados. Na avaliação funcional, buscou-se obter uma prova de conceito do GroupwareBuilder, na qual dois groupware foram derivados para apoiar os scripts de colaboração Debate Crítico e Buzz Groups. O estudo de caso foi realizado para observar como se daria a derivação de groupware para técnicas de aprendizagem colaborativa modeladas por diferentes professores. A principal contribuição deste trabalho é uma abordagem que possibilita a derivação e adaptação de groupware a partir de scripts de colaboração elaborados pelos usuários e não a partir de uma lista de requisitos funcionais, como em LPS’s tradicionais. / [en] In this thesis we explore software development on the context of groupware, specifically on supporting collaborative learning. Groupware development is not a trivial task given that technological and social issues are involved. Considering the technological issues, a huge amount of time is wasted on implementing infrastructure aspects leaving little time for implementation of innovative solutions on collaboration. Considering the social issues, we should take into account that group work is dynamic and that group composition changes over time. So, we developed a software product line for groupware based on the 3C Collaboration Model. The groupware derivation process starts with the formalization of the collaborative learning techniques in collaboration scripts. In order to support this collaboration process we developed the GroupwareBuilder, that reads the collaboration script and derives groupware tailored to the tasks described on the script. We made a functional evaluation and a case study. On the functional evaluation, we aimed on getting a proof of concept for GroupwareBuilder by deriving groupware for supporting the Critical Debate and Buzz Groups collaboration scripts. In order to analyze how GroupwareBuilder derives groupware from other collaborative learning techniques described by different teachers we made a case study. The main contribution of this thesis is an approach that enables the derivation of groupware and the customization of groupware in runtime from collaboration scripts written by the users, and not from a list of software requirements as used in other SPLs approaches.