Orientador: Jorge Muniz Junior / Resumo: A eficiência energética nos diversos setores consumidores do extremo norte brasileiro e a opção adjacente voltada à produção de energia fotovoltaica e a sua injeção na rede local têm consequências positivas, tanto pela mitigação relacionada às emissões de gases de efeito estufa (GEE), quanto pelo consumo e uso de energia. A necessidade de energia residencial, comercial, industrial e poder público em Roraima consiste principalmente de requisitos de energia elétrica para iluminação, ar-condicionado, geladeira e freezer, juntamente com a energia dedicada aos eletrodomésticos, diferentes estratégias que visam estimular o uso eficiente de energia precisam ser reforçadas em todos os níveis da atividade humana local. A radiação solar é uma das principais fontes de energia limpa e renovável do Estado, com o potencial de fornecer energia limpa e abundante a longo prazo para a crescente população roraimense. Este trabalho tem como objetivo compreender o consumo médio em edifícios residencial, comercial e poder público dos Estados de Roraima e São Paulo, tendo como objetos de estudo: um campus do IFRR, um campus da UNESP, três residências localizadas na capital Boa Vista, uma residência situada em Guaratinguetá e uma fonte de energia fotovoltaica distribuída com potência instalada de 66 kWp (quilowatt-pico). Esta pesquisa seguiu as seguintes etapas: em primeiro lugar foi realizado uma ampla pesquisa bibliográfica na base de dados da Web of Science, Scopus, Google Acadêmico e outras base... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

A significant number of protocols and capabilities have been proposed in recent years in response to the demand for reducing the amount of energy consumed by the network infrastructure. Besides rising economic issues, there is a widespread sensitivity to ecological impacts since both energy costs and electrical demands are in a upward trend. In this scenario, the development and validation of energy saving strategies are a key point of making networks more efficient. However, there is a lack of experimental environments designed specifically to emulate and to validate such energy efficiency solutions. This work proposes an environment not only supporting the development and discussion of energy-saving solutions but also management applications considering energy-saving primitives. For this purpose, the environment is built considering the implementation of energy efficiency capabilities that are representative of each network scope (interface, device, and network) in the Mininet environment taking as a basis the Software-defined Networking (SDN) paradigm. The environment proposed was evaluated with different experiments by comparing the energy savings obtained by activating these energy-efficiency capabilities. / Um significativo número de protocolos e funcionalidades foram propostos em resposta à crescente demanda de energia por infraestruturas de rede. Além de gerar problemas econômicos, existe uma preocupação quanto aos impactos ambientais uma vez que maior a demanda por eletricidade, maior o impacto ambiental para suprir esta demanda. Neste cenário, o desenvolvimento e validação de estratégias para economizar energia são um ponto chave para tornar infraestruturas de rede mais eficiente. No entanto, há uma falta de ambientes desenvolvidos especificamente para emular e validar soluções para eficiência energética. Com este propósito este trabalho propõe um ambiente capaz de suportar não apenas o desenvolvimento de soluções para tornar redes mais eficientes energeticamente, como também o desenvolvimento de aplicações de gerenciamento que baseiam-se em primitivas de economia de energia. Para este propósito, o ambiente é construído considerando a implementação de funcionalidades orientadas à eficiência energética que são representativas para cada escopo de rede (interface, dispositivo e rede) no ambiente de emulação Mininet tomando como base o paradigma de redes definidas por software. O ambiente proposto foi validade por meio de diferentes experimentos comparando a economia de energia obtida pela ativação destas funcionalidades.

Atualmente, os edifícios selados hermeticamente e com as chamadas \"peles de vidro\" estão presentes em diversos países, e possuem, como consequência, um elevado consumo de energia elétrica para conseguir manter o conforto ambiental dos usuários. Contudo, é possível se beneficiar de uma maior eficiência energética nesses espaços através da combinação de soluções ativas e passivas. Esse estudo tem como objetivo principal avaliar a influência de parâmetros de projetos, tais como o formato da sala, tamanho e orientação das aberturas na fachada, no consumo de energia e no conforto visual em saletas comerciais com ventilação híbrida e integração da iluminação natural com a artificial na cidade de São Paulo. As saletas comerciais analisadas possuem uma área média, diferentes formatos e diferentes aberturas em uma só fachada, representando a solução arquitetônica mais comum encontrada nesse tipo de edifício. Através de análise energética realizada por meio do programa EnergyPlus e da análise lumínica com o programa DIVA-for-Rhino, verificou-se que o formato da sala é essencial para a decisão de um percentual de área de abertura na fachada (PAF) que consuma menos energia. Os resultados mostraram que o uso da ventilação híbrida sempre representou uma economia, atingindo uma redução de até 51% do consumo do ar condicionado para resfriamento e até 26% do consumo de energia total, com os PAF´s de 40, 70 e 100%. Seria interessante considerar elementos de proteção solar que não diminuam a eficácia da ventilação e iluminação naturais nesses ambientes, para se aliar o baixo consumo de energia com menores riscos de ofuscamento. Desta forma, o trabalho auxilia a incorporação destas estrategias para uma maior economia de energia no desenvolvimento do projeto arquitetônico desta tipologia de edifício comercial. / Nowadays, sealed airtight office buildings and so-called \"glass curtain wall\" are present in many countries, and have as a result a high consumption of electric energy to be able to maintain the environmental comfort of the users. However, the combination of passive and active strategies could improve the energy efficiency in these spaces. This study aims to evaluate the design parameters influence, such as rooms shape, the openings size and orientation, in the energy consumption and in the visual comfort in cellular offices with hybrid ventilation system and the integration of daylight and artificial lighting in São Paulo. The analyzed cellular offices have an average area, different shapes and different openings in one facade, representing the more common architectural characteristics found in this type of building in that context. Energy analyses in EnergyPlus and daylight studies using DIVA-for-Rhino were conducted. It was found that the rooms shape is essential for the determination of the window-to-wall-ratio (WWR) for reducing energy consumption. The results showed that the hybrid ventilation use always represented an economy, reaching reduction values up to 51% in the consumption of air conditioning for cooling and up to 26% in cellular offices total consumption, with a WWR of 40, 70 and 100%. It would be interesting to consider sun shading elements that do not reduce the effectiveness of natural ventilation and daylighting in these environments to combine low power consumption with a lower risk of glare. In this way, the work helps the incorporation of these strategies for save energy in the development of the architectural design of this type of commercial building.

Esta tese tem como principal objetivo medir o desempenho das lâmpadas fluorescentes compactas em regime de uso intermitente instaladas em residências. Utiliza a Norma NBR 14539 e a PORTARIA 489/2010 como referência, para a comparação dos valores obtidos nas medições de campo com as medições do laboratório. A metodologia aplicada tem a finalidade de medir o desempenho em um ambiente real e muito mais agressivo que o laboratório. Foram instaladas 95lâmpadas de três marcas diferentes e dividida em três grupos, previamente as lâmpadas foram sazonadas ou \"envelhecidas\" por 100 horas e posteriormente instaladas nas residências. Neste estágio, as medições de campo foram realizadas durante dezoito meses em quatro oportunidades, (a primeira como referência), posteriormente foram retiradas e levadas novamente ao laboratório para medir a depreciação do fluxo luminoso. As variáveis medidas foram: Fluxo luminoso, iluminância, tensão, temperatura, umidade relativa e quantidade de chaveamento para o acendimento das lâmpadas. Para ter uma visão mais ampla, os resultados, foram comparados à norma brasileira com as normas internacionais em relação aos requisitos de desempenho das lâmpadas fluorescentes compactas. Também foi feito um questionário com os consumidores que participaram desta pesquisa, para verificar o conhecimento ou a \"cultura energética\" relacionada com a forma de uso da iluminação, manutenção dos circuitos, idade, gênero, situação laboral, classe social, consumo, escolha de lâmpadas na hora da compra, uso da iluminação natural, utilização de tintas claras no interior das residências. Todo procedimento de medições foi realizado no Laboratório de Fotometria do Instituto de Energia e Ambiente-IEE da Universidade de São Paulo/USP. / This thesis aims to verify the performance of compact fluorescent lamps (CFLs) that are installed in residences in intermittent use regime. It uses NBR 14539 and Ordinance 489/2010 as a reference for comparing the values measured in the field in the laboratory measurements. The methodology used to verify the performance in a real environment is more aggressive than the laboratory\'s. 95 lamps of three different brands were installed, which were divided into three groups, The lamps were previously seasoned or \"aged\" for 100 hours and then installed in residences. At this stage, the field measurements were conducted for eighteen months, four times until reaching 2,000 hours of use. Later, they were removed and taken back to the laboratory to check the depreciation. Measured variables were: Iluminância, voltage, temperature, relative humidity and the amount of switching to lighting the lamps. To consolidate, Brazilian standards were compared to international standards in order to verify if there are differences or coinciding points. A questionnaire was also filled in by consumers who participated in this research to verify the knowledge or \"energy culture\" related to the proper use of lighting, maintenance of circuits, age, gender, employment status, social class, consumption, choice of lamps at the time of purchase, use of natural lighting, use of clear paint inside the residences. Finally, it is worth mentioning that the entire measurement procedure was performed in the photometry laboratory of the Institute of Energy and Environment-IEE, University of São Paulo/USP.

The use of robotic manipulators in industrial applications is continuously growing. Therefore, the proposal of novel kinematic architectures for robotic manipulators can be a strategy for coping with the required performance of specific tasks. On this matter, the parallel manipulators represent an alternative to fulfill this gap. The objective of this manuscript is to prove that the energy efficiency of parallel manipulators can be increased by the use of kinematic redundancy. Due to the presence of kinematic redundancy, the number of solutions to the inverse kinematics problem become infinite. Hence, a redundancy resolution scheme is required to select a suitable one among the infinite solutions. In this work, a model predictive control (MPC) based method is proposed as redundancy resolution scheme. This proposal is evaluated numerically and experimentally by comparing the energy consumption of non-redundant and kinematically redundant manipulators during the execution of pre-defined tasks. The non-redundant manipulator under study is the planar parallel 3RRR manipulator. This manipulator consists of three identical kinematic chains containing one active revolute joint and two passive revolute joints. Kinematic redundancies were added to the manipulator by including one active prismatic joint in each kinematic chain. In this way, the kinematically redundant manipulator under study is the planar parallel 3PRRR manipulator. By activating or locking the prismatic joints, up to three levels of kinematic redundancy can be evaluated. Numerical kinematic and dynamic models of the manipulators under study were derived not only for their numerical evaluation but also for the derivation of the model-based redundancy resolution scheme. Experimental data was acquired using the prototype built at the Laboratory of Dynamics at São Carlos School of Engineering at University of São Paulo. This experimental data was exploited for assessing the usability of the MPC for deriving a redundancy resolution scheme and for evaluating the impact of several levels of kinematic redundancy on the manipulator\'s energy consumption. Based on this data, one can conclude that MPC can be a suitable alternative for solve redundancy resolution problems and that the redundant parallel manipulators presented a lower energy consumption than the non-redundant one to execute the pre-defined tasks. The rate of reduction on the energy consumption achieved by the redundant manipulators varied between 6% and 60% depending on the task. Nevertheless, the numerical and experimental data presented differences in some particular cases. / O número de aplicações realizadas pelos manipuladores robóticos cresce continuamente. Assim, o desenvolvimento de novas arquiteturas para os manipuladores robóticos mais adaptadas a aplicações concretas é necessário. Destarte, os manipuladores paralelos constituem uma alternativa a ser considerada. O objetivo deste texto é provar que a eficiência energética dos manipuladores paralelos pode ser incrementada por meio da redundância cinemática. A presença de redundância cinemática implica um número infinito de soluções no problema da cinemática inversa. Logo, é precisso um esquema de resolução de redundância para escolher uma das soluções. No presente texto, um método baseado no modelo de controle preditivo (MPC), é proposto como esquema de resolução de redundância. Esta proposta é avaliada tanto numérica como experimentalmente comparando o consumo energético dos manipuladores não redundante e redundantes durante a execução de umas trajetórias predefinidas. O manipulador paralelo não redundante estudado é o 3RRR. Este manipulador é composto por três cadeias cinemáticas idênticas que incluem uma junta rotativa ativa e duas juntas rotativas passivas. Redundâncias cinemáticas foram adicionadas ao manipulador incluindo uma junta prismática ativa em cada uma das três cadeias cinemáticas, obtendo assim, o manipulador redundante 3PRRR. Ativando ou bloqueando as juntas prismáticas podem ser avaliados até três níveis de redundância cinemática. Modelos matemáticos dos manipuladores foram propostos tanto para a estabelecer uma avaliação numérica como para a dedução do esquema de resolução de redundância. Um protótipo do manipulador 3PRRR construído na Escola da Engenharia de São Carlos foi usado para realizar os experimentos. Os dados experimentais foram utilizados para comprovar a utilidade do MPC como esquema de resolução de redundância, e para avaliar os efeitos da redundância cinemática no consumo energético. Com fundamento nos resultados é possível concluir que o MPC pode ser uma alternativa adequada para resolver problemas de resolução de redundância e que os manipuladores paralelos redundantes apresentaram um menor consumo energético para realizar a mesma tarefa quando comparados aos não redundante. A taxa de redução da energia em favor dos manipuladores redundantes varia entre 6% e 60% dependendo da tarefa. Por outro lado, a análise numérica mostrou discrepâncias com a análise experimental em certas circunstâncias.

Diante das atuais questões ambientais, o uso eficiente da energia é uma premissa em todos os setores de atividades. Sabe-se que as edificações são grandes consumidores de energia e boa parcela desse consumo se dá em sistemas de condicionamento artificial. São três os principais fatores que atuam no balanço térmico e influenciam esse consumo: arquitetura, ocupação e clima. A arquitetura atua como intermediária nesse balanço térmico, podendo ajudar ou prejudicar as condições internas. Este trabalho estuda o desempenho térmico e energético dos edifícios de escritórios em São Paulo e Rio de Janeiro, cidades que apresentam condições extremas de calor durante o verão e até em outras estações do ano. O tipo de ocupação e a atividade realizada em edifícios de escritórios nos dias de hoje criam, por si sós, cargas térmicas elevadas que dificultam ainda mais a obtenção de conforto. Este trabalho parte do pressuposto de que existem soluções arquitetônicas de edifícios de escritórios na cidade de São Paulo capazes de garantir conforto térmico aos usuários durante parte do período de ocupação sem uso de condicionamento artificial, porém acreditar que é possível obter conforto apenas com sistemas passivos durante o ano todo nos atuais edifícios de escritórios das cidades de São Paulo e Rio de Janeiro é ilusão. Diante desse desafio, o sistema de modo misto de condicionamento ambiental une as vantagens do sistema ativo às do passivo, operando com sistemas naturais sempre que possível, reduzindo o consumo de energia e acionando o sistema ativo em situações fora das condições de conforto. Utilizar o sistema de modo misto não significa abrir as janelas de qualquer edifício no inverno. O edifício deve estar preparado para o sistema desde as etapas de projeto. Com base nesse pensamento, a pesquisa analisa o desempenho térmico e energético de três tipologias arquitetônicas operando com o sistema de modo misto em São Paulo e investiga o desempenho das mesmas tipologias sob as condições climáticas da cidade do Rio de Janeiro. As avaliações de desempenho térmico e energético das tipologias são feitas por meio de análises e comparações de resultados de simulações computacionais com o programa TAS (9.0.7 maio, 2005). / Considering current environmental issues, all sectors of activities are premised on the efficient use of energy. Its known that constructions are great energy consumers and part of this consumption is given by artificial conditioning systems. Therere three main factors in thermal balance that influences this consumption: architecture, occupation and climate. The architecture acts as intermediate in this thermal balance, being able to help or harm internal conditions. This research treats office building thermal and energy performance in São Paulo and Rio de Janeiro, cities with high temperatures not only during the summer but also in other seasons. Nowadays, offices occupation and activity are themselves great heat producers, what makes thermal comfort even more difficult to achieve. This project considers that there are office building design solutions able to produce thermal environmental conditions acceptable to a majority of occupants, without air-conditioning system, during part of the working period, in São Paulo. However, believing the possibility of achieving comfort conditions in actual office buildings, only with passive cooling strategies, during all year, in the cities of São Paulo and Rio de Janeiro, is an illusion. Facing this challenge, mixed mode system combines the best of air-conditioning and natural ventilation, operating with natural strategies whenever its possible, reducing energy consumption and using the air-conditioning system only when thermal environmental conditions are not acceptable. Mixed mode operation does not mean to open any building windows during the winter. The building must have been designed for the mixed mode system since its first projects. This research is based on this thought and thermal analysis and energy performance of three architectural design buildings operating with mixed mode system in São Paulo and investigates the performance of these building types under climate conditions of Rio de Janeiro city. The thermal and energy performance evaluations of the building types are based on the analysis and comparison of computer simulations results, with the software TAS (9.0.7 May, 2005).

Diversos sistemas públicos de abastecimento de água de cidades brasileiras utilizam majoritária ou exclusivamente água subterrânea, captada em poços tubulares profundos sendo que a grande maioria desses poços necessita de equipamentos de bombeamento para efetuar a elevação da água até a superfície com custo operacional elevado relativo às despesas com energia elétrica. No presente trabalho, foi desenvolvida uma metodologia para análise de dados operacionais de poços e respectivos sistemas de bombeamento, incluindo a determinação do rendimento eletromecânico dos equipamentos utilizados. A aplicabilidade da metodologia proposta foi avaliada através de estudo de caso, realizado com 21 poços utilizados no abastecimento público da cidade de São Carlos - SP. Os resultados obtidos indicaram que com a utilização de equipamentos de bombeamento de alto rendimento, será possível reduzir 15% do consumo de energia elétrica, proporcionando uma redução de despesa que poderá cobrir, em 5 anos, mais de 50% dos valores dos investimentos necessários em novos equipamentos. Tendo como diretrizes gerais a otimização do rendimento de poços profundos e a sustentabilidade do uso da água subterrânea a aplicação da metodologia proposta, em sistemas de abastecimento de água, deverá contribuir para a melhoria da qualidade dos serviços e poderá gerar uma significativa economia de recursos / Several public water supply systems of brazilian cities use mainly or exclusively groundwater from water wells, which majority needs pumping equipments to raise the water to the ground surface, and high operating costs due to electricity consumption. In the present work, a methodology to evaluate water wells and pumping equipments operational data was developed, including the calculation of the electromechanical efficiency. The applicability of the proposed methodology is evaluated in a case study of 21 water wells, which are used for public water supply of the city of São Carlos – SP. The results have indicated that the use of high level efficiency equipment should reduce 15% of the present electric power consumption and an economy that in a 5 years period could support more than 50% of the necessary investments in new pumping equipment. Taking the optimization of the energy efficiency of water wells and the sustainability of groundwater as general constrains, the application of the proposed methodology may contribute to the improvement of the quality of public water supply facilities and generate a considerable economy

A importância da energia elétrica gerada pelo setor de celulose e papel têm crescido no mercado brasileiro, pois com a crise hídrica que tem causado transtornos financeiros aos diversos setores da economia, muitas empresas têm optado por ter a geração de energia como um novo plano de negócio. Desta forma, para que esta produção cresça são necessários investimentos nessa área. Por isso, é essencial conhecer o processo, bem como os parâmetros envolvidos na produção de energia. Com a finalidade de ampliar os conhecimentos da área de energia dentro do setor de celulose e papel, este trabalho teve como objetivo identificar a relação dos parâmetros das caldeiras de recuperação e biomassa, bem como de seus combustíveis, afim de determinar sua influência na produção de vapor. Para isso, foram utilizados os valores dos parâmetros das caldeiras de recuperação e biomassa, entre eles: consumo de combustível, vazões de ar, temperaturas da água de alimentação e do vapor gerado, como também os valores das características químicas e físicas do licor negro, incluindo poder calorífico superior, teor de sólidos totais, teor de orgânicos e inorgânicos, e da biomassa, densidade aparente, poder calorífico superior, umidade e teor de cinzas. Os parâmetros e as características dos combustíveis foram disponibilizados por uma empresa do setor de celulose e papel do Brasil. Para análise e discussão dos dados foram feitos cálculos de eficiência energética, análise de diagramas de dispersão, correlação de Pearson, elaboração de modelos matemáticos para estimativa de produção de vapor e a determinação dos valores ideais dos parâmetros dos combustíveis, para produção máxima de vapor. A partir das análises de eficiência energética, a caldeira de recuperação manteve uma média de 86%, enquanto que a caldeira de biomassa obteve uma média de 51%. Analisando as relações entre todos os parâmetros, nas caldeiras as variáveis com maior influência na operação foram as vazões de ar, vazão da água de alimentação, o consumo de combustível, temperatura da água de alimentação, temperatura dos gases de saída e a pressão do vapor, enquanto que nos combustíveis a maior influência foi do poder calorífico superior. Dentre os modelos matemáticos analisados para a predição da produção de vapor, apenas o modelo utilizando parâmetros da caldeira de recuperação foi estatisticamente significativo. Através da análise das características dos combustíveis, relacionando-as com o objetivo de obter a máxima produção de vapor, os valores ideais calculados destas características químicas e físicas do licor negro e da biomassa se mantiveram de acordo com a literatura. / The importance of the electric energy generated by the pulp and paper sector has grown in the Brazilian market, because the water crisis has caused financial distress to the various sectors of the economy, and then many companies have chosen to have the power generation as a new business plan. In this way, for this production to grow, investments in this area are necessary. Therefore, it is essential to know the process as well as the parameters involved in energy production. With the purpose of increasing the knowledge of the energy area within the pulp and paper sector, this work aimed to identify the relation of the parameters of recovery and biomass boilers, as well as their fuels, in order to determine their influence in the production of steam. In order to do this, the values of the parameters of the recovery and biomass boilers were used, among them: fuel consumption, air flows, feed water and steam temperatures, as well as the values of the chemical and physical characteristics of the black liquor, including higher calorific value, total solids content, organic and inorganic content, and of biomass, apparent density, higher calorific value, moisture and ash content. The parameters and characteristics of fuels were made available by a Brazilian pulp and paper company. In order to analyze and discuss the data were made energy efficiency calculations, dispersion diagrams analysis, Pearson correlation, mathematical models for estimation of steam production and determination of the ideal values of the fuel characteristics for maximum steam production. From the energy efficiency analyzes, the recovery boiler maintained an average of 86%, while the biomass boiler obtained an average of 51%. Analyzing the relationships among all parameters, the variables with the greatest influence on the operation were air flow, feed water flow, fuel consumption, feed water temperature, outlet gas temperature and steam pressure, while in fuels the greatest influence was the higher calorific value. Among the mathematical models analyzed for the prediction of steam production, only the model using parameters of the recovery boiler was statistically significant. Analyzing the characteristics of the fuels in order to obtain the maximum steam production, the estimated ideal values of these chemical and physical characteristics of black liquor and biomass were kept in agreement with the literature.

A necessidade de redução do consumo de combustíveis fósseis, devido ao cenário atual de tentar frear os efeitos do aquecimento global e de reduzir a poluição atmosférica, vem ditando uma série de transformações no setor de transporte naval. Este trabalho apresenta, inicialmente, as mudanças no âmbito normativo na questão do controle de emissões de poluentes e de eficiência de consumo de combustíveis em navios mercantes. Em seguida, com foco nas embarcações existentes, são apresentadas as principais técnicas operacionais com grande potencial de redução de consumo de combustível, destacando o método da redução da velocidade de navegação que, corretamente aplicado, tem impacto positivo tanto na redução dos custos operacionais, quanto no aumento expressivo de eficiência energética. Foi realizada uma análise numérica da variação do consumo de combustível em função da velocidade de um navio petroleiro Suezmax, adaptado para operações de alívio em plataformas do tipo FPSO em águas brasileiras. Com isso, estimou-se o potencial de aumento da eficiência energética da embarcação a partir de pequenas reduções de velocidade, e discutiu-se as possíveis aplicações desta melhoria, a partir do perfil operacional característico do navio tipo, de modo a não causar impacto econômico na operação. O estudo, ainda, avaliou a aplicação de duas metodologias numéricas diferentes, uma baseada apenas em equações de regressão, semi-empírica, e outra utilizando simulações de CFD para a estimativa de parâmetros sensíveis a forma do casco e de grande relevância para a determinação dos consumos característicos, analisando imprecisões e impactos no resultado final. / The need to reduce fossil fuels consumption due to the current scenario of trying to restrain global warming effects and reduce air pollution is dictating a series of transformations in shipping. This study introduces, at first, the changes of the regulatory framework concerning gas emissions control and fuel consumption efficiency on merchant ships. Secondly, the main operational procedures with high potential reduction of fuel consumption are discussed, with focus on existing vessels, using ship speed reduction procedure. This procedure shows the positive impacts on both operating costs reduction and also on energy efficiency increase if correctly applied. Finally, a numerical analysis of the fuel consumption variation with the speed was carried out for a Suezmax class oil tanker, which has been adapted to oil offloading operations for FPSOs in Brazilian offshore oil production systems. In this analysis, the discussions about the variations of vessel energy efficiency from small speed rate reductions and the possible applications of this improvement, taking into account the typical operating profile of the vessel in such a way to have significant economic impacts on the operation. This analysis also evaluated the application of two different numerical methods: one based only on regression equations produced by existing data, semi empirical method, and another using a CFD simulations for estimating the hull shape parameters that are most relevant for determining fuel consumption, analyzing inaccuracies and impact on the final results.

Advances in communicat ions have been unarguably essent ial to enablemodern systems and applicat ions as we know them. Ubiquity has turned into reality, allowing specialised embedded systems to eminent ly grow and spread. That is notably the case of unmanned vehicles which have been creat ively explored on applications that were not as efficient as they currently are, neither as innovative as recent ly accomplished. Therefore, towards the efficient operat ion of either unmanned vehicles and systems they integrate, in addition to communicat ion improvements, it is highly desired that we carefully observe relevant , co-related necessit ies that may lead to the full insert ion of unmanned vehicles to our everyday lives. Moreover, by addressing these demands on integrated solut ions, better resultswill likely be produced. This thesis presentsHAMSTER, theHeAlthy, Mobility and Security based data communication archiTEctuRe for unmanned vehicles, which addresses threemain types of communicat ions: machine-to-machine, machine-to-infrast ructure and internal machine communications. Four addit ional elements on co-related requirements are provided alongside with HAMSTER for more accurate approaches regarding security and safety aspects (SPHERE platform), crit icality analysis (NCI index), energy efficiency (NP plat form) and mobility-oriented ad hoc and infrast ructured communicat ions (NIMBLE platform). Furthermore, three specialised versions are provided: unmanned aerial vehicles (Flying HAMSTER), unmanned ground vehicles (Running HAMSTER) and unmanned surface/ underwater vehicles (Swimming HAMSTER). The architecture validat ion is achieved by case studies on each feature addressed, leading to guidelines on the development of vehicles more likely to meet certificat ion requirements, more efficient and secure communicat ions, assert ive approaches regarding crit icality and green approaches on internal communicat ions. Indeed, results prove the efficiency and effectiveness of HAMSTER architecture and its elements, as well as its flexibility in carrying out different experiments focused on various aspects of communication, which helps researchers and developers to achieve safe and secure communicat ions in unmanned vehicles. / Os avanços na área de comunicações foram indiscutívelmente essenciais para a obtenção de sistemas e aplicações modernos como os o atuais. A computação ubíqua se tornou realidade, permitindo que sistemas embarcados especializados ganhassem espaço e cada vez mais autonomia. Esse é notavelmente o caso de veículos não tripulados que têm sido criativamente explorados em aplicações inovadoras e avançadas. Entretanto, para o funcionamento eficiente desses veículos e sistemas não tripulados, além de melhorias de comunicação, é altamente desejável que as necessidades relevantes co-relacionadas a comunica¸cao sejam cuidadosamente observadas, levando a uma facilitação na inserção de veículos não tripulados em espaços públicos. Além disso, ao abordar essas demandas de modo integrado, as chances de produzir melhores resultados é maior. Esta tese apresenta a HAMSTER, uma arquitetura de comunicação de dados baseada em mobilidade e segurança para veículos não tripulados, que aborda três tipos principais de comunicação: máquina-para- máquina, máquina-para-infraestrutura e comunicações internas. Quatro elementos adicionais co-relacionados são fornecidos juntamente com a arquitetura HAMSTER de modo a prover abordagens mais precisas em relação a aspectos de segurança física e da informação (plataforma SPHERE), análise de criticalidade (índice NCI), eficiência energética (plataforma NP) e comunicações ad hoc e infraestruturadas orientadas a mobilidade (plataforma NIMBLE). Além disso, são fornecidas três versões especializadas: para veículos aéreos não tripulados (Flying HAMSTER), veículos terrestres não tripulados (Running HAMSTER) e veículos submarinos e de superfície não tripulados (Swimming HAMSTER). A validação da arquitetura é obtida por meio de estudos de caso sobre cada recurso abordado, levando a diretrizes sobre o desenvolvimento de veículos mais preparados para atender a requisitos de certificação, comunicação mais eficiente e segura, abordagens assertivas sobre criticidade e abordagens verdes nas comunicações internas. Por fim, os resultados comprovaram a eficiência da arquitetura HAMSTER e os elementos com ela providos, bem como a flexibilidade em realizar experimentos focados em vários aspectos de comunicação, auxiliando na obtenção de comunicações seguras em veículos autônomos.