FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um conversor com capacitor comutado para o acionamento de diodos emissores de luz (LED) de potÃncia, alimentado a partir da rede elÃtrica de baixa tensÃo. Diferente dos conversores tradicionais de corrente contÃnua, a corrente direcionada aos LEDs à fornecida por meio de capacitores comutados. O conversor proposto ainda difere dos conversores convencionais baseados no capacitor comutado, pois utiliza uma indutÃncia para evitar o carregamento e o descarregamento forÃado dos capacitores comutados, reduzindo os picos de corrente e a emissÃo eletromagnÃtica do circuito. O conversor proposto apresenta correÃÃo do fator de potÃncia inerente e pode proporcionar isolaÃÃo atravÃs de capacitores. TambÃm se propÃe a utilizaÃÃo de duas topologias de filtro LC sintonizado (filtro LC paralelo e LC sÃrie) para reduzir a ondulaÃÃo da corrente de saÃda do conversor, evitando a utilizaÃÃo de capacitores eletrolÃticos. Um estudo teÃrico do conversor proposto à realizado atravÃs das anÃlises qualitativa e quantitativa, nas quais sÃo determinados os esforÃos de tensÃo e corrente nos principais componentes e tambÃm as perdas nos componentes do conversor. Um protÃtipo de laboratÃrio de 51 W com tensÃo de entrada eficaz de 220 V à projetado e testado experimentalmente. Os resultados de simulaÃÃo e experimentais sÃo apresentados e discutidos, demostrando a viabilidade tÃcnica do conversor proposto. Para a condiÃÃo de carga nominal o conversor apresenta rendimento de 75,3% e fator de potÃncia de entrada de 0,996, respeitando os limites de emissÃo de harmÃnicos determinados pela norma IEC 61000-3-2. Com a aplicaÃÃo do filtro LC paralelo, conectado em sÃrie com os LEDs, obtÃm-se ondulaÃÃo de corrente de saÃda de aproximadamente 68%, sendo essa topologia a que apresenta melhor desempenho, entre os filtros testados, estando apta a substituir o capacitor eletrolÃtico de saÃda. / This work presents a study and development of a switched capacitor-based converter to drive high power light emitting diodes (LEDs) fed from the main grid. Unlike to conventional constant current dc drivers, the current through LEDs is provided by a switched capacitor. The proposed converter approach differs from the traditional switched-capacitor-based one, because it uses an inductance to avoid the forced charging and discharging operation, reducing current spikes and EMI in the circuit. The proposed converter provides inherent power factor correction and it can provide isolation by capacitors. It is also proposed the use of two tuned LC filter topologies (parallel LC filter and series LC filter) to reduce the output current ripple, avoiding the use of large electrolytic capacitors. A theoretical analysis of the proposed converter is performed via quantitative and qualitative analysis, which determines the voltage and current efforts in main components and also losses in the converter. A 51 W, 220 V RMS laboratory prototype is designed and tested experimentally. Simulation and experimental results are presented and discussed demonstrating the technical feasibility of the proposed converter. At rated load, the converter features an efficiency of 75.3% and an input power factor of 0.996, while respecting emission limits of harmonics determined by IEC 61000-3-2. For the application of the parallel LC filter, connected in series with LED array, it is obtained output current ripple of approximately 68%. This topology presented better performance, between tested topologies, being able to replace the output electrolytic capacitor.

nÃo hà / O presente estudo tem por objetivo descrever a metodologia de construÃÃo de um diagnÃstico de qualidade de energia elÃtrica e a avaliaÃÃo de desempenho, quanto à qualidade de energia, da rede elÃtrica do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do CearÃ. SÃo abordados os principais conceitos relativos ao estudo da qualidade da energia elÃtrica e da eficiÃncia energÃtica, alÃm das normas nacionais e internacionais que discorrem acerca destes temas. Considerando as instruÃÃes normativas e os valores de referÃncia estabelecidos nestes documentos, à descrita uma metodologia de anÃlise dos dados de mediÃÃo coletadas em um transformador de distribuiÃÃo da rede, utilizando o ExcelÂ, e as etapas da construÃÃo de um diagnÃstico de qualidade de energia para este ponto do sistema elÃtrico. A aplicaÃÃo do mÃtodo descrito à estendida à rede elÃtrica que supre o Centro de Tecnologia, utilizando os dados coletados a partir de um plano de mediÃÃo realizado nos quinze transformadores ativos que compÃem a rede. A partir da realizaÃÃo do plano, sÃo apresentados a anÃlise dos dados coletados e o diagnÃstico da rede, no que se refere à qualidade de energia elÃtrica. Os resultados obtidos demonstram que os Ãndices de qualidade de energia elÃtrica e eficiÃncia energÃtica da rede em estudo violaram os valores de referÃncia normativamente estabelecidos, principalmente no que diz respeito ao fator de potÃncia e distorÃÃo harmÃnica total de corrente, alÃm do baixo carregamento dos transformadores, justificando as aÃÃes corretivas e preventivas propostas neste trabalho para elevaÃÃo da qualidade da energia e do uso eficiente e racional deste recurso na rede monitorada. Para as taxas de distorÃÃo harmÃnica de corrente, por exemplo, todos os pontos monitorados apresentaram pelo menos 80% de amostras superiores ao valor de referÃncia de 5%. Similarmente, o fator de potÃncia foi violado em todos os pontos monitorados, resultando no dimensionamento de banco de capacitores para compensaÃÃo de reativos com potÃncias nominais estimadas de 4 kVAr a 90 kVAr. Verificaram-se ainda reduÃÃes de atà 74% do fator de potÃncia devidas à presenÃa de correntes harmÃnicas. Quanto ao carregamento dos transformadores, diversas unidades monitoradas mostraram-se subutilizadas, ocorrendo Ãndices de carregamento inferiores a 10% em mais da metade do tempo de monitoramento em treze pontos monitorados.

nÃo hà / Monitoring systems are important for debugging and analyzing Wireless Sensor Networks (WSN). In passive monitoring, a monitoring network needs to be deployed in addition to the network to be monitored, called target network. The monitoring network captures and analyzes packets sent by the target network. An energy-efficient passive monitoring system is necessary when there is a need to monitor a WSN in a real scenario because the lifetime of the monitoring network is extended and, consequently, the target network benefits from the monitoring for a longer time. In this thesis, initially, the main passive monitoring systems proposed for WSN have been identified, analyzed and compared. During the literature review, no passive monitoring system for WSN that aims to reduce the energy consumption of the monitoring network has been identified. Therefore, this thesis proposes an Energy-efficient Passive MOnitoring System for WSN (EPMOSt) that extends the lifetime of the monitoring network. EPMOSt uses two mechanisms to reduce the energy consumption of the monitoring network: sniffer election and aggregation of headers. By using the sniffer election, in general only one sniffer (a node of the monitoring network) captures packets sent by a given node of the target network, thereby reducing the transmission of packets captured by the monitoring network and, thus, considerably reducing the energy consumption of this network. By using aggregation of headers, only the information present in the headers of captured packets is sent through the monitoring network. Thus, the headers of several packets may be sent in the same monitoring message, hence reducing the overhead of transmission and consequently reducing the energy consumption of the monitoring network. Experiments performed with real sensors and with a WSN simulator in various scenarios are conducted to evaluate the proposed monitoring system. The obtained results show the energy efficiency of the EPMOSt and the viability of using it to monitor WSN in real scenarios. / Sistemas de monitoramento permitem depurar e analisar o funcionamento de uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF). No monitoramento passivo, uma rede de monitoramento adicional à implantada com o intuito de capturar e analisar os pacotes transmitidos pela rede a ser monitorada, denominada rede alvo. Quando se deseja monitorar uma RSSF em um ambiente real, um sistema de monitoramento passivo energeticamente eficiente à necessÃrio, pois, caso contrÃrio, a rede de monitoramento pode ter um tempo de vida bem menor do que a rede alvo. Nesta tese, inicialmente, os principais sistemas de monitoramento passivo propostos para RSSF foram identificados, analisados e comparados. Durante as pesquisas realizadas na literatura, nÃo foi identificado nenhum sistema de monitoramento passivo que se preocupasse em reduzir o consumo de energia da rede de monitoramento. Sendo assim, esta tese propÃe um sistema de monitoramento passivo energeticamente eficiente para RSSF, denominado EPMOSt (Energy-efficient Passive MOnitoring System), que prolonga o tempo de vida da rede de monitoramento. O EPMOSt utiliza dois mecanismos para reduzir o consumo de energia da rede de monitoramento: eleiÃÃo de sniffers (nÃs da rede de monitoramento) e agregaÃÃo de cabeÃalhos. A eleiÃÃo de sniffers garante que durante a maior parte do tempo apenas um sniffer captura os pacotes transmitidos por um determinado nà da rede alvo, reduzindo assim a transmissÃo de pacotes capturados redundantes atravÃs da rede de monitoramento e, consequentemente, reduzindo consideravelmente o consumo de energia desta rede. Com a agregaÃÃo de cabeÃalhos, apenas as informaÃÃes presentes nos cabeÃalhos dos pacotes capturados sÃo enviadas atravÃs da rede de monitoramento. Assim, os cabeÃalhos de vÃrios pacotes podem ser enviados na mesma mensagem de monitoramento, reduzindo assim o overhead de transmissÃo e, consequentemente, reduzindo tambÃm o consumo de energia da rede de monitoramento. Experimentos com sensores reais e com um simulador de RSSF sÃo realizados em vÃrios cenÃrios para avaliar o sistema de monitoramento proposto. Os resultados obtidos mostram a eficiÃncia energÃtica do EPMOSt e a viabilidade de utilizÃ-lo para monitorar RSSF em ambientes reais.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / COSTA, L.H.M. UtilizaÃÃo de um algoritmo genÃtico hÃbrido na operaÃÃo de sistemas de abastecimento de Ãgua com Ãnfase na eficiÃncia energÃtica. Fortaleza, 2010. 146 p. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do CearÃ, Fortaleza, 2010. Em geral, as regras operacionais dos Sistemas de Abastecimento de Ãgua (SAAs) visam à garantia da continuidade do abastecimento pÃblico, sem a consideraÃÃo da variaÃÃo da tarifa energÃtica ao longo do dia. Este fato ocasiona o aumento do custo energÃtico gerado pelos motores das bombas em funcionamento. Entretanto, alÃm da utilizaÃÃo eficiente da tarifa energÃtica, outros aspectos devem ser considerados na operaÃÃo de um SAA tais como, a gama de combinaÃÃes possÃveis de regras operacionais, a variaÃÃo da demanda hÃdrica e a manutenÃÃo dos nÃveis dos reservatÃrios e das pressÃes nos pontos de consumo dentro de seus limites prÃestabelecidos. Isto motivou o desenvolvimento desta pesquisa, que tem como objetivo fornecer ao operador condiÃÃes de operacionalidade nas estaÃÃes elevatÃrias do sistema de forma racional, nÃo dependendo somente de sua experiÃncia profissional. Desta forma, apresenta-se neste trabalho um modelo computacional de apoio à tomada de decisÃo com vistas à minimizaÃÃo dos gastos com energia elÃtrica. Para tanto, fundamenta-se na junÃÃo da tÃcnica dos Algoritmos GenÃticos (AGs) e do simulador hidrÃulico EPANET. O AG à responsÃvel pela busca de estratÃgias operacionais com custo energÃtico reduzido, enquanto que a avaliaÃÃo do desempenho hidrÃulico dessas estratÃgias à feita pelo EPANET. AlÃm disso, devido à alta aleatoriedade caracterÃstica dos AGs, foi incorporado ao mesmo um conjunto de algoritmos determinÃsticos visando tornar o processo o menos estocÃstico possÃvel. Com o acoplamento destes algoritmos ao AG padrÃo desenvolveu-se um Algoritmo GenÃtico HÃbrido (AGH). A metodologia proposta foi avaliada por meio de trÃs estudos de casos, sendo dois hipotÃticos e um real, localizado na cidade de OurÃm, em Portugal. Os resultados obtidos nos trÃs estudos de caso demonstram a superioridade do AGH em relaÃÃo ao AG padrÃo, tanto pelo encontro de melhores soluÃÃes, como na reduÃÃo considerÃvel do tempo computacional demandado para tal feito. Finalmente, espera-se que o desenvolvimento dessa metodologia possa contribuir para o uso de modelos de otimizaÃÃo na operaÃÃo de SAAs em tempo real. / COSTA, L.H.M. Use of hybrid genetic algorithm in the operation in water supply system considering energy efficiency. Fortaleza, 2010. 146 p. Thesis (Doctorate) - Federal University of CearÃ, Fortaleza, 2010. In general, operational rules applied to water distribution systems are created to assure continuity of the public water supply, without taking into account variations of the energy costs during a day. This causes an elevation of the energy costs due to the pumps. Furthermore besides rational use of energy by the pumps, there are other aspects which should be considered in order to achieve an optimized operation of a water transmission system, such as the daily variation of the water demand and the requirements regarded minimum and maximum water levels in the tanks and pressure requirements in the nodes of the water network. The objective of the present work is to develop a computer code which will determine on optimized operation rule for the system which will reach minimum costs of energy used by the pumps. The system is based in the use of Genetic Algorithms (GA) and the hydraulic network computer system EPANET. The GA for of the system is responsible for the search for rules of low energy costs and the hydraulic calculations are done by EPANET. Besides, one major innovation proposed by this research is the introduction of the Hybrid Genetic Algorithm which in order to reduce the stochastic standard aspect of the GA. The proposed methodology was applied to three study cases: two hypothetical and one real which was located in the city of the OurÃm, Portugal. The results of these three study cases clearly show the superiority of the hydrid GA over the standard GA. The hybrid GA not only obtained better solution but also took much less time to run. Finally, it is expected that the use of this methodology will lead to more real time applications.

Ericsson Brasil / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Em um mundo onde as pessoas contam com smartphone, smartwatch, tablet e outros dispositivos para mantÃ-las conectadas onde quer que vÃo, t odos esperam que seus aplicativos sejam executados sem problemas, tais como cham adas abandonadas, download lento e vÃdeos com saltos. Neste contexto, comunicaÃÃo dispositivo-a-dispositivo ( do inglÃs, Device-to-Device (D2D)) constitui uma tecnologia promissora, pois à um tipo de comun icaÃÃo direta e utiliza baixa potÃncia entre dispositivos prÃximos, permitindo-se desv iar o trÃfego da rede mÃvel, aumentar a eficiÃncia espectral e de potÃncia. Do ponto de vista do assi nante, D2D significa usar aplicaÃÃo sem problemas e aumentar o tempo de vida da bateria do celular. No entanto, a fim de realizar os ganhos potenciais das comunic aÃÃes D2D, algumas questÃes-chave devem ser abordadas, pois as comunicaÃÃes D 2D podem aumentar a interferÃncia co-canal e comprometer a qualidade do enlace das comunicaÃÃes celulares. Esta dissertaÃÃo foca em tÃcnicas de Gerenciamento de Recur sos de RÃdio (do inglÃs, Radio Resource Management (RRM)) para mitigar a interferÃncia co -canal para comunicaÃÃes D2D que se baseiam na EvoluÃÃo de Longo Prazo (do inglÃs, Long Ter m Evolution (LTE)), visando a reduÃÃo da interferÃncia intra- e inter-celular e na melho ria da eficiÃncia energÃtica. Os principais esquemas de Controle de PotÃncia (do inglÃs, Pow er Control (PC)) (e.g. OLPC,CLPC e SDPC) e um esquema hÃbrido (CLSD) sÃo calibrados e utilizad os no cenÃrio macro ou micro multicelular, usando diferentes cargas e InformaÃÃo do Est ado do Canal (do inglÃs, Channel State Information (CSI)) perfeita ou imperfeita. AlÃm diss o, o impacto da inclinaÃÃo da antena ( downtilt ) à analisado, que à usada para ajustar o raio de cobertura de u ma Evolved Node B (eNB) e reduzir a interferÃncia co-canal, aumentando o iso lamento de cÃlulas. Os resultados numÃricos indicam que os regimes de controle d e potÃncia e inclinaÃÃo da antena, devidamente calibrados, podem fornecer ganhos p ara a comunicaÃÃo celular e D2D. Em outras palavras, a tecnologia D2D pode ser utilizada para aumentar ainda mais a eficiÃncia de espectro e a eficiÃncia energÃtica se algoritm os de RRM forem utilizados adequadamente / In a world where people count on their smartphone, smartwatch, tablet and other devices to keep them connected wherever they go, they expect its application to run without problems, such as dropped calls, slow download and choppy videos. In this context, Device-to-Device (D2D) communication represents a promising technology, because it is a direct and low-power communication between devices close, allowing to offload the data transport network, increase spectral and power efficiency. From the subscriber point of view, D2D means to use applications without problem and increase battery life. However, in order to realize the potential gains of D2D communications, some key issues must be tackled, because D2D communications may increase the co-channel interference and compromise the link quality of cellular communications. This masterâs thesis focuses on Radio Resource Management (RRM) techniques, especially Power Control (PC) schemes, to mitigate the co-channel interference for D2D communications underlaying a Long Term Evolution (LTE) network, aiming at the reduction of the intra- and inter- cell interference and at the improvement of energy efficiency. The main PC schemes (e.g. OLPC, CLPC and SDPC) and a hybrid scheme (CLSD) are calibrated and used in macro- or micro- multicell scenario, using different loads and imperfect Channel State Information (CSI). In addition, the impact of downtilt is analyzed, which is used to adjust the coverage radius of an Evolved Node B (eNB) and reduce co-channel interference by increasing cell isolation. The numerical results indicate that PC schemes and downtilt, duly calibrated, can provide gains to cellular and D2D communications. In other words, D2D technology can be used to further increase the spectral and energy efficiency if RRM algorithms are used suitably.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / With the globalization and the competitiveness in all the levels of the industrial sector, the final product quality search became higher. On the other hand, energy saving became another important factor in modern industry. The consumption of electric energy in the industrial sector represents 45.5% of the total consumption of the country. The motor force represents most of this consumption, arriving to be superior of 80% in the textile, paper and cellulose sectors. This work presents two strategies of control, auto-adjustable PID and fuzzy controller, the objectives are a better final product quality and the energy saving. Ventilation and compression industrials process are used in this work. An analysis of limit cyclesâ presence through the descriptive function of the fuzzy controller is carried through, providing a previously validation of fuzzy controllerâs parameters by simulations, saving time in the adjust phase. Set-point changes are easily made and on-line, still the process is running, in the two considered controllers. Comparisons of energy consumption are made between the conventional strategies and the two strategies considered in this work. / Com a globalizaÃÃo e a competitividade em todos os nÃveis do setor industrial, a qualidade do produto final se tornou de importÃncia crescente. Por outro lado, a conservaÃÃo de energia no setor industrial se tornou outro fator importante na indÃstria moderna. O consumo de energia elÃtrica do setor industrial representa 45,5% do consumo total do paÃs. A forÃa motriz representa a maior parte deste consumo, chegando a ser superior a 80% nos setores tÃxtil, de papel e celulose. Este trabalho apresenta duas estratÃgias de controle, PID auto-ajustÃvel e controlador nebuloso, e tÃm como objetivos tanto a qualidade do produto final quanto a eficiÃncia energÃtica. SÃo utilizados processos de ventilaÃÃo e de compressÃo em escala industriais. Uma anÃlise da presenÃa dos ciclos limites atravÃs da funÃÃo descritiva do controlador nebuloso à realizada, de forma que os parÃmetros do controlador nebuloso podem ser previamente validados atravÃs de simulaÃÃes, poupando tempo na fase de ajuste dos parÃmentros do controlador. MudanÃas de set-point sÃo facilmente realizadas de forma online e sem que o funcionamento do processo seja descontinuado, nos dois controladores propostos. ComparaÃÃes quanto ao consumo de energia sÃo realizadas usando as estratÃgias de controle convencionais e as proposta neste trabalho.

nÃo hà / O uso racional de recursos à pauta recorrente nas discussÃes acerca do desenvolvimento sustentÃvel e tem estimulado o projeto de equipamentos mais eficientes quanto ao consumo de energia elÃtrica. Agentes regulamentadores e certificadores estabelecem regras para o funcionamento e para a classificaÃÃo de eletrodomÃsticos quanto ao consumo de energia elÃtrica a fim de formalizar a relaÃÃo entre o desempenho dos mesmos e a manutenÃÃo indefinida dos recursos. Nesse contexto, lanÃa-se mÃo do projeto de um controlador preditivo baseado em modelo aplicado à regulaÃÃo da temperatura do reservatÃrio de Ãgua gelada de um refrigerador termoelÃtrico obedecendo as especificaÃÃes da norma internacional ANSI18 que determina condiÃÃes funcionais para bebedouros com refrigeraÃÃo mecÃnica incorporada, concomitantemente buscando atender aos requisitos para a certificaÃÃo ENERGY STAR quanto ao critÃrio de eficiÃncia energÃtica. Para tanto foram realizadas as etapas de i) Modelagem e IdentificaÃÃo do Processo: foi desenvolvido um modelo em termos de funÃÃo de transferÃncia do sistema de refrigeraÃÃo termoelÃtrico de fluidos atravÃs de modelagem fenomenolÃgica; foram realizados experimentos para a identificaÃÃo de parÃmetros de modelos discretos pelo mÃtodo caixa branca; foi desenvolvido critÃrio de seleÃÃo de modelo baseado na capacidade de simulaÃÃo e caracterÃsticas do resÃduo de simulaÃÃo; ii) Estudo do Controlador Preditivo Baseado em Modelo: foi projetado e implementado na planta um controlador preditivo baseado em um dos modelos parametrizados para regulaÃÃo da temperatura do reservatÃrio interno; foi analisado o desempenho do controlador segundo a norma regulamentadora; iii) Estudo da EficiÃncia do Controlador: foi analisado o desempenho do controlador quanto a capacidade do protÃtipo em atender aos requisitos que o qualificam à obtenÃÃo de certificado segundo critÃrio de eficiÃncia energÃtica para regulaÃÃo da temperatura interna do reservatÃrio e, por fim, realizado um estudo comparativo entre a estratÃgia de controle biestÃvel aplicada atualmente ao processo e a estratÃgia proposta. / The rational use of resources is a recurring theme in sustainable development discussions and has stimulated the development of more efficient electrical power consumption appliances. Regulators and Certifiers agencies set standards for the functionality requirements and for the electric power consumption classification of devices in order to formalize the relationship between performance and maintenance of these resources indefinitely. Thus a model based predictive controller was applied to a thermoelectric cooler to attain the international standard ANSI18 specifications for water cooler dispensers and to meet ENERGY STAR$ iny^{ extregistered}$ energy efficiency requirements. A phenomenological linear model was obtained and the respective parameters were identified by using least squares algorithm; experiments were performed to identify the parameters of the discrete transfer functions; a model criterion selection based on simulation capabilities and residue characteristics was developed; a model based predictive controller was designed and applied using one of the models identified; the controller performance was analyzed attending to the ANSI18 standard and according to energy performance certificates; a comparative study between the bistable control and the proposed strategy was made for performance analysis. Simulation and experimental tests have shown compromise between the simulation capability and residue characteristic criterion. The closed loop system behavior allowed energy saving in standby temperature regulating compared to thermostat control mode. The new control strategy achieved ENERGY STAR energy-efficiency criteria certification requirements infeasible for traditional regulation.