Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, novos requerimentos de conexão às redes elétricas são solicitados constantemente como conseqüência do crescimento econômico e da conseqüente expansão da rede elétrica. Uma empresa distribuidora que atenda a uma cidade de grande porte recebe a cada mês um elevado número de solicitações de conexão de novas cargas. Assim, um dos principais desafios das áreas de projeto das empresas distribuidoras é encontrar a melhor forma, tanto técnica como economicamente, de atender a estas solicitações. Devido ao volume do trabalho envolvido, bem como à escassez de dados detalhados da rede elétrica, a prática convencional estabelece filtros para reduzir o número de estudos associados às novas cargas. Normalmente, estes filtros são baseados em um valor limite de demanda máxima. Se a nova carga possui uma demanda máxima inferior ao limite, a nova carga é ligada diretamente, sem a execução de estudos elétricos. Se, por outro lado, a demanda máxima da nova carga excede o limite, então um estudo detalhado é iniciado. Esta prática pode levar a duas decisões equivocadas por parte da empresa: (i) não-execução de um estudo quando ele era necessário, e (ii) execução de um estudo desnecessariamente. A situação de escassez de dados detalhados está mudando rapidamente nos últimos anos no mundo da distribuição de energia elétrica. Há atualmente poderosos sistemas geo-referenciados que permitem associar cada elemento da rede elétrica a uma posição geográfica bem definida. Além disso, estes sistemas contam com o apoio de bases de dados que possuem recursos para cadastrar e administrar o enorme volume de dados associados às redes de distribuição de energia elétrica. Esta nova realidade conduz naturalmente ao desenvolvimento de modelos mais sofisticados que permitem aprimorar muito a qualidade dos serviços prestados pelas empresas distribuidoras. Este trabalho propõe, desenvolve e implementa uma nova metodologia de apoio à decisão no que se refere à ligação de novas cargas em redes de distribuição de energia elétrica. A metodologia está baseada no conceito inovador de folga de potência, estabelecido no âmbito deste trabalho, pelo qual calcula-se a priori e em cada ponto da rede a máxima carga que pode ser conectada sem que os critérios técnicos, de tensão mínima e máximo carregamento, sejam transgredidos. A natureza da metodologia proposta elimina automaticamente a possibilidade de ocorrência das duas decisões equivocadas comentadas anteriormente. A utilização da metodologia desenvolvida é ilustrada através de diversos exemplos de aplicação que utilizam redes reais de distribuição, em baixa e média tensão. / Economic growth and the associated expansion of the electrical power system naturally lead to a large number of new loads being connected to the existing network. As a consequence, one of the main challenges faced by the design areas in electrical utilities refers to the problem of finding the best solution among various alternatives for connecting a new load, from both technical and economic viewpoints. Owing to the large size of the problem, and also to the lack of detailed data associated with distribution systems, electrical utilities adopted in the past a few filtering techniques so as to reduce the amount of work to reasonable levels. These filters usually define a limit for the maximum demand declared by a new customer. If the required maximum demand does not exceed the limit, the new load is connected straight away without carrying out any electrical study. On the other hand, when the maximum demand does exceed this limit, a detailed analysis is executed. Despite the savings brought about by this technique, it may lead to two potentially wrong decisions: (i) overseeing a detailed analysis when it is needed, and (ii) carrying out a study when it is not necessary. Concerning the lack of detailed data, fortunately this situation has been improving rapidly in the last few years. Currently, there exist powerful georreferenced systems capable of associating every component of the electrical system with a well-defined geographical location. These systems usually rely on supporting databases which allow efficient management of the huge amount of data normally associated with distribution networks. This new standpoint naturally leads to the development of more sophisticated models which allow considerable improvements on the quality of services offered by the utilities. This work presents a new methodology aimed at supporting the decision-making process regarding the connection of new loads in electrical distribution networks. The methodology is based upon the innovative concept of capacity margin, established within this work, by which the maximum load that can be connected to any given point is computed in advance in offline mode. The criteria for finding the maximum load are based on the common requirements of minimum voltage and maximum loading. The proposed methodology automatically eliminates the two wrong decisions mentioned above. The application of the proposed methodology is illustrated through various examples which use real distribution networks, at both low and medium voltage levels.

Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, novos requerimentos de conexão às redes elétricas são solicitados constantemente como conseqüência do crescimento econômico e da conseqüente expansão da rede elétrica. Uma empresa distribuidora que atenda a uma cidade de grande porte recebe a cada mês um elevado número de solicitações de conexão de novas cargas. Assim, um dos principais desafios das áreas de projeto das empresas distribuidoras é encontrar a melhor forma, tanto técnica como economicamente, de atender a estas solicitações. Devido ao volume do trabalho envolvido, bem como à escassez de dados detalhados da rede elétrica, a prática convencional estabelece filtros para reduzir o número de estudos associados às novas cargas. Normalmente, estes filtros são baseados em um valor limite de demanda máxima. Se a nova carga possui uma demanda máxima inferior ao limite, a nova carga é ligada diretamente, sem a execução de estudos elétricos. Se, por outro lado, a demanda máxima da nova carga excede o limite, então um estudo detalhado é iniciado. Esta prática pode levar a duas decisões equivocadas por parte da empresa: (i) não-execução de um estudo quando ele era necessário, e (ii) execução de um estudo desnecessariamente. A situação de escassez de dados detalhados está mudando rapidamente nos últimos anos no mundo da distribuição de energia elétrica. Há atualmente poderosos sistemas geo-referenciados que permitem associar cada elemento da rede elétrica a uma posição geográfica bem definida. Além disso, estes sistemas contam com o apoio de bases de dados que possuem recursos para cadastrar e administrar o enorme volume de dados associados às redes de distribuição de energia elétrica. Esta nova realidade conduz naturalmente ao desenvolvimento de modelos mais sofisticados que permitem aprimorar muito a qualidade dos serviços prestados pelas empresas distribuidoras. Este trabalho propõe, desenvolve e implementa uma nova metodologia de apoio à decisão no que se refere à ligação de novas cargas em redes de distribuição de energia elétrica. A metodologia está baseada no conceito inovador de folga de potência, estabelecido no âmbito deste trabalho, pelo qual calcula-se a priori e em cada ponto da rede a máxima carga que pode ser conectada sem que os critérios técnicos, de tensão mínima e máximo carregamento, sejam transgredidos. A natureza da metodologia proposta elimina automaticamente a possibilidade de ocorrência das duas decisões equivocadas comentadas anteriormente. A utilização da metodologia desenvolvida é ilustrada através de diversos exemplos de aplicação que utilizam redes reais de distribuição, em baixa e média tensão. / Economic growth and the associated expansion of the electrical power system naturally lead to a large number of new loads being connected to the existing network. As a consequence, one of the main challenges faced by the design areas in electrical utilities refers to the problem of finding the best solution among various alternatives for connecting a new load, from both technical and economic viewpoints. Owing to the large size of the problem, and also to the lack of detailed data associated with distribution systems, electrical utilities adopted in the past a few filtering techniques so as to reduce the amount of work to reasonable levels. These filters usually define a limit for the maximum demand declared by a new customer. If the required maximum demand does not exceed the limit, the new load is connected straight away without carrying out any electrical study. On the other hand, when the maximum demand does exceed this limit, a detailed analysis is executed. Despite the savings brought about by this technique, it may lead to two potentially wrong decisions: (i) overseeing a detailed analysis when it is needed, and (ii) carrying out a study when it is not necessary. Concerning the lack of detailed data, fortunately this situation has been improving rapidly in the last few years. Currently, there exist powerful georreferenced systems capable of associating every component of the electrical system with a well-defined geographical location. These systems usually rely on supporting databases which allow efficient management of the huge amount of data normally associated with distribution networks. This new standpoint naturally leads to the development of more sophisticated models which allow considerable improvements on the quality of services offered by the utilities. This work presents a new methodology aimed at supporting the decision-making process regarding the connection of new loads in electrical distribution networks. The methodology is based upon the innovative concept of capacity margin, established within this work, by which the maximum load that can be connected to any given point is computed in advance in offline mode. The criteria for finding the maximum load are based on the common requirements of minimum voltage and maximum loading. The proposed methodology automatically eliminates the two wrong decisions mentioned above. The application of the proposed methodology is illustrated through various examples which use real distribution networks, at both low and medium voltage levels.

A tendência da indústria aeronáutica comercial é o desenvolvimento de aviões mais eficientes em termos de consumo de combustível e custos operacionais diretos. No que diz respeito ao consumo de combustível, algumas estratégias da indústria aeronáutica são o uso de uma aerodinâmica mais eficiente, materiais mais leves e motores e sistemas mais eficientes. O motor turbo jato convencional fornece potência elétrica para os sistemas de cabine (luzes, entretenimento, cozinha) e aviônicos, potência hidráulica para os sistemas de controle de vôo e potência pneumática para proteção contra formação de gelo e unidade de controle ambiental. Motores mais eficientes e diferentes tipos de arquiteturas de sistemas, como os sistemas mais elétricos, são promessas para reduzir o consumo de combustível. A fim de comparar os processos energéticos das arquiteturas de sistemas e motor numa mesma base, a exergia é o verdadeiro valor termodinâmico que deve ser utilizada como ferramenta de decisão para projeto de sistemas, motores e aeronaves, assim como parâmetro de otimização. Trabalhos de outros autores focaram apenas em redução da exergia destruída e nenhum trabalho apresentou um método harmonizador que consolide os parâmetros já existentes e crie outros parâmetros comparativos entre sistemas. Este trabalho propõe um método baseado em análise exergética para concepção e avaliação de sistemas aeronáuticos, que pode ser aplicado ao projeto de uma nova aeronave desde as fases de estudos conceituais e ante projeto até a fase de definição. O método pode suportar o projeto completo de uma aeronave como um único sistema, pois integra todos os subsistemas numa mesma estrutura. Os principais índices propostos neste trabalho são: exergia destruída, rendimento exergético, consumo específico de exergia, exergia destruída na missão e eficiência exergética da missão. Este trabalho também apresenta resultados comparativos ao aplicar o método exergético entre versões de uma mesma aeronave comercial regional, considerando sistemas de gerenciamento de ar (sistema de extração pneumática, unidade de controle ambiental e sistema de proteção contra formação de gelo) convencionais e mais elétricos. Para tanto, quantificam-se os requisitos de dimensionamento e faz-se a modelagem termodinâmica dos sistemas convencionais e mais elétricos, assim como a modelagem do motor para ambas as versões da aeronave. Os resultados da aplicação do método exergético evidenciam que os sistemas convencionais de gerenciamento de ar são os maiores consumidores de exergia de uma aeronave e que a substituição por sistemas mais elétricos é uma boa alternativa para melhorar a eficiência termodinâmica da mesma. Considerando os mesmos requisitos exergéticos de tração entre as duas versões de aeronaves, a abordagem mais elétrica apresenta maiores rendimentos exergéticos de missão em torno de 0,5%. Entretanto, a análise completa também leva em conta as diferenças de peso e arrasto entre as duas versões de aeronaves, a qual evidencia que a escolha por sistemas mais elétricos deve ser guiada pela variação dos requisitos de tração que esta aeronave possui com relação ao avião com sistemas convencionais. / A tendency of the commercial aeronautical industry is to develop more efficient aircraft in terms of fuel consumption and direct operational costs. Regarding fuel consumption, some strategies of the aeronautical industry are to use more efficient aerodynamics, lightweight materials and more efficient engines and systems. The conventional turbo fan engine mainly provides electric power for cabin systems (lights, entertainment, galleys) and avionics, hydraulic power for flight control systems and bleed air for ice protection and environmental control systems. More efficient engines and different types of systems architectures, such as more electric systems, are a promise to reduce fuel consumption. In order to compare the energy processes of systems and engine architectures at the same basis, exergy is the true thermodynamic value that shall be used as a decision tool to aircraft systems and engine design, and also as an optimization tool. Other works have focused only on reduction of exergy destruction and none have presented a method that harmonizes and consolidates the existing comparative parameters and creates new parameters among systems. This work proposes a method based on exergy analysis for conception and assessment of aircraft systems, that can be applied to an aircraft project from the conceptual and preliminary designs to the detail design. The method can support the design of the complete vehicle as a system and all of its subsystems in a common framework. The main proposed parameters in this work are: exergy destruction, exergy efficiency, specific exergy consumption, mission exergy destruction and mission exergy efficiency. This work also presents comparative results by applying the method to conventional and more electric version of the same regional commercial aircraft, considering conventional and electric air management systems (bleed system, environmental control system and ice protection system). In order to, sizing requirements are evaluated and thermodynamic models are performed for both conventional and more electric air management systems, and also engine models are performed for both aircraft. Results show that conventional air management systems are the higher exergy consumers among aircraft systems and the substitution for more electric systems is a good alternative to improve the aircraft thermodynamic efficiency. Considering the same thrust exergy requirements for both aircraft, the more electric version presents higher mission exergy efficiency around 0.5%. However, a complete trade-off also takes into account weight and drag differences of both versions, which makes evident that the selection for more electric systems must be driven by the variation of thrust requirements between more electric and conventional aircraft.

O presente trabalho pretende identificar o modelo ideal para um regulador eletrônico de velocidade por comutação de cargas de controle, com o intuito de baratear o investimento de implantação, e os custos de manutenção de uma microcentral hidroelétrica. Seguindo este mesmo objetivo de barateamento de custos, o trabalho mostra também que é possível se encontrar um tipo de turbina hidráulica e um tipo de máquina elétrica ideais para esta utilização. O trabalho faz a descrição dos vários tipos de turbinas utilizadas de acordo com as alturas de queda d\'agua e com as vazões que se enquadram dentro do conceito de microcentral. A seguir é abordado um estudo dos principais tipos de geradores elétricos, enfatizando-se aqueles que são mais viáveis para este tipo de aplicação. Depois é feita um descrição dos principais tipos de reguladores de velocidade, desde os clássicos eletromecânicos utilizados em centrais convencionais, até os chamados reguladores eletrônicos de velocidade que são utilizados tanto em centrais convencionais, como em microcentrais. Finalmente, faz-se um modelo matemático para uma microcentral a partir de simplificações de um modelo de uma central convencional para compará-lo com modelo identificado a partir dos ensaios realizados em campo. / This present work deals with micro hydropower electric systems and has its enphasis on the study of the turbine speed regulation by a electronic system. The proposed speed regulator is of local commutation type, where the constant speed is achieved by the constant demand of energy from the generator. The study presents a bibliographical revision seting up the state of art on micro-hydropower. Following this revision, the system modelling is studied. Theoretical and practical results are used the system modelling. Substancial cost reduction may be achieved using this technology in many ways: civil engineering works; elimination of the conventional turbine speed governor - not only because the governor is itself an expensive item, but because its removal permits simplification of the turbine, particularly where high efficiency is not a dominant concern. The simplified turbine design may lend itself to large-volume production at low unit cost, or it may permit manufacture in a Third World workshop using local labour and readily available materials. Finnaly this work implements a PID controller for regulation the system frequency.

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:16:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gustavo Cunha.pdf: 1000425 bytes, checksum: fc84dd761ea9f58fc46869f1324d8e1d (MD5) Previous issue date: 2011-09-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper presents a model for solving multiobjective linear programming problems based on the calculation of the minimum fuzzy distance. The theoretical principles outline some elements of the fuzzy logic as well as crisp multiobjective optimization elements needed for the formulation of the model. Moreover, some classical multiobjective methods are presented and classified in three types: a priori, a posteriori and interactive. From these elements we formulate the method for finding an efficient solution from the minimal fuzzy distance, obtained through a subproblem which is calculated based on the L1 metric. At the end, a study case is done in the context of energy planning in isolated electric systems in which we analyze the inclusion of biodiesel as input for electricity generation taking into account the values of the overall cost for generation and number of direct jobs promoted using this technology. In addition, we evaluate, from the values obtained, the environmental impact represented here by the emission of carbon dioxide with the use of their inputs. / Neste trabalho apresenta-se um modelo para solução de problemas de programação linear multiobjetivo baseado no cálculo da distância mínima fuzzy. Os fundamentos teóricos discorrem sobre alguns elementos de lógica fuzzy bem como elementos de otimização multiobjetivo crisp necessários para formulação do modelo. Além disso, apresentam-se alguns métodos multiobjetivo clássicos que são classificados em três tipos: à Priori, à Posteriori e Interativos. A partir destes elementos, formula-se o método para encontrar uma solução eficiente a partir da distância mínima fuzzy, obtida através de um subproblema calculado com base na métrica L1. Ao final, faz-se um estudo de caso no contexto do planejamento energético de sistemas elétricos isolados sobre o qual se analisa a inclusão do biodiesel como insumo para geração de energia elétrica levando em consideração os valores do custo global para geração e número de empregos diretos promovidos com a utilização dessa tecnologia. Além disso, avalia-se, a partir dos valores obtidos, o impacto ambiental representado aqui pela emissão de dióxido de carbono com a utilização dos respectivos insumos.

O presente trabalho pretende identificar o modelo ideal para um regulador eletrônico de velocidade por comutação de cargas de controle, com o intuito de baratear o investimento de implantação, e os custos de manutenção de uma microcentral hidroelétrica. Seguindo este mesmo objetivo de barateamento de custos, o trabalho mostra também que é possível se encontrar um tipo de turbina hidráulica e um tipo de máquina elétrica ideais para esta utilização. O trabalho faz a descrição dos vários tipos de turbinas utilizadas de acordo com as alturas de queda d\'agua e com as vazões que se enquadram dentro do conceito de microcentral. A seguir é abordado um estudo dos principais tipos de geradores elétricos, enfatizando-se aqueles que são mais viáveis para este tipo de aplicação. Depois é feita um descrição dos principais tipos de reguladores de velocidade, desde os clássicos eletromecânicos utilizados em centrais convencionais, até os chamados reguladores eletrônicos de velocidade que são utilizados tanto em centrais convencionais, como em microcentrais. Finalmente, faz-se um modelo matemático para uma microcentral a partir de simplificações de um modelo de uma central convencional para compará-lo com modelo identificado a partir dos ensaios realizados em campo. / This present work deals with micro hydropower electric systems and has its enphasis on the study of the turbine speed regulation by a electronic system. The proposed speed regulator is of local commutation type, where the constant speed is achieved by the constant demand of energy from the generator. The study presents a bibliographical revision seting up the state of art on micro-hydropower. Following this revision, the system modelling is studied. Theoretical and practical results are used the system modelling. Substancial cost reduction may be achieved using this technology in many ways: civil engineering works; elimination of the conventional turbine speed governor - not only because the governor is itself an expensive item, but because its removal permits simplification of the turbine, particularly where high efficiency is not a dominant concern. The simplified turbine design may lend itself to large-volume production at low unit cost, or it may permit manufacture in a Third World workshop using local labour and readily available materials. Finnaly this work implements a PID controller for regulation the system frequency.

Orientador: Carlos Alberto Mariotoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-07T09:16:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_PauloRobertodos_M.pdf: 2495350 bytes, checksum: 10a41e1d4144db2a991b1b570a7bc2f5 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A eletricidade assume cada vez mais importância na matriz energética e muitas ações, baseadas em planejamentos sérios, são necessárias para garantia de que haverá a disponibilidade das necessidades futuras. Para se ter parâmetros que possam balizar esses planejamentos, se faz necessário conhecer os usos atuais, e com bases nestes, seguir modelos de previsões que mostrem quais serão essas necessidades futuras. Estando focado no consumo de energia elétrica para fins residenciais, verifica-se que seus valores estão intimamente ligados aos comportamentos dos usuários e muitos métodos de previsão apresentam a área das edificações como parâmetro para indicação da demanda e consumo. Teve-se como objetivo verificar o consumo de energia elétrica em uma amostra dos apartamentos residenciais de Campinas, e escolheram-se para estudo algumas variáveis que pudessem estar associadas aos comportamentos dos usuários e representar este consumo. Foi feita uma pesquisa de levantamento de formulários em 540 apartamentos, nos quais se questionou o consumo de energia elétrica mensal, número de ocupantes, idades, escolaridades, renda familiar e posse de equipamentos eletrodomésticos. Para evitarem-se vícios na amostra, foram estudadas as divisões regionais oficiais da cidade, e de acordo com esse estudo, calculou-se uma amostragem que seguisse a proporção da população espalhada por essas diversas regiões. Os formulários foram distribuímos de acordo com essa proporcionalidade. As respostas foram agrupadas em um banco de dados e foram usados cálculos estatísticos para estratificação dos resultados da amostragem. Foi usada regressão múltipla para se verificar quais variáveis seriam mais representativas do consumo de energia elétrica residencial. Na comparação dos dados dos eletrodomésticos com o consumo, percebeu-se com surpresa que os dados de sugestão do PROCEL apresentaram valores bem maiores de consumo que os observados na amostra estudada. Também se encontrou que o número de moradores, a renda familiar, a faixa etária desses moradores e a posse dos equipamentos eletrodomésticos são variáveis representativas desse consumo. O consumo médio encontrado foi de 163 kWh/mês por apartamento e a variável ¿área do apartamento¿ mostrou-se ser insuficiente para indicar a previsão de consumo e demanda devido ao seu baixo coeficiente de correlação com o mesmo. Os resultados desta análise são de grande importância, pois mostram que são necessárias atualizações nos valores de consumo e novas formulações que considerem outras variáveis para indicação dos consumos atuais de energia e poder-se então, fazer um planejamento para o futuro / Abstract: As time goes by, the electricity assumes more importance in the energy matrix and many actions, based on serious planning, are necessary for guarantee that we will have the availability of the necessary future amounts. In order to have parameters that can give support to these planning, it is necessary to know the current uses, and based in these knowledge, to follow forecast models that can show what will be these future necessities. Looking for the consumption of electric energy for household sector, it was verified that the values are strongly linked with the users¿ behaviors and many methods of forecast present the squares of the buildings as parameter for indication of the demand and electrical energy consumption. The objective of this work was to verify the electric energy consumption in a sample of residential apartments of Campinas, São Paulo, Brazil. Some variables were chosen for study that could be linked with the users¿ behaviors and by this way, it was tried to find the most representative variable of this consumption. For this, it was made a survey research through forms in 540 apartments of Campinas in which it was asked for the monthly electric energy consumption and other variable as number of inhabitants, distribution ages, instructions, familiar income and household-electric appliances ownership. In order to be more representative as possible and avoid mistakes caused by chose just part of the population, It was studied the city official regional divisions and made a sampling that followed the ratio of the population distributed for these several regions. The forms were distributed in accordance with this distribution study. The answers were grouped in a database; were used statistical calculations to separate the sampling studied results and to make analysis of them. It was made multiple regressions to verify which variable would be more representative of the household electric energy consumption in the sample. In comparison between the household-electric appliances consumption data, where it was used suggestion values of the PROCEL (Government Program of Energetic Efficiency), with the sample consumption, surprised because the appliances data had bigger values of consumption than it was observed in the studied sample. Also was found that the numbers of inhabitants, the familiar income, the ages of the inhabitants and the household-electric appliances ownership are representative factors of the consumption. The average consumption found was 163 kWh/month for apartment and the variable ¿squares of the apartment¿ revealed to be insufficient to indicate the forecast of consumption and demand due to it have low correlation coefficient with the consumption. This analysis results have great importance because they show that are necessary new updates in the consumption values and also that is necessary to discover new formularizations, which need to consider different variables that presented in oldies studies, to let us to know the real current consumptions of electric energy and help to make planning for the future / Mestrado / Recursos Hidricos / Mestre em Engenharia Civil

A tendência da indústria aeronáutica comercial é o desenvolvimento de aviões mais eficientes em termos de consumo de combustível e custos operacionais diretos. No que diz respeito ao consumo de combustível, algumas estratégias da indústria aeronáutica são o uso de uma aerodinâmica mais eficiente, materiais mais leves e motores e sistemas mais eficientes. O motor turbo jato convencional fornece potência elétrica para os sistemas de cabine (luzes, entretenimento, cozinha) e aviônicos, potência hidráulica para os sistemas de controle de vôo e potência pneumática para proteção contra formação de gelo e unidade de controle ambiental. Motores mais eficientes e diferentes tipos de arquiteturas de sistemas, como os sistemas mais elétricos, são promessas para reduzir o consumo de combustível. A fim de comparar os processos energéticos das arquiteturas de sistemas e motor numa mesma base, a exergia é o verdadeiro valor termodinâmico que deve ser utilizada como ferramenta de decisão para projeto de sistemas, motores e aeronaves, assim como parâmetro de otimização. Trabalhos de outros autores focaram apenas em redução da exergia destruída e nenhum trabalho apresentou um método harmonizador que consolide os parâmetros já existentes e crie outros parâmetros comparativos entre sistemas. Este trabalho propõe um método baseado em análise exergética para concepção e avaliação de sistemas aeronáuticos, que pode ser aplicado ao projeto de uma nova aeronave desde as fases de estudos conceituais e ante projeto até a fase de definição. O método pode suportar o projeto completo de uma aeronave como um único sistema, pois integra todos os subsistemas numa mesma estrutura. Os principais índices propostos neste trabalho são: exergia destruída, rendimento exergético, consumo específico de exergia, exergia destruída na missão e eficiência exergética da missão. Este trabalho também apresenta resultados comparativos ao aplicar o método exergético entre versões de uma mesma aeronave comercial regional, considerando sistemas de gerenciamento de ar (sistema de extração pneumática, unidade de controle ambiental e sistema de proteção contra formação de gelo) convencionais e mais elétricos. Para tanto, quantificam-se os requisitos de dimensionamento e faz-se a modelagem termodinâmica dos sistemas convencionais e mais elétricos, assim como a modelagem do motor para ambas as versões da aeronave. Os resultados da aplicação do método exergético evidenciam que os sistemas convencionais de gerenciamento de ar são os maiores consumidores de exergia de uma aeronave e que a substituição por sistemas mais elétricos é uma boa alternativa para melhorar a eficiência termodinâmica da mesma. Considerando os mesmos requisitos exergéticos de tração entre as duas versões de aeronaves, a abordagem mais elétrica apresenta maiores rendimentos exergéticos de missão em torno de 0,5%. Entretanto, a análise completa também leva em conta as diferenças de peso e arrasto entre as duas versões de aeronaves, a qual evidencia que a escolha por sistemas mais elétricos deve ser guiada pela variação dos requisitos de tração que esta aeronave possui com relação ao avião com sistemas convencionais. / A tendency of the commercial aeronautical industry is to develop more efficient aircraft in terms of fuel consumption and direct operational costs. Regarding fuel consumption, some strategies of the aeronautical industry are to use more efficient aerodynamics, lightweight materials and more efficient engines and systems. The conventional turbo fan engine mainly provides electric power for cabin systems (lights, entertainment, galleys) and avionics, hydraulic power for flight control systems and bleed air for ice protection and environmental control systems. More efficient engines and different types of systems architectures, such as more electric systems, are a promise to reduce fuel consumption. In order to compare the energy processes of systems and engine architectures at the same basis, exergy is the true thermodynamic value that shall be used as a decision tool to aircraft systems and engine design, and also as an optimization tool. Other works have focused only on reduction of exergy destruction and none have presented a method that harmonizes and consolidates the existing comparative parameters and creates new parameters among systems. This work proposes a method based on exergy analysis for conception and assessment of aircraft systems, that can be applied to an aircraft project from the conceptual and preliminary designs to the detail design. The method can support the design of the complete vehicle as a system and all of its subsystems in a common framework. The main proposed parameters in this work are: exergy destruction, exergy efficiency, specific exergy consumption, mission exergy destruction and mission exergy efficiency. This work also presents comparative results by applying the method to conventional and more electric version of the same regional commercial aircraft, considering conventional and electric air management systems (bleed system, environmental control system and ice protection system). In order to, sizing requirements are evaluated and thermodynamic models are performed for both conventional and more electric air management systems, and also engine models are performed for both aircraft. Results show that conventional air management systems are the higher exergy consumers among aircraft systems and the substitution for more electric systems is a good alternative to improve the aircraft thermodynamic efficiency. Considering the same thrust exergy requirements for both aircraft, the more electric version presents higher mission exergy efficiency around 0.5%. However, a complete trade-off also takes into account weight and drag differences of both versions, which makes evident that the selection for more electric systems must be driven by the variation of thrust requirements between more electric and conventional aircraft.

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:22:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anzai_AlexandreHaruiti_D.pdf: 9433798 bytes, checksum: ca8b5a95dcd29723ecf3a0201031679e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esta tese apresenta resultados a respeito do desenvolvimento de uma ferramenta de monitoramento em tempo real da margem de estabilidade de tensão de sistemas de transmissão. O desenvolvimento tecnológico das unidades de medição fasorial (Phasor Measurement Units)(PMUs), facilitou a obtenção do estado do sistema, magnitude e ¿angulo de fase das tensões das barras, em tempo real. O acesso em tempo real do estado do sistema com maior precisão possibilitou a utilização de técnicas de identificação paramétricas de sistemas para estimar a margem de estabilidade de tensão. Nesta tese modelos auto-regressivos com entradas exógenas (Auto-Regressive Models with eXogenous inputs)(ARX) lineares e não lineares foram calculados baseados em um banco de dados offline e utilizados para representar a relação entre as medidas das PMUs e a margem de estabilidade de tensão. Dois critérios para a alocação das PMUs na rede foram testados: a variância da tensão no banco de dados e o fator de participação modal. Os resultados mostram que o método proposto apresenta uma boa precisão na estimativa da margem tanto para casos de rede completa ou em condições de contingências. O fato desta estimativa necessitar de operações relativamente simples sobre os valores medidos e não em cálculos de diversas curvas PV, torna o método rápido o suficiente para ser implementado em tempo real. Esta tese apresenta resultados a respeito do desenvolvimento de uma ferramenta de monitoramento em tempo real da margem de estabilidade de tensão de sistemas de transmissão. O desenvolvimento tecnológico das unidades de medição fasorial (Phasor Measurement Units)(PMUs), facilitou a obtenção do estado do sistema, magnitude e ¿angulo de fase das tensões das barras, em tempo real. O acesso em tempo real do estado do sistema com maior precisão possibilitou a utilização de técnicas de identificação paramétricas de sistemas para estimar a margem de estabilidade de tensão. Nesta tese modelos auto-regressivos com entradas exógenas (Auto-Regressive Models with eXogenous inputs)(ARX) lineares e não lineares foram calculados baseados em um banco de dados offline e utilizados para representar a relação entre as medidas das PMUs e a margem de estabilidade de tensão. Dois critérios para a alocação das PMUs na rede foram testados: a variância da tensão no banco de dados e o fator de participação modal. Os resultados mostram que o método proposto apresenta uma boa precisão na estimativa da margem tanto para casos de rede completa ou em condições de contingências. O fato desta estimativa necessitar de operações relativamente simples sobre os valores medidos e não em cálculos de diversas curvas PV, torna o método rápido o suficiente para ser implementado em tempo real / Abstract: This thesis presents results about the development of a tool for real time monitoring of the voltage stability margin of transmission systems. The advance of Phasor Measurement Units (PMU), has made it easier to obtain the system's state, voltage magnitude and phase angles of some buses in real time. The access of the accurate system's state in real time allows the utilization of parametric system identification techniques to estimate the voltage stability margin. In this thesis linear and nonlinear Auto-Regressive eXogenous inputs (ARX) models were calculated based on an offline database and utilized to represent the relation between the PMU measures and the voltage stability margin. Two criteria for the allocation of the PMUs in the network were tested: the voltage variance and the modal participation factor. The results demonstrate that the proposed method presents adequate accuracy for the estimation of the voltage stability margin even considering the occurrence of contingencies. The estimation is performed through the execution of relatively simple operations on the measured values instead of computing several PV curves, which makes it suitable for real time applications / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Apesar dos modelos usados em engenharia serem, em sua maioria, reconhecidamente aproximados, acredita-se que a matemática usada na física e nos próprios modelos é infinitamente precisa e que tais teorias físicas poderiam prever completamente qualquer evento relacionado às variáveis equacionadas. No limite, seria possível prever o estado do universo em qualquer instante, crença esta chamada de determinismo. Claro está que essa pretensão é apenas de princípio, sendo impossível na prática. No entanto, pesquisas sobre os fundamentos da matemática e outras teorias matemáticas desenvolvidas no século XX sugerem que a matemática (e, consequentemente, a física) teria certos limites inerentes. A análise feita nesta tese fundamenta seus argumentos na Teoria das Funções Recursivas e Computabilidade Efetiva e na Teoria do Caos Determinístico. O objetivo principal é tratar de apurar a existência de limites inerentes e como tais limites se aplicariam aos sistemas elétricos de potência (mais especificamente nos tópicos fluxo de carga, transitórios eletromecânicos, transitórios eletromagnéticos e eletrônica de potência) e à engenharia de controle. / Although the models used in engineering are, in most cases, admittedly approximated, it is believed that the Mathematics used in Physics and in these models, is infinitely precise and that such physical theories could fully predict any event related to variables in equations. In the limit, it would be possible to predict the state of the universe at any moment, this belief is called determinism. It is clear that this claim is only in principle, impossible in practice. However, research on the foundations of Mathematics and other mathematical theories developed in the 20th century suggest that the Mathematics (and hence Physics) would have certain inherent limitations. The analysis made in this thesis has the arguments based on the Theory of Recursive Functions and Effective Computability and the Theory of Deterministic Chaos. The main objective is to find out the existence of inherent limits and how these limits could be applied to electric power systems (more specifically to the topics load flow, electromechanical transient and electromagnetic transient and power electronics) and control engineering.