Made available in DSpace on 2014-06-12T23:14:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2677_1.pdf: 3329711 bytes, checksum: b5ac8fe5fda7cd08f989182afe9592b9 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nos últimos anos, a crescente demanda por fontes renováveis de energia que atendam ao novo paradigma de desenvolvimento sustentável tem impulsionado a pesquisa e o desenvolvimento de um espectro mais amplo de fontes alternativas de energia. Diante disso, a energia nuclear ressurge como uma das opções mais viáveis e estes aspectos se refletem nos requisitos de segurança de centrais nucleares. Assim, com a experiência adquirida em mais de 40 anos no desenvolvimento de reatores PWR (Pressurized Water Reactor), a Companhia Westinghouse, em uma parceria internacional com centros de pesquisa e indústrias em 10 países, desenvolve o projeto de um reator nuclear a água leve com configuração integral, modular e de média potência conhecido como IRIS (International Reactor Innovative and Secure). Uma das principais características do reator IRIS é que a maior parte de seus componentes encontra-se no interior do vaso de pressão, reduzindo a probabilidade de acidentes. Em reatores a água leve, uma solução de ácido bórico é utilizada no refrigerante do circuito primário para absorver nêutrons com a finalidade de ajustar a reatividade do reator. Uma variação significativa na concentração de boro no núcleo do reator pode levar a uma variação considerável de potência. Vários estudos envolvendo reatores PWR apontam cenários que podem conduzir o reator a excursões de potência devido a deficiências da homogeneização do ácido bórico diluído no refrigerante. O reator IRIS, devido a sua configuração integral, não possui um sistema de aspersão para homogeneização de boro, o que pode causar transitórios de potência. O presente trabalho tem como objetivo o estudo e desenvolvimento de um modelo dinâmico para o reator IRIS, implementado no programa SIMULINK do MATLAB, para simular os transitórios de potência devidos às variações de concentração de boro no circuito primário do reator IRIS. A metodologia compreendeu o desenvolvimento de um conjunto de equações diferenciais de balanço neutrônico e termoidráulico que descrevem a dinâmica do circuito primário e um conjunto de equações diferenciais que descrevem o balanço termoidráulico do circuito secundário. As equações e os parâmetros de inicialização a plena potência foram implementados no SIMULINK, e o código foi validado com um transitório de redução de entrada de água nos geradores de vapor realizado com o código RELAP. Em seguida, um modelo homogêneo de variação da concentração de ácido bórico foi implementado no programa e os casos de interesse simulados. Os resultados encontrados para transitórios operacionais de boração e deboração se mostraram confiáveis e representaram o comportamento esperado para as grandezas analisadas. O código MODIRIS desenvolvido em SIMULINK se mostrou muito eficiente nos processos com constantes de tempo próximas, ao passo que em processos com constantes de tempo com muitas ordens de grandeza de diferença o desempenho do código se mostrou fortemente dependente da máquina, o que representa uma pequena desvantagem

Estágio realizado na empresa Rodrigues Gomes & Associados - Consultores de Engenharia, S.A. e orientado pelo Eng.º Luís Graça / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Estágio realizado na Protermia - Projectos Térmicos Industriais e de Ambiente, Ld.ª e orientado pelo Eng.º Jorge Neves / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânico. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T20:54:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292666.pdf: 6322313 bytes, checksum: 2a60d970de704de937d8df4d1f50fcf7 (MD5) / Ferramentas de simulação dinâmica de sistemas de potência são a base para realização de estudos elétricos relacionados à operação de sistemas em tempo real. Dessa forma, a confiança nos resultados desses estudos está diretamente ligada à qualidade dos modelos utilizados. Neste contexto, o presente trabalho investiga a validação de modelos dinâmicos de unidades geradoras utilizando dados de perturbações em sistemas de potência obtidos por Sistemas de Medição Fasorial Sincronizada (SPMS - Synchonized Phasor Measurement Systems). Para tanto, é empregada a técnica de simulação dinâmica híbrida, que permite o playback de medições no processo de simulação. São discutidos aspectos da formulação matemática da técnica, bem como detalhes da implementação de um protótipo para validação dos conceitos envolvidos. Utilizando o protótipo desenvolvido, foram realizados estudos de sensibilidade, avaliando-se características quantitativas e qualitativas de sinais associados à unidades geradoras (potência ativa e reativa) frente à desvios individuais nos parâmetros dinâmicos dos modelos. Com base nesses resultados, foi proposta uma metodologia baseada em regras para ajuste manual de parâmetros de unidades geradoras. Utilizou-se uma plataforma de simulação em tempo real (RTDS - Real Time Digital Simulator) para se obter dados fasoriais de terminais de unidades geradoras com objetivo de testar a validade da metodologia de ajuste proposta. Os resultados obtidos demonstraram o potencial da técnica de simulação híbrida, que, aliada aos sistemas de medição fasorial, se mostrou promissora em estudos de validação de modelos dinâmicos.

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Faculdade de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / O avanço do crescimento populacional, juntamente com outros fatores socioeconômicos, leva a uma exploração crescente dos recursos energéticos. A energia nuclear é uma boa alternativa, porque é uma forma direta de obtenção de eletricidade em larga escala, gerando baixo impacto ambiental. Atualmente, os reatores avançados estão sendo desenvolvidos, buscando maior segurança, melhor desempenho e menor impacto ambiental. Modelos de reatores devem seguir várias etapas e testes numerosos antes de um projeto concebível poder ser certificado. Nesse sentido, as ferramentas computacionais tornaram-se indispensáveis na elaboração desses projetos. Assim, este estudo teve como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional de simulação dinâmica para análise termoidráulica através do acoplamento de dois códigos computacionais para avaliar a influência de transientes causados por variações de pressão e fluxo de massa na região do circuito primário entre o núcleo e o pressurizador. Os resultados mostraram que o instrumento dinâmico, obtido através do acoplamento dos códigos, gerou respostas satisfatórias dentro das limitações do modelo, preservando os fenômenos mais importantes no processo

Este trabalho apresenta o estudo da dinâmica de uma instalação propulsora a vapor através da técnica da modelagem e simulação. O modelo matemático é obtido das Leis da Termodinâmica e dos conceitos básicos da mecânica dos fluídos e transferência de calor, e a simulação é efetuada em um computador digital. Inicialmente cada componente do ciclo é modelado individualmente, determinando-se as suas variáveis de estado, de entrada e de saída. A seguir o modelo é simulado para analisar a influência dos diversos parâmetros nas respostas do elemento. O modelo matemático da instalação propulsora a vapor é obtido agrupando-se convenientemente os modelos dos vários componentes do ciclo. Com isso obtêm-se um sistema de 47ª ordem que pode simular diversos casos de interesse real. Neste trabalho são analisadas as respostas do ciclo para dois casos. A primeira corresponde ao fechamento parcial da válvula de controle da turbina e a segunda ao corte na vazão de óleo combustível. / This paper presents a study of the dynamics of a steam power plant using techniques of modelling and simulation. The mathematical model derives form the laws of Thermodynamics and basic concepts of fluid mechanics and heat transfer; the simulation is carried out in a digital computer. Each component is first modelled individually, and its state, input and output variables are determined. The model is then simulated for the analysis of the influence of the various parameters in the responses of the component. The mathematical model of the complete power plant is constructed by the convenient grouping of the various component models of the cycle. Thereby a 47th order system is obtained, which can simulate various cases of interest. The cycle\'s response for two cases are analysed. The first case correspond to the partial closing of the turbine control valve and the second to the fuel flow interruption .

Estágio realizado na Fluidinova-Engenharia de Fluídos e orientado pelo Eng.º Manuel Filipe Ribeiro Madureira / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

No campo de simulação dinâmica de processos, o entendimento da natureza dinâmica de processos químicos industriais é fundamental quando questões de projeto e de sistemas de processos surgem. As abordagens atualmente aplicadas, como Resposta Degrau (RD), Função de Transferência (FT) e representação Discreta em Espaços de Estado (DEE) apresentam algumas desvantagens, principalmente relacionadas a questões de amostragem fixa e à carga computacional envolvida na sua simulação. Tendo isso em mente, uma nova abordagem é proposta, valendo-se da parametrização das entradas do sistema por splines piecewise cúbicas e da representação de sistemas em espaços de estado no domínio contínuo, onde se torna possível, a partir de poucos dados que revelem a informação dinâmica do processo, a simulação do mesmo ao longo de um horizonte. A essa abordagem foi dada o nome de Spline Dynamic Matrix (SDM), tratando-se de uma construção análoga à Matriz Dinâmica (Cutler and Ramaker 1980) proposta no início da década de 80, onde a multiplicação da variação das entradas no sistema por uma matriz que compreenda toda a informação dinâmica do sistema permite o cálculo rápido das saídas do mesmo. Suportado por essa metodologia, propõe-se juntamente a formulação de um novo controlador preditivo baseado em modelo (MPC) linear, Spline Dynamic Matrix Controller (SDMC), onde a redução do número de variáveis do processo pode levar a uma resolução mais rápida e mais robusta. Para corroborar as proposições apresentadas, são apresentados resultados referentes à simulação de processos dinâmicos e à comparação do desempenho do novo MPC proposto com um MPC baseado em resposta degrau (versão clássica), para um estudo de caso SISO (Single Input Single Output), e com um MPC baseado em espaços de estado, para o caso MIMO (Multiple Input Multiple Output), validando o potencial e versatilidade da técnica. / In the field of dynamic simulation, an understanding of the dynamic behavior of chemical processes is important from both process design and process system perspectives. Several methodologies have been developed so far, such as Step Response (SR), Transfer Function (TF) and Discrete State Space representation (DSS). Such approaches, however, have some disadvantages, regarding simulation speed, computational load and fixed sampling. From this premise, a new approach is proposed, where the input parametrization by piecewise cubic splines is combined with state space representation in the continuous domain, guaranteeing, from few data that gathers all the process dynamic information, simulation along a certain horizon. Such representation is called Spline Dynamic Matrix (SDM), inspired in the likewise representation of the Dynamic Matrix (DM) (Cutler and Ramaker 1980) proposed in the early 80’s. The main idea resides in a multiplication of the input variation by a matrix that can embrace all the dynamic data, allowing a fast output calculation. By using this methodology, a new linear model predictive controller (MPC) is also proposed, Spline Dynamic Matrix Controller (SDMC), where the variable diminishment could lead to a faster and more robust resolution. So that such propositions can be validated, results are presented regarding dynamic process simulation and comparison of the performance achieved by the MPC proposed in this dissertation. In order to accomplish that, one MPC based on SR representation, for a SISO (Single Input Single Output) case study, and another one based on state space representation, for a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, were used, confirming that the potential and versatility of SDM technique can be truly perceived.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCDFJ.pdf: 4771327 bytes, checksum: e35e7e333963627ca381317b17ec5dce (MD5) Previous issue date: 2004-06-23 / Universidade Federal de Minas Gerais / The central area of the State of São Paulo, Brazil, where the city of São Carlos is located, is one of the largest world producers of alcohol and granulated sugar from sugar cane. As the market become more competitive, the factories seek for new technologies and more rigorous mathematical approaches. This work is inserted in this context, where partnership between university and industry is encouraged. The key steps in the sugar production process are the evaporation of the juice and the crystallization of sugar. The evaporation stage has great influence in the energy balance of the factories but, in spite of that, its automatic and optimized operation is not completely implemented in a large part of the producing units. By its turn, the crystallization step should be monitored very closely because is in this step that the final product is obtained, so quality issues are critical. In this work, the main aim was to develop non-linear dynamic models of these two important operations. The models used industrial data collected from Usina Santa Adélia (evaporation stage) and Usina São Martinho (crystallization stage). The processes of the two factories were accompanied, analyzed and sampled. A steady-state and a dynamic models of the evaporation were developed using the classical approach material and energy balances. Both models were designed in such way that they depend only on few assumptions and on measurements available on-line. The results obtained with the steady-state model fully characterized all streams of the multiple-effect evaporator and allowed to estimate the steam flow rate bled from the equipment. With the dynamic model it was possible to calculate the concentration of the syrup in the last effect. Comparison between the predicted values and the actual industrial data showed that the model generated estimates in the same range of values and reproduced the behavior of the variable. The analysis of the results suggested that more measurements would be necessary to develop a reliable model (in the process control sense) and demonstrated that it is difficult to use the industrial data in the format they are found in the historical data files. To overcome these inconveniences an artificial neural network was developed as a software sensor for the Brix in the last effect. Several topologies were tested and the results of the best ones were very good. Unfortunately, as the performance of the predictions depends on the quality of the training set, it was necessary a real effort to preprocess all available data. The proposed model for the crystallizer (batch vacuum pan) select in the crystallization stage was constituted by a system of nonlinear algebraic and differential equations. Besides the energy and material balances, the model included the population balance, which allowed the calculation of the average crystal size and its coefficient of variation during the strike. Even with severe assumptions and few input data, the model was able to make good predictions of the rajectories of the state variables of the equipment. The analysis of the results also showed that some aspects of the automatic operation affect the stability of the process. Finally, it could be said that the first principles and the neural network approaches could become powerful, useful and reliable tools to model the stages of sugar production if more sensors were installed in the process. / A região central do estado de São Paulo, onde se encontra localizada a cidade de São Carlos, é uma das maiores produtoras mundiais de açúcar e álcool. Conforme o mercado se torna mais competitivo, as empresas passam a buscar novas tecnologias e abordagens matemáticas mais rigorosas. Neste contexto, onde parcerias entre universidade e empresas são encorajadas, está inserido este trabalho. As principais etapas do processo de produção de açúcar são a evaporação do caldo e a cristalização do açúcar. O estágio de evaporação tem grande influência no balanço energético das usinas, mas, apesar disso, a sua operação automática e otimizada não é completamente implementada na maioria das unidades produtoras. Por sua vez, a etapa de cristalização deve ser monitorada com atenção, pois é nesse estágio que se obtém o produto final, o que tornam críticos os assuntos relacionados à qualidade. Neste trabalho, o principal objetivo foi desenvolver modelos dinâmicos não-lineares dessas duas importantes operações. Dados industriais coletados na Usina Santa Adélia (etapa de evaporação) e na Usina São Martinho (etapa de cristalização)foram utilizados para validar os modelos matemáticos. Os processos das duas fábricas foram acompanhados, analisados e amostrados. Um modelo de estado-estacionário e um modelo dinâmico foram desenvolvidos utilizando-se a abordagem clássica (balanços de material e energia). Ambos os modelos foram projetados de tal forma a necessitarem apenas de poucas considerações e das medidas disponíveis on-line. Os resultados obtidos com o modelo do estado estacionário caracterizaram completamente as correntes do evaporador de múltiplo efeito e permitiram a estimativa da vazão de vapor que é sangrada do equipamento. Com o modelo dinâmico foi possível calcular a concentração do xarope do último efeito. A comparação entre os valores preditos e os valores reais da planta industrial mostrou que o modelo gerou estimativas na mesma faixa de valores e reproduziu o comportamento da variável. A análise dos resultados indicou que maior número de medidas seria necessário para desenvolver um modelo confiável, no sentido do controle de processos, e demonstrou a dificuldade de se utilizar os dados industriais na forma que estes se encontram nos arquivos de histórico do sistema de supervisão. Para superar estes inconvenientes foi desenvolvida neste trabalho uma rede neural como software sensor para determinação do Brix do último efeito. Deve-se ressaltar, porém, que o pré processamento de todas as variáveis disponíveis consiste em um procedimento que demanda bastante esforço e é de fundamental importância, pois o desempenho das predições depende da qualidade do conjunto de dados de entrada. Diferentes topologias de redes foram testadas e os resultados das melhores foram bastante satisfatórios. O modelo proposto para o cristalizador (cozedor) selecionado na etapa de cristalização era constituído de um sistema não linear de equações algébricas e diferenciais. Além dos balanços de massa e de energia, o modelo inclui também o balanço populacional, que permitiu o cálculo do diâmetro médio dos cristais e seu coeficiente de variação durante a batelada. Mesmo adotando severas considerações e com poucos dados de entrada, o modelo foi capaz de gerar boas predições para a trajetória das variáveis de estado do equipamento. A análise dos resultados também mostrou que alguns aspectos da operação automática afetam a estabilidade do processo. Finalmente, pode-se dizer que as abordagens de princípios fundamentais e de redes neurais podem se tornar ferramentas poderosas, úteis e confiáveis na modelagem dos estágios de produção de açúcar se maior número de sensores for instalado no processo.