O objetivo deste trabalho é otimizar formulações de estabilizantes térmicos para PVC (policloreto de vinila) pelo uso de técnicas de projetos de mistura, estendida a problemas com informação incompleta. O problema de mistura consiste em minimizar o custo de formulação enquanto se obtém um produto que satisfaça especificações técnicas e de mercado. No caso estudado, as formulações são misturas de 8 a 10 componentes, em sua grande maioria, escolhidos a partir de 16 compostos básicos. Cada composto confere diferente característica à formulação final, podendo existir interação entre eles. As características de interesse das misturas foram obtidas a partir das análises reológicas do composto de PVC, obtidas em um reômetro de torque (modelo Haake), em que foram usadas as formulações dos estabilizantes. Resultados contidos em um banco de dados, em que muitos testes diferentes e formulações comerciais foram analisados, foram aproveitados para a construção dos modelos correlacionando estas características com a composição. Como o número de experimentos que seriam necessários para obter a informação completa para a descrição da mistura seria proibitivo, modelos de mistura foram construídos usando regressão por componentes principais (PCR) e mínimos quadrados parciais (PLS). O problema de projeto de misturas foi traduzido em termos de problemas de programação linear e não linear, dependendo do tipo do modelo. Para evitar problemas de extrapolação que poderiam resultar devido à pobreza da informação, equações adicionais que restringem a solução ao conjunto onde a informação foi avaliada (o espaço gerado pelos componentes principais, definidos a partir da correlação) foram adicionados ao problema. Este procedimento corresponde a uma inovação com relação ao problema de mistura. Os resultados obtidos com os modelos são comparados com experimentos para validação do estudo executado. / The objective of this work is to optimize the formulations of heat stabilizers for PVC (Poly Vinyl Chloride) by means of mixture design techniques extended to deal with problems with incomplete information. The mixture design problem consists in minimizing the cost of the formulation while obtaining a product that satisfies technical and market specifications. In the case studied, the formulations are mixtures of 8 to 10 components chosen out from 16 basic compounds. Each of the compounds confers different characteristics to the final formulation, and there can be interactions between them. The characteristics of interest of the mixtures are obtained from assays performed in a standard torque rheometer (Haake model) for different stabilizer formulations. Data from a database, in which many different test and commercial formulations are recorded, were used in order to build models that correlate the properties with the compositions. As the number of data points that would be needed in order to obtain the necessary information for a complete description of the mixture would be prohibitive, mixture models were built using Principal Components Regression (PCR) and Pseudo-Least Squares Regression (PLS). The mixture design problem was expressed in terms of Linear and Nonlinear programming techniques, depending on the type of model used. In order to avoid extrapolation problems that would result from the poor availability of information, additional equations that confines the solution to the subset where information is available (the space spanned by the main loading vectors retained for correlation) are added to the problem. This is an extension to the standard mixture design problem. Solutions obtained are compared to validation experiments.

O uso de energia solar para o aquecimento de água, além de permitir economizar energia elétrica, evita picos de consumo nas horas mais críticas do dia. Para um uso eficiente da energia solar é necessário utilizar um coletor solar. Este deve passar por um teste para analisar sua eficiência de conversão da energia solar em energia térmica para a água. A eficiência é avaliada com base na temperatura de entrada, na temperatura de saída, na radiação solar que atinge a área do coletor, no calor específico da água e na vazão mássica. Para padronizar os testes e ter uma melhor precisão dos resultados obtidos são utilizadas normas, neste caso a norma brasileira NBR 15747-2. Nela são descritos os seguintes métodos de ensaio de coletores com cobertura de vidro: o método estacionário e o quase dinâmico. Ambos possuem requisitos que devem ser cumpridos para validação do resultado dos testes. Um dos parâmetros que influencia diretamente no cálculo da eficiência é a temperatura de entrada da água no coletor. A variação permitida desta para o método estacionário é de ± 0,1°C da temperatura média medida. No Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul existe uma bancada construída para realizar o teste de coletores solares, porém para fazer ensaio simultâneo de dois coletores é necessário que a temperatura de entrada para ambos os coletores seja a mesma e também não varie mais que o permitido. Assim, foi desenvolvido e montado um estabilizador de temperatura com controle proporcional, integral, derivativo (PID) para atender essa necessidade. O estabilizador foi testado em bancada de laboratório de modo a observar seu comportamento e, após constatar que sua capacidade de controle atendia ao requisito da norma, este foi montado na bancada externa em que são realizados os testes. De posse dos resultados obtidos durante os ensaios dos coletores conclui-se que o estabilizador de temperatura cumpriu seu papel na bancada. Além de permitir que a bancada possa ser utilizada para ensaios de mais de um coletor simultaneamente, o dispositivo agrega a possibilidade de realizar comparações muito precisas do desempenho de dois coletores diferentes. / The use of solar energy in water heating is a way to save electricity, and avoid consumption peaks during the most critical hours of a day. For an efficient use of solar energy it is necessary to use a solar collector. The collector should pass a test to analyze its efficiency in conversion of solar energy into thermal energy for the water. Efficiency is evaluated based on the inlet and outlet temperature, solar radiation reaching the area of the collector, specific heat of water and mass flow rate. To standardize the tests and have greater certainty of results standards are used like the Brazilian´s standard NBR 15747-2. This norm describes two test methods for glassed collectors: the stationary and quasi dynamic method, both have requirements that must be met for the validity of the test results. One of the parameters which directly influence the calculation of the efficiency is the water inlet temperature in the collector. The stationary method requires a variation of ± 0.1 °C at the average temperature measured. In the Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul exists a bench built to perform testing of solar collectors, but to simultaneously test more than one collector is necessary that the inlet temperature of both collectors are the same and also does not vary more than allowed. Thus it was developed and mounted a temperature stabilizer with proportional, integral, derivative (PID) control to meet this need. The stabilizer has been tested indoor at the laboratory to observe their behavior and after noting that his ability to control met the standard required it was mounted on the outdoor bench where the tests are performed. With the results obtained during the testing of collectors is possible to notice that the temperature stabilizer comply with its purpose on the bench. In addition to allowing the test bench to be used for testing more than one collector simultaneously, the stabilizer adds the possibility of performing accurate comparisons of the performance of two different collectors in various situations, since all operational conditions are equal.

In this study thermal and mechanical properties and chemical structure of four differentpolymers (PE, PP, polyASA and PVC) were investigated to find out if the recycled polymershad the same properties and can be used in the same applications as the virgins or not.FT-IR was used for investigation of chemical structure. TGA, DSC and thermal stability wereused to compare the thermal properties. Tensile test also used to examine the mechanicalproperties.All the tests showed the recycling process is not done completely well. The differences inresults for virgins and recycled samples are the reasons which verified this claim.The results obtained from this study clarifying that the amount of stabilizer in the recycledpolymers were considerably less than the amount in virgins, means that the company had notadded enough stabilizer during the recycling process.

O objetivo deste trabalho é otimizar formulações de estabilizantes térmicos para PVC (policloreto de vinila) pelo uso de técnicas de projetos de mistura, estendida a problemas com informação incompleta. O problema de mistura consiste em minimizar o custo de formulação enquanto se obtém um produto que satisfaça especificações técnicas e de mercado. No caso estudado, as formulações são misturas de 8 a 10 componentes, em sua grande maioria, escolhidos a partir de 16 compostos básicos. Cada composto confere diferente característica à formulação final, podendo existir interação entre eles. As características de interesse das misturas foram obtidas a partir das análises reológicas do composto de PVC, obtidas em um reômetro de torque (modelo Haake), em que foram usadas as formulações dos estabilizantes. Resultados contidos em um banco de dados, em que muitos testes diferentes e formulações comerciais foram analisados, foram aproveitados para a construção dos modelos correlacionando estas características com a composição. Como o número de experimentos que seriam necessários para obter a informação completa para a descrição da mistura seria proibitivo, modelos de mistura foram construídos usando regressão por componentes principais (PCR) e mínimos quadrados parciais (PLS). O problema de projeto de misturas foi traduzido em termos de problemas de programação linear e não linear, dependendo do tipo do modelo. Para evitar problemas de extrapolação que poderiam resultar devido à pobreza da informação, equações adicionais que restringem a solução ao conjunto onde a informação foi avaliada (o espaço gerado pelos componentes principais, definidos a partir da correlação) foram adicionados ao problema. Este procedimento corresponde a uma inovação com relação ao problema de mistura. Os resultados obtidos com os modelos são comparados com experimentos para validação do estudo executado. / The objective of this work is to optimize the formulations of heat stabilizers for PVC (Poly Vinyl Chloride) by means of mixture design techniques extended to deal with problems with incomplete information. The mixture design problem consists in minimizing the cost of the formulation while obtaining a product that satisfies technical and market specifications. In the case studied, the formulations are mixtures of 8 to 10 components chosen out from 16 basic compounds. Each of the compounds confers different characteristics to the final formulation, and there can be interactions between them. The characteristics of interest of the mixtures are obtained from assays performed in a standard torque rheometer (Haake model) for different stabilizer formulations. Data from a database, in which many different test and commercial formulations are recorded, were used in order to build models that correlate the properties with the compositions. As the number of data points that would be needed in order to obtain the necessary information for a complete description of the mixture would be prohibitive, mixture models were built using Principal Components Regression (PCR) and Pseudo-Least Squares Regression (PLS). The mixture design problem was expressed in terms of Linear and Nonlinear programming techniques, depending on the type of model used. In order to avoid extrapolation problems that would result from the poor availability of information, additional equations that confines the solution to the subset where information is available (the space spanned by the main loading vectors retained for correlation) are added to the problem. This is an extension to the standard mixture design problem. Solutions obtained are compared to validation experiments.

Realization of spectral responsivity scale was studied in three stages. Firstly, absolute optical power measurements using Electrical Substitution Cryogenic Radiometer (ESCR) was studied. The absolute measurements were done at discrete laser wavelengths of tunable Ar+ (488 nm and 514.5 nm), Nd:YAG (532 nm) and fixed He-Ne (632.8 nm) laser sources. To increase measurement accuracy the method used for the stabilization of laser beams, transmittance measurements of optical windows, and minimization of scattered beams were discussed. Secondly, realization of absolute responsivity scale between 350- 850 nm ranges was studied. The scale based on reflection type trap detectors consisting of three silicon photodiodes. Various measurement systems were established in order to make optical characterization of trap detectors like non-linearity, surface non-homogeneity, polarization dependency, reflectance, and internal quantum efficiency. The absolute responsivity was linked to the absolute optical power by measuring the current response of trap detectors to the absolute power measured by ESCR system at laser wavelengths. Using models for the trap detector&rsquo / s, reflectance and internal quantum efficiency the scale between 350- 850 nm ranges was realized with an uncertainty of 0.05 %. Finally, the spectral responsivity scale in ultraviolet (UV) and near-infrared (NIR) regions was realized using Electrically Calibrated Pyroelectric Radiometer (ECPR). Optically characterizing the spatial non-uniformity of pyroelectric detector and its surface reflectance, the spectral responsivity scale was established with uncertainties &plusmn / 0.5-1.0 % between 250 nm and 350 nm and &plusmn / 0.5-1.5 % between 850 and 2500 nm.

O uso de energia solar para o aquecimento de água, além de permitir economizar energia elétrica, evita picos de consumo nas horas mais críticas do dia. Para um uso eficiente da energia solar é necessário utilizar um coletor solar. Este deve passar por um teste para analisar sua eficiência de conversão da energia solar em energia térmica para a água. A eficiência é avaliada com base na temperatura de entrada, na temperatura de saída, na radiação solar que atinge a área do coletor, no calor específico da água e na vazão mássica. Para padronizar os testes e ter uma melhor precisão dos resultados obtidos são utilizadas normas, neste caso a norma brasileira NBR 15747-2. Nela são descritos os seguintes métodos de ensaio de coletores com cobertura de vidro: o método estacionário e o quase dinâmico. Ambos possuem requisitos que devem ser cumpridos para validação do resultado dos testes. Um dos parâmetros que influencia diretamente no cálculo da eficiência é a temperatura de entrada da água no coletor. A variação permitida desta para o método estacionário é de ± 0,1°C da temperatura média medida. No Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul existe uma bancada construída para realizar o teste de coletores solares, porém para fazer ensaio simultâneo de dois coletores é necessário que a temperatura de entrada para ambos os coletores seja a mesma e também não varie mais que o permitido. Assim, foi desenvolvido e montado um estabilizador de temperatura com controle proporcional, integral, derivativo (PID) para atender essa necessidade. O estabilizador foi testado em bancada de laboratório de modo a observar seu comportamento e, após constatar que sua capacidade de controle atendia ao requisito da norma, este foi montado na bancada externa em que são realizados os testes. De posse dos resultados obtidos durante os ensaios dos coletores conclui-se que o estabilizador de temperatura cumpriu seu papel na bancada. Além de permitir que a bancada possa ser utilizada para ensaios de mais de um coletor simultaneamente, o dispositivo agrega a possibilidade de realizar comparações muito precisas do desempenho de dois coletores diferentes. / The use of solar energy in water heating is a way to save electricity, and avoid consumption peaks during the most critical hours of a day. For an efficient use of solar energy it is necessary to use a solar collector. The collector should pass a test to analyze its efficiency in conversion of solar energy into thermal energy for the water. Efficiency is evaluated based on the inlet and outlet temperature, solar radiation reaching the area of the collector, specific heat of water and mass flow rate. To standardize the tests and have greater certainty of results standards are used like the Brazilian´s standard NBR 15747-2. This norm describes two test methods for glassed collectors: the stationary and quasi dynamic method, both have requirements that must be met for the validity of the test results. One of the parameters which directly influence the calculation of the efficiency is the water inlet temperature in the collector. The stationary method requires a variation of ± 0.1 °C at the average temperature measured. In the Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul exists a bench built to perform testing of solar collectors, but to simultaneously test more than one collector is necessary that the inlet temperature of both collectors are the same and also does not vary more than allowed. Thus it was developed and mounted a temperature stabilizer with proportional, integral, derivative (PID) control to meet this need. The stabilizer has been tested indoor at the laboratory to observe their behavior and after noting that his ability to control met the standard required it was mounted on the outdoor bench where the tests are performed. With the results obtained during the testing of collectors is possible to notice that the temperature stabilizer comply with its purpose on the bench. In addition to allowing the test bench to be used for testing more than one collector simultaneously, the stabilizer adds the possibility of performing accurate comparisons of the performance of two different collectors in various situations, since all operational conditions are equal.

A presente dissertação tem como objetivo estudar e aprimorar métodos de projetos de controladores para sistemas de potência, sendo que esse trabalho trata da estabilidade dinâmica de sistemas de potência e, portanto, do projeto de controladores amortecedores de oscilações eletromecânicas para esses sistemas. A escolha dos métodos aqui estudados foi orientada pelos requisitos que um estabilizador de sistemas de potência (ESP) deve ter, que são robustez, descentralização e coordenação. Sendo que alguns deles tiveram suas características aprimoradas para atender a esses requisitos. A abordagem dos métodos estudados foi restringida à análise no domínio tempo, pois a abordagem temporal facilita a modelagem das incertezas paramétricas, para atender ao requisito da robustez, e também permite a formulação do controle descentralizado de maneira simples. Além disso, a abordagem temporal permite a formulação do problema de projeto utilizando desigualdades matriciais lineares (LMI’s), as quais possuem como vantagem o fato do conjunto solução ser sempre convexo e a existência de algoritmos eficientes para o cálculo de sua solução. De fato, existem diversos pacotes computacionais desenvolvidos no mercado para o cálculo da solução de um problema de inequações matriciais lineares. Por esse motivo, os métodos de projeto para controladores de saída buscam sempre colocar o problema na forma de LMI’s, tendo em vista que ela garante a obtenção de solução, caso essa solução exista. / The current work aims to study and improve the power system controllers design methods. And we are interested in the dynamic stability of power systems, and thus, in the design of electromechanical oscillations damping controllers. The design methods studied here were chosen to fill the requirements that a power system stabilizer (PSS) must obey, that are robustness, decentralization and coordination. And the characteristics of some of these methods were improved and extended in order to meet these requirements. The approach of the studied methods is restricted to the time domain analysis because of the easiness to model the parametric uncertainties, to meet the robustness requirement, and because it also simplifies the formulation of the decentralized control problem. Moreover the time domain approach allows one to use linear matrix inequalities (LMI’s) to formulate the design problem, which has the advantages that the solution set is always convex, and that there exists efficient algorithms to compute its solution. There are several software packages developed, in the market, to solve the problem of linear matrix inequality. So that the design methods using output controllers always try to formulate this problem in the form of an LMI, because it guarantees that one can obtain a solution for the problem, in the case that this solution exists.

O uso de energia solar para o aquecimento de água, além de permitir economizar energia elétrica, evita picos de consumo nas horas mais críticas do dia. Para um uso eficiente da energia solar é necessário utilizar um coletor solar. Este deve passar por um teste para analisar sua eficiência de conversão da energia solar em energia térmica para a água. A eficiência é avaliada com base na temperatura de entrada, na temperatura de saída, na radiação solar que atinge a área do coletor, no calor específico da água e na vazão mássica. Para padronizar os testes e ter uma melhor precisão dos resultados obtidos são utilizadas normas, neste caso a norma brasileira NBR 15747-2. Nela são descritos os seguintes métodos de ensaio de coletores com cobertura de vidro: o método estacionário e o quase dinâmico. Ambos possuem requisitos que devem ser cumpridos para validação do resultado dos testes. Um dos parâmetros que influencia diretamente no cálculo da eficiência é a temperatura de entrada da água no coletor. A variação permitida desta para o método estacionário é de ± 0,1°C da temperatura média medida. No Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul existe uma bancada construída para realizar o teste de coletores solares, porém para fazer ensaio simultâneo de dois coletores é necessário que a temperatura de entrada para ambos os coletores seja a mesma e também não varie mais que o permitido. Assim, foi desenvolvido e montado um estabilizador de temperatura com controle proporcional, integral, derivativo (PID) para atender essa necessidade. O estabilizador foi testado em bancada de laboratório de modo a observar seu comportamento e, após constatar que sua capacidade de controle atendia ao requisito da norma, este foi montado na bancada externa em que são realizados os testes. De posse dos resultados obtidos durante os ensaios dos coletores conclui-se que o estabilizador de temperatura cumpriu seu papel na bancada. Além de permitir que a bancada possa ser utilizada para ensaios de mais de um coletor simultaneamente, o dispositivo agrega a possibilidade de realizar comparações muito precisas do desempenho de dois coletores diferentes. / The use of solar energy in water heating is a way to save electricity, and avoid consumption peaks during the most critical hours of a day. For an efficient use of solar energy it is necessary to use a solar collector. The collector should pass a test to analyze its efficiency in conversion of solar energy into thermal energy for the water. Efficiency is evaluated based on the inlet and outlet temperature, solar radiation reaching the area of the collector, specific heat of water and mass flow rate. To standardize the tests and have greater certainty of results standards are used like the Brazilian´s standard NBR 15747-2. This norm describes two test methods for glassed collectors: the stationary and quasi dynamic method, both have requirements that must be met for the validity of the test results. One of the parameters which directly influence the calculation of the efficiency is the water inlet temperature in the collector. The stationary method requires a variation of ± 0.1 °C at the average temperature measured. In the Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul exists a bench built to perform testing of solar collectors, but to simultaneously test more than one collector is necessary that the inlet temperature of both collectors are the same and also does not vary more than allowed. Thus it was developed and mounted a temperature stabilizer with proportional, integral, derivative (PID) control to meet this need. The stabilizer has been tested indoor at the laboratory to observe their behavior and after noting that his ability to control met the standard required it was mounted on the outdoor bench where the tests are performed. With the results obtained during the testing of collectors is possible to notice that the temperature stabilizer comply with its purpose on the bench. In addition to allowing the test bench to be used for testing more than one collector simultaneously, the stabilizer adds the possibility of performing accurate comparisons of the performance of two different collectors in various situations, since all operational conditions are equal.

A presente dissertação tem como objetivo estudar e aprimorar métodos de projetos de controladores para sistemas de potência, sendo que esse trabalho trata da estabilidade dinâmica de sistemas de potência e, portanto, do projeto de controladores amortecedores de oscilações eletromecânicas para esses sistemas. A escolha dos métodos aqui estudados foi orientada pelos requisitos que um estabilizador de sistemas de potência (ESP) deve ter, que são robustez, descentralização e coordenação. Sendo que alguns deles tiveram suas características aprimoradas para atender a esses requisitos. A abordagem dos métodos estudados foi restringida à análise no domínio tempo, pois a abordagem temporal facilita a modelagem das incertezas paramétricas, para atender ao requisito da robustez, e também permite a formulação do controle descentralizado de maneira simples. Além disso, a abordagem temporal permite a formulação do problema de projeto utilizando desigualdades matriciais lineares (LMI’s), as quais possuem como vantagem o fato do conjunto solução ser sempre convexo e a existência de algoritmos eficientes para o cálculo de sua solução. De fato, existem diversos pacotes computacionais desenvolvidos no mercado para o cálculo da solução de um problema de inequações matriciais lineares. Por esse motivo, os métodos de projeto para controladores de saída buscam sempre colocar o problema na forma de LMI’s, tendo em vista que ela garante a obtenção de solução, caso essa solução exista. / The current work aims to study and improve the power system controllers design methods. And we are interested in the dynamic stability of power systems, and thus, in the design of electromechanical oscillations damping controllers. The design methods studied here were chosen to fill the requirements that a power system stabilizer (PSS) must obey, that are robustness, decentralization and coordination. And the characteristics of some of these methods were improved and extended in order to meet these requirements. The approach of the studied methods is restricted to the time domain analysis because of the easiness to model the parametric uncertainties, to meet the robustness requirement, and because it also simplifies the formulation of the decentralized control problem. Moreover the time domain approach allows one to use linear matrix inequalities (LMI’s) to formulate the design problem, which has the advantages that the solution set is always convex, and that there exists efficient algorithms to compute its solution. There are several software packages developed, in the market, to solve the problem of linear matrix inequality. So that the design methods using output controllers always try to formulate this problem in the form of an LMI, because it guarantees that one can obtain a solution for the problem, in the case that this solution exists.

Master of Science / Department of Electrical and Computer Engineering / Shelli Starrett / Variability in power systems is increasing due to pushing the system to limits for economic purposes, the inclusion of new energy sources like wind turbines and photovoltaic, and the introduction of new types of loads such as electric vehicle chargers. In this new environment, system monitoring and control must keep pace to insure system stability and reliability on a wide area scale. Phasor measurement unit technology implementation is growing and can be used to provide input signals to new types of control. Fuzzy logic based power system stabilizer (PSS) controllers have also been shown effective in various studies. This thesis considers several choices of input signals, composed assuming phasor measurement availability, for fuzzy logic-based controllers. The purpose of the controller is to damp power systems’ low frequency oscillations. Nonlinear transient simulation results for a 4-machine two-area system and 50 machine system are used to compare the effects of input choice and controller type on damping of system oscillations. Reactive power in the system affects voltage, which in turn affects system damping and dynamic stability. System stability and damping can be enhanced by deploying SVC controllers properly. Different types of power system variables play critical role to damp power swings using SVC controller. A fuzzy logic based static var compensator (SVC) was used near a generator to damp these electromechanical oscillations using different PMU-acquired inputs. The goal was again improve dynamic stability and damping performance of the system at local and global level. Nonlinear simulations were run to compare the damping performance of different inputs on the 50 machine system.