[pt] Este trabalho analisa o fenômeno da estabilidade de tensão no domínio do tempo incluindo fenômenos rápidos (transitórios) e lentos (longo-termo). As diferentes formas de estabilidade existentes nos sistemas elétricos de potência são definidas e classificadas de acordo com a variável de interesse e com a amplitude do distúrbio. Utilizando-se um simples sistema elétrico de potência, verifica-se através de formulações dinâmicas fatores relevantes ao fenômeno da estabilidade de tensão. Investiga-se a influência de cargas do tipo potência constante e impedância constante sobre a estabilidade de tensão. Compensadores estáticos são incluídos nas análises e verifica-se a existência de regiões de operação onde as ações de controle não apresentam o efeito esperado. Investiga-se através de cenários o efeito adverso de dispositivos de controle com o limitador de sobre- excitação e o transformador de tape variável sobre a estabilidade de tensão. A partir de uma versão do programa de estabilidade transitória TRANSTAB, foram desenvolvidas duas versões do programa computacional VOLTDYN para simular no domínio do tempo o fenômeno da estabilidade de tensão. A primeira versão do programa Utiliza um algoritmo de integração de passo variável usando o método trapezoidal implícito enquanto que a segunda versão utiliza o método de Adams-Bashforth- Moulton. Diversos testes computacionais com as duas versões são realizados comprovando-se a importância desta forma de análise. / [en] This work is concerned with voltage stability analysis in time domain including transient and long-term time frames. Different power system stability forms are defined and classified according to the variable of interest and with the disturbance magnitude. Using a simple power system model, it is shown through dynamics formulations important aspects of the voltage stability phenomenon. Important aspects of load characteristics of constant power type and mixed (constant power/constant impedance) type on voltage stability are investigated. A static compensator model is included in the analysis and it is verified that under specific operation conditions the control actions are not efficient. Scenarios show the adverse effects of long-term control devices such as overexcitation limiters and under load tap changers on voltage stability. One version of the transient stability program TRANSTAB is modified in order to simulate transient and long-term voltage phenomena. The resulting modified computer program is called VOLTDYN. Two versions of the VOLTDYN progran are available. The first version uses a variable step-size algorithm based on the trapezoidal method. The other includes a variable step-size algorithm based on the Adams- Bashforth-Moulton method.

[pt] Em geral, barras combustíveis de reatores nucleares consistem de um tubo de liga metálica contendo pastilhas de combustíveis óxidos. O agrupamento destas barras em feixes caracteriza a formação de elementos combustíveis. No presente trabalho, são realizadas análises termomecânicas e de efeitos de irradiação em barras combustíveis cilíndricas. Para determinação de inchamento por irradiação é utilizado um modelo baseado na teoria de difusão térmica e em mecanismos de difusão superficial e de evaporação-condensação. É considerado o movimento de bolhas nesta determinação. A pressão média dos gases é calculada. É desenvolvido um programa de computador, NITSA, que simula o comportamento da barra combustível no reator, incluindo em suas determinações o cálculo de distribuições de temperatura, tensões e deformações em toda a barra combustível. / [en] Generally, fuel rods of nuclear reactors consist of a metalic alloy tube containing oxide fuel pellets. Fuel elements are formed by fuel rods disposed in bundles. In the present work, an irradication, thermal and mechanical analyses of cylindrical fuel rods are performed. A model considering thermal difusion theory, superficial difusion and vapor transport mechanisms is utilized on the determination of the irradiation swelling. Gas bubbles motion is taken into this calculation. The average gas pressure is computed. A computer program, NITSA, is developed for simulation of a reactor fuel rod performace, including temperature distributions, stress and strain calculations.

[pt] Este trabalho apresenta um método para determinação de fatores de intensidade de tensão, KI e KII, baseado nas técnicas de Newton-Raphson e mínimos quadrados onde o termo Teta 0x, referente ao campo de tensões distante, é tomado como um polinômio completo em x e y para ajustamento do campo de tensões não singular. Um análise do número e da localização dos pontos utilizados na coleta de dados é feita com intuito de melhor poder-se avaliar sua influencia sobre os valores de KI e KII determinados pelo método proposto. Apresenta-se uma comparação entre as distribuições de franjas isocromáticas obtidas experimentalmente e aquelas plotadas com auxílio de um computador utilizando-se para isto os valores determinados de KI e KII e, também, uma comparação entre os resultados obtidos e aqueles existentes na literatura. Finalmente, o método é utilizado na determinação de KI e KII para o problema da existência de trincas nas proximidades de junções soldadas de placas a 90 graus e 45 graus como exemplo de aplicação. / [en] This thesis presents a photoelastic method to determine stress intensy factors, KI and KII, base don the Newton-Raphson and least square techniques, where the term teta 0x refers to the far field stress distribution is substituted by a complete polynomial in x and y for the better adjustment of the nonsingular stress field. Analyses are made of the number and location of points used to obtain the experimental data with the purpose of estudying their influence on the values of KI an KII determined by the proposed method. The experimentally determined isochromatic fringe patterns are compared with computer plotted fringe patterns generated with the aid of the determined values of KI and KII. Finally, the proposed method is employed for the determination of stress intensity factors in problems simulating cracks near joints of welded plates subjected to tension and beding.

[pt] Os equipamentos elétricos de alta tensão são peças fundamentais na produção industrial. Porém, os sistemas de isolamento são os que mais apresentam problemas ao longo da vida útil dos nossos equipamentos. Suas propriedades dielétricas são alteradas ao longo do tempo e, desta forma devem ser monitoradas. Dentre as principais anomalias acometidas aos sistemas de isolamento, estão as Descargas Parciais (DP).Elas são resultado do rompimento da rigidez dieétrica do material isolante submetido a um intensivo campo elétrico . Até alguns anos atrás, em virtude da existência dos mecanismos de medição que possibilitassem o armazernamento de dados, muito pouco se efetuava para o acompanhamento das condições apresentadas pelos sistemas de isolamento.Com advento de sistemas digitais,esta limitação foi vencida. No entanto, a obtenção de dados reais e sua posterior avaliação são mecanismos que ainda carecem de um bom número de anos de experiência para sua elucidação. Esse fato advém,principalmente, da dificuldade em obtê-los .Como forma de contornar problema de falta de dados reais, foram desenvolvidas as célualas que têm como características simular os principais tipos de defeitos existentesnos sistemas de isolamento de alta tensão.Essas células são isoladas por materiais dielétricos idênticos ao que são usados em equipamentos elétricos reais. Dessa forma, foi possível a simulação de defeitos e a posterior aquisição, através do método eletromagnético de medição de DP, de um número suficiente de dados. Esses dados foram,então, aplicados no ajuste do sistema de reconhecimento de padrões de DP, onde se faz uso da teoria fractal, como um mecanismo de compactação de dados, por meio das grandezas fractais denominadas de dimensão fractal e lacunaridade, e também das redes neurais artificiais, com a utilização de um algoritmo supervisionado através do modo de treinamento back-propagation.Essa etapa,denominada de laboratorial, foi de fundamental importância para obtenção de conhecimento experimental bastante útil para a aplicação em ambientes reais.Outra fonte de informação também foi disponibilizada e se refere aos níveis de gases encontrados nas amostras de óleo colhidas junto aos transformadores de potência. Esta análise, conhecida como análise cromatográfica,baseia-se na existência de determinados tipos de gases para apontar o tipo de anomalia acometida ao sistema de isolamento do equipamento elétrico.Embora existam alguns métodos capazes de realizar tal diagnóstico, a tese fez uso das informações de um especialista.Essas afirmações foram então empregadas em um sistema neuro-fuzzy hierárquico, que tem como fundamento a extração de regras que relacionam os níveis de gases obtidos pela cromatografia gasosa com o tipo de anomalia existente no sistema de isolamento .Após esse processo um conjunto de transformadores de potência reais foi monitorado através de técnicas de cromatografia e do método eletromagnético.As duas técnicas, portanto, são usadas para estimar a ocorrência de DP nos sistemas de isolamento e, cosequentemente, o nível de degradação dos mesmos.Desta forma, a tese apresenta um sistema de diagnóstico que se utilizada de dados internos ao sistema de isolamento dos equipamentos elétricos baseados na ocorrência de DP. Esse sistema indica, ao seu final, um conceito sobre o atual estado operativo do mesmo, podendo este ser utilizado em um planejamento mais adequado que previna perdas intempestivas. A avaliação de desempenho do modelo, tanto laboratorial quanto em campo, apresentou ídices elevados, culminando em uma confirmação visual interna de um equipamento real, que comprova a eficiência e a importãncia do sistema. / [en] High voltage (HV) power apparatus are fundamental parts in the industrial process. It is also well Known that electrical insulation systems are the parts that present more problems through the life cycle of an HV apparatus. The dielectric properties of materials are altered during operation time and for this reason they should be monitored. Among the main anomalies that can affect the insulation systems are the Partial Discharges (PD). They are result of a partial failure of the dielectric rigidity of the insulating material submitted to an intense electric field.Until recently, probably due to the inexistence of measurement mechanisms that made possible the storage of data, very a little could be done to accompany the actual condition of insulation systems. With the coming of digital systems, this limitation was overcome.However, the obtention of real data and their subsequent evaluation are mechanisms that still will demand a good number of years of experience to perfect . This fact occurs, mainly, due to the difficulty in obtaining those data .As a way to the problem of lack of real data, special cells development with the purpose of simulating the principal types of defects that occur in HV insulation equipment . In that way, it was possible to do both the simulation of the defects and the measurement and acquisition, through the electromagnetic measurement method, of an expressive number of data. Those data were used to adjust a system of pattern recognition of PD, using artificial neural networks, where it is also made use of the fractal theory, as a mechanism of data compression, by measures of fractal dimension and lacunarity. That stage, denomited laboratory, was of fundamental importance to the obtention of experimental . Knowledge very useful to the development of real operating systems .Another source of information that was also available refers to the levels of gases found in oil samples from the interior of power transformers. This analysis, known as analysis of dissolved gases or chromatography, is based on the existence of certain types of gases as an indication of the type of anomaly on the electrical insulation system. Although some mehods exist, capable of accomplishing such diagnosis, the thesis made use of a specialist`s information. Those statements were used then in a hierarchical neuro-fuzzy model, designed method, with the type of anomaly existent in the insulation system. After that process, a real sample of operating HV power apparatus was monitored using the two analysis techniques, the chromatography and the electromagnetic method of PD measurement.Therefore these two techniques, are used to estimate the PD activity in the insulation systems and, consequently, their level of degradation . In resume the thesis presents a diagnosis system that makes use of internal data from the electrical insulation system with base in the PD occurrence. That system indicates, at the end, a concept of its current operative state, being able to be used in a more appropriate planning in order to prevent inopportune losses. The evaluation of the model, as much of simulating as in field, present high indexes and a visual confirmation intern of a real equipment, that proves the efficiency and the importance of system.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation presents methods and algorithms to increase use efficiency of basic voltage control equipment on power distribution systems and also models for secondary distribution networks. This basic voltage control equipment consists of on load tap changer transformers on substations, operated according to a control law, and distribution transformers with off load, manually operated tap changers. The optimum setting of those basic equipments has a fundamental importance since they can solve the biggest part of voltage control problems without any additional investment and can also minimize the damage caused by problematic distribution networks to its consumers. In this work two main algorithms are proposed and analyzed, one using heavy and light load conditions and the other one searching for a more complete analysis working with a full typical day; in both cases the tap adjust for distribution transformers and the substation voltage control law are the means to achieve global reduction on low quality energy supplied to system s consumers. The voltage level optimization on distribution networks with similar load curves may be done based on heavy and light load conditions. This method is also a solution when data about 24 hours operation is unavailable. On the other hand, when data about 24 hours operation is available a more complete analysis that can achieve not only a solution for all consumers is desirable whenever possible. Furthermore, this can also minimize low quality energy supplied to them when we cannot guarantee adequate voltage levels to all. As a way to get the necessary data for voltage control optimization models for secondary distribution networks that uses only data ready available on most companies were created. The results and the perspectives for efficiency increase on use of basic voltage control equipment with the proposed algorithms were obtained from a series of real data exercises. / Esta dissertação apresenta metodologias e algoritmos, visando ao aumento da eficiência do uso dos meios básicos de controle de tensão em sistemas de distribuição, bem como modelos de redes secundárias. Os meios básicos de controle de tensão consistem em transformadores com mudança de tap s sob carga nas subestações, operados através de uma lei de controle de tensão e transformadores com mudança de tap s sem carga, instalados na grande maioria dos sistemas de distribuição. A otimização destes meios assume fundamental importância, uma vez que pode resolver a maior parte dos problemas de controle de tensão das redes de distribuição sem qualquer investimento adicional e pode também minimizar o prejuízo causado por redes problemáticas a seus consumidores. Estão propostos e analisados dois algoritmos principais: um utilizando a análise em horários de maior e menor carregamento do sistema, e outro buscando uma análise mais completa durante todo o dia. Em ambos os casos, o ajuste dos tap s dos transformadores de distribuição e a construção da lei de controle de tensão da subestação é meio para reduzir a energia de má qualidade fornecida pelo sistema. A otimização dos níveis de tensão em redes de distribuição com cargas homogêneas pode ser realizada com base em análise de dois regimes operacionais: regime de demanda máxima e de demanda mínima. Este método também é solução quando não se dispõe de informações que possibilitem uma modelagem mais completa do sistema de distribuição. Por outro lado, quando há dados suficientes, é recomendável uma análise mais completa, em 24 horas, que pode obter não só uma solução satisfatória para todos os consumidores em qualquer hora do dia (quando existente), mas também pode minimizar a energia de má qualidade fornecida aos consumidores, quando isto não for possível. Visando suprir os dados necessários à otimização do controle de tensão, foram criados modelos de redes secundárias que utilizam informações atualmente disponíveis nas concessionárias de energia elétrica. Os resultados e a possibilidade de aumento da eficiência do uso dos meios básicos de controle de tensão, com o uso dos algoritmos desenvolvidos nesta dissertação, foram testados com base em uma série de exemplos reais.

[pt] A estabilidade de tensão tornou-se nos últimos anos tema de intensa pesquisa, envolvendo principalmente a identificação da natureza do problema e a busca de estratégias mais favoráveis para a operação e planejamento dos sistemas de potência. Este trabalho apresenta um relato da evolução da análise do fenômeno sendo, posteriormente descritos os detalhes de sua abordagem através da teoria das bifurcações em sistemas dinâmicos não-lineares. São caracterizados o limite de transmissão de potência à estabilidade de tensão e a geometria das trajetórias no espaço de estados em pontos de equilíbrio em suas proximidades. O estabelecimento de equivalência entre os modelos dinâmico e estático tornou possível o emprego de métodos baseados nas equações algébricas do fluxo de carga na determinação do limite de estabilidade de tensão e na avaliação do comportamento dinâmico local. Com base no algoritmo de fluxo de carga convencional, foi desenvolvido um programa computacional que emprega o método de continuação parametrizado. Os métodos de continuação permitem a obtenção do conjunto completo das soluções reais, relacionadas por um parâmetro escalar, de um sistema de equações. Mostra-se que a aplicação desses métodos em conjunto com as técnicas de análise modal resulta em uma forma eficiente para a seleção e localização de reforços visando aumentar a capacidade global de transmissão dos sistemas de potência. / [en] In the past few years voltage stabiity has become a subject of intense research involving the identification of the nature of this problem and the seek of suitable strategies for power systems operation and planning. In this work it is presented a report on the evolution in the analysis of this phenomena and it is described the details of its approach through the dynamic nonlinear systems bifurcation theory. The power transmission limit imposed by the voltage stability conditions is addressed and the geometry of the trajectories in state space considering the equilibrium points on the vicinity of this limit is deeply studied. The establishment of the equivalence conditions between the dynamic and static power system models made it possible to employ load-flow algebraic equations based methods on both the determination of the power transmission limit and the evaluation of local dynamic behaviour. A load-flow based computer program which uses the parameterized continuation method was developed. The continuation methods are widely known for providing the determination of whole set of a system s solutions which are related by a scalar parameter. In the closure, it is shown that the application of these methods, in a complementary basis with the modal analysis techniques, results in an efficient procedure to promote the choice and location of devices to improve the power system global tranmission capacity.

[pt] As tubulações de aços utilizadas pela indústria do petróleo estão constantemente expostas à ação do ácido sulfídrico (H2S) que é o veículo para a difusão do hidrogênio no aço, provocando o surgimento de trincas induzidas pela fragilização por hidrogênio e/ou trincas de corrosão sob tensão. A junta soldada, que é considerada a região crítica dos dutos, foi o objeto de avaliação neste trabalho mediante ensaios de tração sob baixa taxa de deformação (BTD) e através da norma NACE TM0177/96 - Método A (Standard Tensile Test), verificando o seu comportamento quanto à fragilização por hidrogênio e à corrosão sob tensão em aços da classe API grau X70 e X80. Uma solução de tiossulfato de sódio foi utilizada no ensaio BTD para avaliação da fragilização por hidrogênio e corrosão sob tensão, reduzindo custos e atendendo aos ítens de segurança. Os resultados mostraram que os aços API 5L X70 e X80 são susceptíveis à fragilização por hidrogênio e à corrosão sob tensão. / [en] The steel tubes used in the Oil Industry are constantly exposed to hydrogen sulphide (H2S) which leads to the diffusion of hydrogen into the steel, provoking hydrogen induced embrittlement cracks and/or stress corrosion cracking. Welded joints, generally considered to be the critical region in pipelines, were evaluated in this study, using slow strain rate tensile testing (SSRT) and NACE TMO177/96 - Method A (standard tensile test) norm, verifying the behaviour of joints in API X-70 and X-80 grade steels, with regard to hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking. Sodium thiosulphate was used in the slow strain rate tests permit the evaluation of hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking while reducing testing costs and maintaining safety standards. The results show that the API X-70 and X-80 grade steels are susceptible to hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking.

[pt] Os sistemas de potência são sistemas cyber-físicos responsáveis pela geração e transporte da energia elétrica desde sua fonte geradora até os consumidores finais. Durante este percurso, existem diversos processos que devem ser seguidos para se manter a qualidade do serviço e a segurança e estabilidade do sistema. Um destes processos envolve o controle de diversos equipamentos de maneira que a tensão dos barramentos do sistema se mantenha dentro de faixas pré-estabelecidas. Este controle, normalmente realizado pelos operadores do sistema em tempo real e por equipamentos automáticos de controle, envolve um número muito grande de considerações que dificilmente serão avaliadas no momento da decisão. Para contornar este problema, propõe-se a utilização de uma ferramenta inteligente que seja capaz de escolher as melhores ações a serem tomadas para que a tensão do sistema se mantenha nos níveis adequados levando em consideração as variadas condições do sistema. A metodologia utilizada pela ferramenta consiste na técnica de Deep Reinforcement Learning juntamente com três novas variações: windowed, ensemble e windowed ensemble Q-Learning, que consistem na divisão do processo otimizado em janelas de treinamento, utilização de múltiplos agentes inteligentes para um mesmo processo e a combinação destas duas metodologias. As variações são testadas em circuitos consagrados na literatura e são capazes de obter resultados expressivos quando comparados com a abordagem de Deep Reinforcement Learning tradicional utilizada em outros estudos e com o controle intrínseco do próprio sistema, mantendo a tensão sob controle ao longo do dia. / [en] Electrical Power Systems are cyber-physical systems responsible for the generation and transportation of energy from its generating source to the final customers. During this process many different activities must be conducted in order to keep quality of service and the system s safety and stability. One of these activities regards control of various equipment in order to keep the voltage level on each system bus between specified limits. This control, which is usually conducted by system s operators in real time and by automatic control equipment involves many different constraints and considerations that are hardly ever taken into account during the decision process. In order to mitigate this problem a smart agent capable of deciding which action is best in order to keep the voltages in adequate levels taking into account system s conditions is proposed. The proposed methodology consists on the Deep Reinforcement Learning technique along with three novel variations: windowed, ensemble and windowed ensemble Q-Learning, which consist on the division of the problem in training windows, the usage of multiple learning agents for the same process and on the combination of both these techniques. The variations are tested on academically consecrated test circuits and are capable of attaining expressive results when compared to the traditional Deep Reinforcement Learning approach which is used in other academic studies and also with the systems intrinsic control, keeping voltage under control along the day.

[pt] Este trabalho se propôs a estudar o efeito da variação da tensão interfacial entre dois líquidos imiscíveis; no comportamento de bolhas de ar, que formadas na fase inferior, depois de atravessarem a interface líquido/líquido, sobem através da fase superior transportando consigo uma película envolvente. Manteve-se a viscosidade 1,00C.s. para a fase inferior, o,45C.s. para a superior, e variou-se a tensão interfacial entre eles de 5din/cm a 30din/cm, os diâmetros das bolhas tiveram uma variação entre 2 e 10mm com grande número de pontos interméários. Vários métodos fotográficos e equipamentos de medida foram idealizados e experimentados antes de colher os resultados apresentados pelas curvas de transporte de massa. Verificou-se a existências de um acréscimo na faixa para a qual existe transporte de massa, e diminuição da quantidade de líquido transportada, quando decresce a tensão interfacial. / [en] The purpose of this work was to study the effect of variations in the interface tension between two immiscible liquids on the behavior of air bubbles that are formed in the lower phase, pass through the liquid/liquid interface, and the rise through the upper phase transporting an envolving layer. The viscosity of the lower phase was maintained at 1.00c.c., and the upper at 0.45c.s. and the interface tension between the phases was varied from 5din/cm to 30din/cm. The diameter of bubbles had a variation from 2 to 10mm, with a large number of intermediary points. Several photographic and measurement techniques were developed and tried before taking the data presented in the mass-transport curves. The existence of an increase in range for which mass-transport exists and a decrease in the portion of liquid transported was found when the interfacial tension decreases.

[pt] Este trabalho faz parte de um estudo sobre o comportamento de gotas e bolhas, que há muito, vem sendo pesquisando nesta universidade. Foi realizado em paralelo com dois outros trabalhos, com a finalidade conjunta de se estudar a influência da tensão interfacial, no transporte de massa, trajetória, forma e velocidade de bolhas de ar, que ao passarem através de uma interface líquido-líquido, são envolvidas por uma película do líquido inferior, transportando-a até a superfície do líquido superior. Este trabalho, pesquisou a influência da tensão interfacial, na trajetória e velocidade de bolhas de ar, passando através da interface de dois líquidos de baixa viscosidade cinemática: água filtrada, v igual a 1,0cs e hexana, v igual a 0,45cs. Os valores da tensão interfacial na pesquisa foram: 35,0din/cm, 17,5din/cm e 6,0din/cm. Constatou-se que a variação da tensão interfacial, afeta o comportamento da bolha, em relação à trajetória, forma e velocidade. Com o aumento da tensão interfacial, verificou-se que: - A faixa de diâmetros equivalentes, de bolhas que carregam películas até a superfície do líquido superior, diminui. - Há pouca variação na trajetória de subida da bolha. - O achatamento a forma esferóide, diminui. - A velocidade aumenta. / [en] This work was part of studies on bubbles and drops that is being developed in this University. This study was conducted in parallel with two other studies; all had the objective of determining the influence of the interfacial tension on mass transport, trajectory, shape and velocity of air bubbles as they passed through a liquid-liquid interface with a surrounding film of the lower liquid. In the study, research was conducted on the influence of interfacial tension on the trajectory, shape and velocity of air bubbles passing across the interface of two low kinematic viscosity liquids; filtered water, v equal 1.00c.s. and hexane two low kinematic viscosity liquids; filtered water, v equal 1.00 c.s and hexane, v equal 0.45 c.s. The interfacial tensions observed were: 35.0 din/cm, 17.5 din/cm and 6.0 din/cm. It was found that a variation in the interfacial tension, changes the bubbles shape, trajectory and velocity. With increasing interfacial tension, it was observed that: - The equivalent diameter range of bubbles carrying the film to the upper surface, decreases. - There is little variation in the trajectory of the rising bubble. - The flattening of the spheroid decreases. - The velocity increases.