Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:57:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 256501.pdf: 4875794 bytes, checksum: 1b8e04007b8d21df22e921edcc4b87f6 (MD5) / O abastecimento de água é um serviço vital, imprescindível para o desenvolvimento da sociedade, tanto na sua relação com a saúde coletiva quanto na sua importância econômica. Os sistemas de abastecimento de água tendem a ser vulneráveis a diversos perigos ambientais, os quais podem provocar emergências e desastres. Tendo em vista a necessidade de garantir o abastecimento de água em quantidade e qualidade adequadas e considerando a vulnerabilidade dos sistemas, deve-se estudar a possibilidade de fornecer água em casos de emergências. O objetivo principal desta pesquisa era avaliar uma metodologia que permita medir a vulnerabilidade hidráulica de sistemas de abastecimento de água, através de simulação hidráulica, quando um componente importante do sistema é impactado. Para tanto, foram considerados diferentes cenários de danos em componentes do sistema, segundo a sua importância e a probabilidade de serem danificados por inundações. A validação da metodologia foi realizada no sistema de abastecimento de água da cidade de Santiago de los Caballeros, República Dominicana, utilizando-se o software EPANET 2.0 para simular o desempenho do sistema, considerando-se cenários de danos por inundações baseadas em estudos existentes de eventos hidrometeorológicos relacionados com o rio Yaque del Norte. Foram determinados os trechos que provocam maior vulnerabilidade no sistema e os nós mais afetados pela interrupção destes trechos. Os resultados mostram a possibilidade de determinar a vulnerabilidade hidráulica do sistema e para nós de interesse, pelo tipo ou pela quantidade de usuários. A partir deste ponto foi possível estabelecer alternativas de abastecimento de água para casos de emergência, especialmente para os nós considerados importantes. Water supply is a vital service, essential for the development of society with regard to its relationship with collective health as well as to its economic importance. Water supply systems tend to be vulnerable to a variety of environmental hazards, which may create emergencies and disasters. Taking into account the need to guarantee water supply in adequate quantity and quality and the vulnerability of systems, the possibility of suppying water in case of emergencies must be studied. This research aimed at evaluating a methodology that would allow measuring the hydrolic vulnerability of water supply systems through hydraulic simulation when the system is impacted by floods. With this purpose, several scenarios of damage to system components were considered, according to the component importance and its probability of being damaged by flooding. The methodology validation was carried out at the water supply system from the city of Santiago de los Caballeros, in the Dominican Republic, using EPANET 2.0 to simulate the system performance, considering damage scenarios by flooding, based on existing studies of floods in river Yaque del Norte. The pipes with greater vulnerability in the system and the most impacted nodes by interruption were determined. The results showed that it is possible to determine the vulnerability of the hydraulic system and important nodes. From this point on, it was possible establish alternatives for supplying water during emergency cases, especially for nodes considered important.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-08-01T21:35:07Z No. of bitstreams: 1 DaniloGoncalvesCavalcante_DISSERT.pdf: 4765469 bytes, checksum: df72ae5db05a9abc7fd0cd1468d9283c (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-08-03T19:59:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DaniloGoncalvesCavalcante_DISSERT.pdf: 4765469 bytes, checksum: df72ae5db05a9abc7fd0cd1468d9283c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:59:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DaniloGoncalvesCavalcante_DISSERT.pdf: 4765469 bytes, checksum: df72ae5db05a9abc7fd0cd1468d9283c (MD5) Previous issue date: 2015-10-06 / A capacidade de competir em mercados globalizados é um qualificador presente nas organizações atuais. A gestão dos gastos produtivos (custos e investimentos) exerce influência direta nas decisões empresariais de curto e longo prazo. Nesse sentido, a busca pela otimização dos recursos, mediante redução do capital imobilizado, é um fator competitivo buscado por diversas empresas. A gestão de estoques envolve conflitos de interesses que podem conduzir o gestor a decisões incompatíveis: os estoques podem absorver grandes somas de recursos ou representar enormes perdas de produção (lucro cessante). Dentre os diversos tipos de estoques, a imobilização de itens sobressalentes aplicados à manutenção destaca-se por apresentar algumas características importantes: a demanda é irregular (lumpy), o investimento para aquisição das partes sobressalentes é elevado e o tempo de entrega é longo. Este trabalho objetiva aplicar um método para gestão de estoque sobressalente baseado em confiabilidade industrial com uso de covariáveis. O modelo aplica técnicas relacionadas a modelagem probabilística e processo de renovação, com objetivo de quantificar os itens sobressalentes. A análise faz uso de programas computacionais para manipulação dos parâmetros de confiabilidade (software Weibull® e BlockSim® - ReliaSoft) e do software R, necessário à definição das covariáveis. O dimensionamento dos sobressalentes é consolidado mediante programa desenvolvido em linguagem C++, que visa analisar as sobreposições das falhas ao longo do tempo. O estudo é aplicado ao dimensionamento de bombas centrífugas submersas (BCS) utilizadas na produção de petróleo em unidades marítimas. A ferramenta busca estruturar o processo de alocação de sobressalentes a serem imobilizados no setor petrolífero, auxiliando a tomada de decisão. / The ability to compete in global markets is a present qualifying in the current organizations. The management of productive spending (costs and investments) has a direct influence on the business decisions of term short and long. In this sense, the search for optimization of the resources, through reductions in the fixed capital, is a competitive factor sought by various companies. The inventory management involves conflicts of interests that can lead the manager to inconsistent decisions: stocks can absorb large amounts of resources or represent massive production losses (profit loss). Among the various types of stocks, immobilization of spare items applied to maintenance stands out for have some important features: the demand is irregular (lumpy), the investment for the acquisition of spare parts is high and the delivery time is long. This work aims to apply a method for spare inventory management based on industrial reliability with use of covariates. The model applies techniques related to probabilistic modeling and renewal process, in order to quantify the spare items. The analysis makes use of computer programs to manipulate of the reliability parameters (Weibull® and BlockSim® software - ReliaSoft) and R® software, necessary to define the covariates. The dimensioning of the spares is consolidated through the program developed in c ++ language, which aims to analyze the failures overlapping over time. The study is applied to the sizing of centrifugal pumps (BCS) used in the production of oil in offshore units. The tool search to structure the process of allocation of spare parts to be fixed in the oil sector, aiding decision making.

[pt] Este trabalho trata das metodologias disponíveis mais utilizadas para a avaliação da reserva girante em sistemas de potência. São apresentadas abordagens determinísticas e probabilísticas. Uma grande variedade de aspectos são considerados e organizados de modo a se obter uma taxionomia metodológica. A aplicação da taxionomia sugerida é ilustrada com a análise de um sistema hipotético, o IEEE Reliability Test System, e do sistema brasileiro das regiões Sul/Sudeste/Centro-Oeste. Com base nos resultados obtidos com a aplicação de tal taxionomia à metodologia atualmente utilizada no Brasil, são apontados aspectos que necessitam de maiores pesquisas. Uma das principais conclusões obtidas revela que a prática atual de se associar os períodos críticos de risco àqueles de maior capacidade em manutenção não possui respaldo prático nem teórico. / [en] This report reviews the most representative techniques currency available for power systems spinning reserve evaluation. Both deterministic and probabilistic approaches are tackled. A broad range of aspects are considered and organized in a practical methodological taxonomy. The application of the suggested taxonomy is illustrated with the aid of hypothetical systems, the IEEE Reliability Test System, and the Brazilian South/Southeast/Midwest System. Based on the diagnosis resulting from the application of the taxonomy to the methodology currently utilized in Brazil, several aspects in need of improvement are pointed out. As one of the main results attained, it shown that, the current practice of considering the critical risk period as coincident with the critical maintenance period, lacks practical evidence and theoretical support.

[pt] Este trabalho apresenta modelo para avaliação quantitativa da confiabilidade de sistemas a partir do conhecimento das confiabilidades individuais dos componentes, sua configuração física e dos requisitos de desempenho do sistema. O modelo tem como base Diagramas Lógicos e caracteriza-se por ser versátil e de fácil aplicação em estudos de alternativas de projeto em qualquer especialidade de engenharia. Para implementação do modelo desenvolveu-se programa computacional de uso amigável com interface gráfica. São apresentados testes com sistemas realistas. / [en] This work presents a model for quantitative analysis of the systems reliability considering the knowledge of each component reliability and its physical configuration, as well as on the system performance requirements. This model is based on Logical Diagrams and distinguishes itself by its versatility and easiness of application in project alternative studies in any branch of engineering. In order to implement the model, we developed a user-friendly software with a graphic interface. Moreover, we present several tests with realistic systems.

[pt] A metodologia da Manutenção Centrada em Confiabilidade (MCC) reúne um conjunto de práticas que possibilita a criação, de modo sistemático e racional, de programas de manutenção focados na preservação das funções de sistemas dos quais as máquinas são componentes, o que tem levado a um crescente interesse em sua aplicação aos mais diversos contextos industriais. São apresentados aqui os fundamentos da metodologia e é feita uma aplicação de seus princípios à revisão do programa de manutenção preventiva atualmente adotado por FURNAS Centrais Elétricas S.A. para secionadores de alta tensão. Pretendeu-se, com isto, verificar a aplicabilidade e exercitar a adaptação da MCC a equipamentos de subestações elétricas, obtendo-se resultados que indicam não haver empecidos para a aplicação da metodologia a subestações de energia elétrica, mas apontam para a necessidade de se avaliar a eficiência de tal aplicação, através de uma análise e custos e benefícios. / [en] The methodology of Reliability-Centered Maintenance combine practices and theoretical finds from the Field of Reliability Engineering to design, in a systematic and rational way, maintenance programs focused on the functions of the systems instead of their components. This dissertation presents an application of the basic principles of RCM methodology to the revision of FURNAS Centrais Elétricas’s switchs’ maintenance program. The aim of this application is to verify the adaptation of RCM methodology to high voltage electrical equipaments. The results achieved suggests that RCM is a universally applicable methodology but management must be sure that benefits are greater than costs before to decide to apply this methodology to a particular installation.

[pt] Uma empresa de energia elétrica tem por obrigação garantir a continuidade e a qualidade do serviço prestado. A fim de incentivar a qualidade do serviço, a ANEEL introduziu penalidades nos contratos com as concessionárias de serviços públicos de transmissão de energia elétrica caso as instalações de transmissão sejam desligadas, por acidente, falha de equipamento ou manutenção programada. Com base nas práticas de Manutenção Centrada na Confiabilidade, este trabalho propõe uma determinação dos intervalos de manutenção programada para minimizar as penalidades pagas por uma empresa de transmissão de energia elétrica devido ao desligamento de equipamentos. Desenvolveu-se um método para a determinação das probabilidades em regime permanente dos estados que representam os desligamentos do sistema de proteção e suas respectivas taxas de transição, utilizando-se técnicas de Freqüência e Duração. A taxa de falha dos equipamentos foi determinada tendo como base dados do sistema de proteção coletados ao longo de onze anos, onde as manutenções programadas foram realizadas a cada três anos. Determinou-se a taxa de falha do sistema de proteção considerando-se outros intervalos fixos para a manutenção programada. Para cada intervalo fixo de manutenção, supôs-se que a taxa de falha encontrase na região onde ela é constante. Nesta região as falhas ocorrem aleatoriamente é podem ser descritas por uma função densidade de probabilidade exponencial. Para uma concessionária, é preferível assumir mais riscos a ter que pagar penalidades por manutenções programadas, enquanto que para uma outra é recomendável ser cautelosa é pagar mais por realização de manutenções programadas assumindo menos riscos de pagamentos por indisponibilidade não programada. Foram experimentados ní­veis de riscos aceitáveis ao problema utilizando-se técnicas da teoria econômica. / [en] An electrical utility has for obligation to guarantee the continuity and the quality of the given service. In order to stimulate the quality of the service the Brazilian energy agency introduced penalties in contracts with the electrical utilities of transmission in case the transmission installations is off for accident, failure of equipment or scheduled maintenance. On the basis of practical Reliability Centered Maintenance, this thesis considers a determination of maintenance intervals to minimize the economical impacts due to equipment disconnection. These disconnections are represented through the probabilistic model of the protection of transmission systems. A method for determination of the steady states probabilities of the protection system and its transitions rates was developed using techniques of Frequency and Duration. The failure rate of the component was determined using data collected from protection of transmission systems throughout eleven years, where the maintenances had been carried through every three years. It was determined the protection failure rate considering others intervals of maintenance. For each interval of maintenance, one assumed that the failure rate meets the useful life period and is characterized by a constant hazard rate. The useful life period follows a good approximation to an exponential curve. For a utility it is preferable to take more risks of component failure than to have to pay penalties for maintenances, whereas for another one is recommendable to be cautious and pay more for accomplishment of maintenances taking little risks of payments for unavailability do to component failure. Techniques of the economic theory had been tried in order to determine reasonable levels of acceptable risks to the problem.

[pt] Este trabalho apresenta um método geral e prático, baseado em técnicas de convolução discreta, para avaliar o valor esperado e a variância dos índices de perda de carga associados a um sistema de geração. O método proposto trata as indisponibilidades das unidades geradoras e os valores estimados para os picos de carga como variáveis aleatórias, especificadas por médias e variâncias, e modela, sem qualquer restrição, geradores com estados de capacidade intermediários. Também é mostrado como as técnicas de Transformada Rápida de Fourier podem ser aplicadas na solução deste problema. O algoritmo proposto é aplicado a vários sistemas de geração, incluindo o sistema teste de confiabilidade do IEEE, e os resultados são discutidos. / [en] This work presents a pratical and general method based on discrete convolution techniques for evaluating the expectation and variance of the loss of load índices, for a single-area system, by treating forced outage rates and forecast peak loads as random variables with specified means and variances. The proposed method easily accounts for partial forced outage rates associated with unit derated states, without any restrictions. Also, it is shown how fast Fourier transtorm techniques can be used to carry out the discrete convolution. The proposed algorithm is applied to typical generating systems including the IEEE Reliability Test System, and the results are discussed.

[pt] Um algoritmo de Fluxo de Potência Probabilístico (FPP) permite avaliar a probabilidade de ocorrência de certos eventos em um sistema de potência, baseado em seu desempenho passado, na previsão das demandas e nas disponibilidades das unidades geradoras e equipamentos de transmissão. Tais eventos são sobrecargas, sobre/subtensões e insuficiência de geração de potência ativa/reativa. As probabilidades ou riscos associados a tais eventos são medidas ou índices de adequação relacionando cargas, equipamentos disponíveis e a política operativa. Pode-se dizer que a formulação de FPP mais realista até hoje proposta possui duas restrições básicas. A primeira é a dificuldade de se obter simultaneamente e de forma eficiente, todos os índices de adequação. A segunda está relacionada com a precisão do algoritmo para as grandezas reativas, mesmo para níveis de incerteza não muito elevados. Neste trabalho, além de ser proposto um novo algoritmo de solução que resolve as restrições anteriormente citadas de forma bastante simples e eficaz, são demonstradas diversas aplicações dos algoritmos de FPP e também definidas metodologias de utilização desta ferramenta em estudos de planejamento da operação e da expansão, ressaltando-se ainda as similaridades com a análise de confiabilidade global de sistemas de potência. A aplicação dos métodos de FPP, obtendo informações adicionais para complementar a abordagem determinística convencional, tem demonstrado ser uma ferramenta auxiliar bastente útil no processo de tomada de decisão. As vantagens da inclusão deste algoritmo no rol de técnicas imprescindíveis aos engenheiros vem incentivando o uso desta abordagem de maneira mais ampla. / [en] A Probabilistic Power Flow Algorithm (PPF) allows the practical evaluation of the probability of occurrence of power system events, based on their historical performance, load forecast and availability of generating units and transmission equipment. Such events are overlads, undervoltages, overvoltages and indufficiency of active/reactive power generation. The probabilities or risks associated to these events are adequacy measures, or indices, linking loads, available equipment and operational policies. The practical PPF formulations available in literature present two main drawbacks. The first one is related with the computational difficulty in simultaneously obtaining all basic adequacy indices, within an efficient computational scheme. The second is related with the accuracy of calculated reactive figures, even in the case of modest uncertainty levels. In this work, a new, simple and efficient PPF algorithm, which alleviates the previous drawbacks, is proposed. Several practical applications of the proposed PPF algorithm are described as well as methodologies for its use in operational and expansion planning. Also, the similarities between PPF and composite reliability evaluation algorithms are emphasized. The application of PPF methods, providing additional information to the conventional deterministic approaches, has shown to be a very important auxiliary tool in the decision making process, thus contributing for the broad use of probabilistic methods.

Uma etapa fundamental no desenvolvimento de sistemas tolerantes a falhas é a fase de validação, onde é verificado se o sistema está reagindo de maneira correta à ocorrência de falhas. Uma das técnicas usadas para validar experimentalmente um sistema é injeção de falhas. O recente uso de sistemas largamente distribuídos para execução dos mais diversos tipos de aplicações, faz com que novas técnicas para validação de mecanismos de tolerância a falhas sejam desenvolvidas considerando este novo cenário. Injeção de falhas no sistema de comunicação do nodo é uma técnica tradicional para a validação de aplicações distribuídas, para forçar a ativação dos mecanismos de detecção e recuperação de erros relacionados à troca de mensagens. A condução de experimentos com injetores de comunicação tradicionais é feita pelo uso do injetor em uma máquina do sistema distribuído. Se o cenário desejado é de múltiplas falhas, o injetor deve ser instanciado independentemente nas n máquinas que as falhas serão injetadas. O controle de cada injetor é individual, o que dificulta a realização do experimento. Esta dificuldade aumenta significativamente se o cenário for um sistema distribuído de larga escala. Outro problema a considerar é a ausência de ferramentas apropriadas para a emulação de determinados cenários de falhas. Em aplicações distribuídas de larga escala, um tipo comum de falha é o particionamento de rede. Não há ferramentas que permitam diretamente a validação ou a verificação do processo de defeito de aplicações distribuídas quando ocorre um particionamento de rede Este trabalho apresenta o estudo de uma abordagem para injeção de falhas que permita o teste de atributos de dependabilidade de aplicações distribuídas de pequena e larga escala implementadas em Java. A abordagem considera a não obrigatoriedade da alteração do código da aplicação sob teste; a emulação de um cenário de falhas múltiplas que ocorrem em diferentes nodos, permitindo o controle centralizado do experimento; a validação de aplicações que executem em sistemas distribuídos de larga escala e consideram um modelo de falhas realista deste tipo de ambiente, incluindo particionamentos de rede. A viabilidade da abordagem proposta é mostrada através do desenvolvimento do protótipo chamado FIONA (Fault Injector Oriented to Network Applications), o qual atualmente injeta falhas em aplicações desenvolvidas sob o protocolo UDP.

[pt] Este trabalho apresenta diversas metodologias para o cálculo de pagamento pela reserva de capacidade do sistema. A remuneração da reserva oferecida pelo sistema vem sendo cada vez mais discutida, principalmente, devido ao aumento de competição no setor elétrico e sua possível influência negativa na confiabilidade de suprimento. O estudo da confiabilidade do sistema tem uma ligação direta com este problema, pois os seus índices podem medir a importância da reserva de potência para o desempenho do sistema. Da mesma forma, a precificação de reserva procura refletir os requisitos de confiabilidade do sistema. Com isto é esperado que os agentes procurem agregar reserva ao sistema quando devidamente compensados por isto. As diversas maneiras de obterem-se os índices de confiabilidade são apresentadas, bem como as vantagens e desvantagens de cada uma. Os métodos discutidos são importantes para o sistema brasileiro, pois levam em consideração a confiabilidade composta geração- transmissão. Em um país com grande extensão territorial e com uma malha de transmissão na avaliação do risco do sistema. Foram utilizados como casos exemplos para este trabalho um sistema teste de 3 barras criado especialmente para este estudo, o IEEE-MRTS (IEEE-Modified Realiability System), e um equivalente do Sistema Sul-Sudeste Brasileiro. Finalmente, são discutidas as diversas maneiras que os agentes podem pagar e receber pela reserva operativa. O objetivo é tentar reduzir ao máximo a grande variância existente neste pagamento, pois se este valor for calculado em tempo real, é fácil perceber que os geradores receberão muito pouco em épocas de pequena demanda de energia, e por outro lado, receberão altas quantias nos instantes de pico de carga ou períodos secos. / [en] This work presents various methodologies for the calculation of payment through system capacity reserve. The remuneration of energy reserve offered by the system is been more and more discussed, mainly owing to increase of competition in electrical sector and its possible negative influence in supply reliability. The study of system reliability has a direct connection to this problem, because their indices can measure the importance of energy reserve for the performance of the system. Furthermore, the reserve tariff tries to reflect system reliability requirements. So, the system wait for investments of agents, when their receive correct remuneration for this. The various ways of getting the reliability indices are shown, as well as the advantages and disadvantages of each one. The methods discussed are important for the Brazilian System because they take into consideration the generation-transmission reliability, while the methods used in the majority of other countries only taking consideration the generation. In large countries and with a transmission network completely interconnected as in Brazil, it is indispensable the study of the impact of transmission network in the evaluation of system risk. The cases studies for this work have used the IEEE-MRTS (IEEE-Modified Reliability System), a test system of three buses specially designed for this study and a equivalent of South-Southeast Brazilian Case (SSB). Finally, different way that agents can pay or receive in a accord with capacity of operative reserve are discussed. The objective is to try to reduce the maximum the great variation existing in this payments, because if this value was calculated in real time is easy to see that the generation will receive much less in time of low energy demand, and on the other hand, will receive high amounts in times of the load peak or dry periods.