Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T18:20:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alcantara_MarcioVenicioPilar_D.pdf: 32763443 bytes, checksum: de62ea1f9e48329f99dd1eb8b0ae1724 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A aplicação das tecnologias de Rede Inteligente (RI) no Setor de Energia Elétrica (SEE) vem sendo bastante discutida e estudada nos últimos dez anos, em especial no Brasil nos últimos cinco anos, havendo diversas iniciativas tanto por parte das empresas de energia elétrica, quanto por parte do governo e da academia, mas ainda permanece uma lacuna quanto ao entendimento da melhor forma de se integrar o consumidor final nessas perspectivas. Dessa forma, do ponto de vista de gerenciamento do consumo/geração de energia seria possível racionalizar de forma automatizada o uso da energia elétrica, e nesse contexto surgiria a possibilidade de se atender parte da demanda através da Conservação de Energia (CE). Esta tese apresenta um estudo do estado da arte acerca de RI no Brasil e no Mundo e sua aplicação na CE, elencando elementos sobre as novas tecnologias e as diversas formas de aplicação das mesmas para promoção da CE. O texto aponta a necessidade de que as iniciativas existentes no Brasil em termos de Leis, Regulações e Planejamento no âmbito da Eficiência Energética no SEE passe a levar em conta a aplicação de novas tecnologias de controle da carga e de microgeração e minigeração no seu planejamento, em especial que leve em consideração a possibilidade de penetração ampla de tecnologias de geração distribuída. É feita a avaliação da potencialidade da ferramenta de simulação GridLAB-D para simulação dos conceitos associados a RI e CE. Realiza-se uma análise do impacto na mudança do modelo regulatório atual de distribuição de energia elétrica, baseado em remuneração pelo aumento do consumo, para um modelo baseado em remuneração pelo aumento da CE, apontando caminhos para uma nova regulação / Abstract: Application of Smart Grid (SG) technologies in the Power Sector has been extensively studied and discussed in the last ten years, especially in Brazil in the last five years, with various initiatives both by electric utilities, as from government and academia. However, remains a gap in the understanding of how best to integrate the end consumer in these perspectives. Thus, from the standpoint of power management/power generation would be possible to automated rationalize the use of electricity, and in this context arise the possibility to meet part of the demand through the Energy Conservation (EC). This thesis presents a study on the state of the art of SG in Brazil and in the World and its application in EC, listing information about new technologies and different ways of applying them to promote the EC. The text points out the need for existing initiatives in Brazil in terms of Laws, Regulations and Planning under the Energy Efficiency in the Power Sector pass to take into account the application of new technologies for load control in its planning in particular taking into account the possibility of large penetration of distributed generation technologies. It is evaluated the capability of GridLAB-D simulation tool for simulation of the concepts associated with SG and EC. Carried out an impact analysis of the change in the current regulatory model for the distribution of electricity, based on compensation by increased consumption, to a model based on compensation by increased EC, indicating paths for new regulation / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Lucila Chebel Labaki. / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:44:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_CarlaFernandaBarbosa_D.pdf: 4846787 bytes, checksum: a2bbec42880bcecfdd43b8f22e0fecf7 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A busca por materiais, tecnologias ou meios que tornem as edificações mais eficientes energeticamente é uma meta de pesquisadores, educadores e projetistas não só no Brasil, mas também no mundo. O uso de cores claras em coberturas tem sido bastante estudado como estratégia de resfriamento para climas quentes. Este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho térmico de acabamentos de cor branca em coberturas e estimar o consumo de energia para um ambiente com cobertura branca. Adicionado ao emprego de acabamentos refletivos, empregou-se a aspersão de água pluvial sobre os acabamentos empregados. A caracterização do desempenho de acabamentos de tinta na cor branca requisitou a realização de ensaios para determinar as características dos acabamentos nas superfícies das telhas: emissividade, refletância solar e absorção de água aspergida. Para tanto, a revisão bibliográfica do assunto foi necessária para investigar metodologias aplicadas in pesquisas realizadas no mundo. Em telhas de fibrocimento foram aplicadas tintas imobiliárias comuns (de diferentes composições químicas, porém de mesma cor branca) associadas à aspersão de água e expostas a intempéries ambientais. Temperaturas superficiais internas das telhas e variáveis meteorológicas foram coletadas e analisadas, conjuntamente com dados dos ensaios de refletância solar, emissividade térmica e absorção de água na superfície das telhas de fibrocimento. Os resultados para a técnica refletiva de acabamentos de cor clara comprovaram as expectativas, no entanto, quando esta técnica foi associada à aspersão de água nas superfícies, os resultados foram otimizados. Esses resultados ilustram a necessidade da atenção na especificação do tipo de acabamento branco. Estimou-se, através de simulação térmica, a influência do acabamento branco no consumo de energia anual de um ambiente. O propósito deste trabalho é contribuir com informações adicionais em relação ao acabamento de cor branca, atenuando as temperaturas da cobertura de uma edificação, como demonstrar que o emprego de água pluvial pode atenuar o volume escoado pelas vias na estação chuvosa / Abstract: The search for materials, technologies and ways that can get constructions more energy efficient has been a concern of researches, educators and designers not only in Brazil, but also in the world. The use of light colors on roofing has been studied a lot; like cooling strategy for hot climates. The aim of this work is to analyze thermal performance of white coatings on roofing and to estimate energy savings in a room with white coating on roofing. Evaporative cooling, added to reflective cooling, was used through rain-water spraying on coating surfaces. Some testing on coatings as thermal emissivity, solar reflectance and absorption of sprayed water were requested for characterization of coatings thermal performance. In consequence of that literature review related to these themes was necessary to investigate methodologies applied in researches which have been done in the world. Commercial and ordinary paintings (of different chemical compositions, but with same color: white) were applied on fiber cement tiles in association to water spraying in weather conditions. Inside-surface temperatures and meteorological data were collected and analyzed together with solar reflectance, thermal emissivity and water absorption by tile coatings. Results of reflective technique proved expectations and illustrated that some attention is requested to choose the kind of white painting. However, when these coatings received water spraying on surfaces, they got the best results. The white coatings influences were considered through an annual thermal simulation energy saving. This work has the purpose to contribute with existing additional information in relation to white painting available, in order to get less roofing temperatures as well as to show that the rain water usage could be a tool for decreasing drained water on streets in rainy season / Doutorado / Arquitetura, Tecnologia e Cidade / Doutora em Arquitetura, Tecnologia e Cidade

Orientador: Nelson Luís Cappelli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-21T09:12:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matos_Rafaelde_M.pdf: 3106025 bytes, checksum: 2cac9a3216fa59519a7f0746ec332829 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O crescimento da demanda por cana-de-açúcar e a necessidade de agilidade no processamento do produto, levou o setor agrícola a buscar sistemas de colheita de maior capacidade no campo. No entanto, as colhedoras ainda apresentam alguns pontos críticos em função da qualidade de trabalho devido aos diversos tipos de perdas do produto durante a colheita. A maioria das deficiências encontradas na colhedora podem ser eliminadas, ou pelo menos minimizadas, com a adoção de inovações tecnológicas que permitam a operação otimizada e precisa de diversos de seus subsistemas. Alguns sistemas da colhedora, como por exemplo o circuito do extrator primário, ainda não apresentam um projeto bem definido para os diferentes modelos de colhedoras. Por isso, para começar a haver uma melhora nesse circuito, a análise do consumo de potência de todo esse sistema de limpeza, com valores de potência consumida e instalada, poderia ajudar a entender melhor seu funcionamento. O objetivo deste trabalho foi avaliar a demanda de potência hidráulica no motor hidráulico, instalado no extrator primário da colhedora de cana-de-açúcar, em condições de regime de operação da máquina, além de analisar a relação entre a potência instalada no circuito e a potência consumida. Para isso, instrumentaram-se dois modelos de colhedora e foram realizados quatro ensaios para aquisição de dados de vazão hidráulica e diferencial de pressão no motor hidráulico do extrator, considerando a máquina parada no pátio de uma oficina e operando em campo. Com a máquina parada, ou seja, sem fluxo mássico de cana e impureza proveniente da cana passando pelo ventilador, a potência consumida pelo motor foi de 14,75 kW para uma velocidade angular de 104,7 rad s-1. Já com a colhedora operando em campo, com fluxo mássico de matéria seca passando pelo sistema de limpeza, os resultados foram superiores ao dobro encontrado para os testes com a colhedora parada. Quando comparados à potência nominal instalada, apresentam valores de potência hidráulica consumida de 30 a 50% da potência nominal, o que indica o superdimensionamento de potência dos motores do extrator primário / Abstract: The growing demand of sugar cane and the need for agility in the processing of this product, the agricultural sector led to seek cropping systems with greater capacity in the field. However, the sugar cane harvesters still have some critical points depending on the quality of work due to various types of product losses during harvest. Most of the deficiencies found in the harvester can be eliminated, or at least minimized, with the adoption of technological innovations that allow an optimal operation of its various subsystems. Some systems of the harvester such as the circuit of the primary extractor, does not have a welldefined design for different models of harvesters. So to start an improvement in this circuit, the analysis of power consumption of its cleaning system, with values of power consumed and installed, could help to better understand its operation. The objective of this study was to evaluate the demand for hydraulic power of the hydraulic motor installed on the primary extractor of sugar cane harvesters in terms of machine operation system and analyze the relationship between the installed power in the circuit and power consumed. For this, two models of combines were used in four tests, that were performed for data acquisition of hydraulic flow and differential pressure in the extractor's hydraulic motor, considering the machine stopped in the courtyard and working in the field. With the machine stopped, in other words without mass flow of sugar cane and impurity passing through the fan, the power consumed by the motor was 14.75 kW with an angular velocity of 104.7 rad s-1. In the field operation with mass flow through the cleaning system, the results were more than twice found for the tests with the harvester stopped. When compared to the nominal power installed, the values of hydraulic power consumed ranged from 30 to 50% of rated output, which indicates the overestimation of the power in the primary motor of the extractor / Mestrado / Maquinas Agricolas / Mestre em Engenharia Agrícola

Atualmente, os edifícios selados hermeticamente e com as chamadas \"peles de vidro\" estão presentes em diversos países, e possuem, como consequência, um elevado consumo de energia elétrica para conseguir manter o conforto ambiental dos usuários. Contudo, é possível se beneficiar de uma maior eficiência energética nesses espaços através da combinação de soluções ativas e passivas. Esse estudo tem como objetivo principal avaliar a influência de parâmetros de projetos, tais como o formato da sala, tamanho e orientação das aberturas na fachada, no consumo de energia e no conforto visual em saletas comerciais com ventilação híbrida e integração da iluminação natural com a artificial na cidade de São Paulo. As saletas comerciais analisadas possuem uma área média, diferentes formatos e diferentes aberturas em uma só fachada, representando a solução arquitetônica mais comum encontrada nesse tipo de edifício. Através de análise energética realizada por meio do programa EnergyPlus e da análise lumínica com o programa DIVA-for-Rhino, verificou-se que o formato da sala é essencial para a decisão de um percentual de área de abertura na fachada (PAF) que consuma menos energia. Os resultados mostraram que o uso da ventilação híbrida sempre representou uma economia, atingindo uma redução de até 51% do consumo do ar condicionado para resfriamento e até 26% do consumo de energia total, com os PAF´s de 40, 70 e 100%. Seria interessante considerar elementos de proteção solar que não diminuam a eficácia da ventilação e iluminação naturais nesses ambientes, para se aliar o baixo consumo de energia com menores riscos de ofuscamento. Desta forma, o trabalho auxilia a incorporação destas estrategias para uma maior economia de energia no desenvolvimento do projeto arquitetônico desta tipologia de edifício comercial. / Nowadays, sealed airtight office buildings and so-called \"glass curtain wall\" are present in many countries, and have as a result a high consumption of electric energy to be able to maintain the environmental comfort of the users. However, the combination of passive and active strategies could improve the energy efficiency in these spaces. This study aims to evaluate the design parameters influence, such as rooms shape, the openings size and orientation, in the energy consumption and in the visual comfort in cellular offices with hybrid ventilation system and the integration of daylight and artificial lighting in São Paulo. The analyzed cellular offices have an average area, different shapes and different openings in one facade, representing the more common architectural characteristics found in this type of building in that context. Energy analyses in EnergyPlus and daylight studies using DIVA-for-Rhino were conducted. It was found that the rooms shape is essential for the determination of the window-to-wall-ratio (WWR) for reducing energy consumption. The results showed that the hybrid ventilation use always represented an economy, reaching reduction values up to 51% in the consumption of air conditioning for cooling and up to 26% in cellular offices total consumption, with a WWR of 40, 70 and 100%. It would be interesting to consider sun shading elements that do not reduce the effectiveness of natural ventilation and daylighting in these environments to combine low power consumption with a lower risk of glare. In this way, the work helps the incorporation of these strategies for save energy in the development of the architectural design of this type of commercial building.

This work presents the results from the analysis of the behavior of demand and energy consumption in the Campus of the Universidade Federal de Santa Maria to contribute to the adoption of strategic plans for demand side management. Presented are the basic concepts of electrical quantities, the definition of demand, as well as its available control and management techniques. The advantages of the demand side management option are highlighted. Two sets of load curves were collected : the load shapes of the campus as a whole, obtained from two years of demand records by the local electricity provider's energy meter; and the individual load curves of various buildings throughout the campus, obtained from measurements made with a multi-quantities electrical meter. Presented are the methods of obtaining their curves and highlighted the influence of temperature, business hours, school calendar and days of the week on them. Finally, a comparison is made between the whole university curve, with the individual load shapes. The set of information obtained forms the basics for demand side management on the campus, in near future. The results indicated that public educations buildings have peculiarities that should be taken into account when adopting measures to reduce consumption and load management. Such measures must take into account the presence of loads of different nature (purely academic through industrial, commercial and residential) and with different hours of use in comparison to similar off-campus loads. / Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos a partir do estudo do comportamento da demanda e do consumo de energia elétrica no Campus da Universidade Federal de Santa Maria de forma a contribuir para a adoção de planos estratégicos de gerenciamento pelo lado da demanda. São apresentados os conceitos básicos das grandezas elétricas, a definição de demanda, bem como seu controle e técnicas de gerenciamento possíveis. As vantagens da opção do gerenciamento pelo lado da demanda são evidenciadas. Dois conjuntos de curvas de carga foram levantados: as curvas de carga do campus como um todo, obtidas a partir de dois anos de registros junto ao medidor de energia da concessionária local; as curvas de carga individuais de diversos prédios espalhados pelo campus, obtidas a partir de medições realizadas com um multimedidor de grandezas elétricas. São apresentados os métodos de obtenção das respectivas curvas e evidenciadas a influência da temperatura, horário de expediente, calendário letivo e dia da semana sobre as mesmas. Por fim, é feita a comparação entre a curva de carga geral da universidade, com as curvas de carga individuais. O conjunto de informações obtidas forma a base para um futuro gerenciamento pelo lado da demanda no campus. Os resultados obtidos permitiram concluir que os prédios públicos de ensino apresentam peculiaridades que devem ser levadas em conta quando se adotam medidas de redução do consumo e gerenciamento de carga. Tais medidas devem levar em conta a presença de cargas de diferentes naturezas (puramente acadêmicas, passando por industriais, comerciais e residenciais) e com horários de uso diferenciados em comparação a cargas idênticas fora do campus.

This thesis deals with the increased efficiency of photovoltaic panels (PVs) through cooling the cells by geothermal energy and water heating. Initially, a photovoltaic modeling is made proposing an equation to obtain the maximum power point considering the variations of solar radiation and cell temperature. Initially, it is proposed a PV modeling for obtaining the maximum power point (MPP) as a function of solar radiation and temperature of the cells by the PV 5-parameter model. Thus, the determination of the PV MPP, which depends only on the internal parameters, can be made with greater precision. Water circulation by a pipe that passes through the thermal reservoir is used to cool the PV. This is complemented by cooling hoses buried underground to exchange geothermal avoiding the saturation of the heat exchange between PV and water circulation, increasing the PV efficiency. After studies on the constitution of the soil, the technical characteristics of the tubes for circulating water, hydraulic pump and heat exchanger installed after PV, economic analysis and a set of two PVs were mounted with and without the heat exchangers to verify the gains in power and performance. The experiments were made with two PVs operating in MPP, proving that the MPP and the performance increase with decreasing temperature as the modeling performed. During the experiments, the underground temperature varied slightly, avoiding the heat exchange saturation. The main contributions include the PV modeling to obtain the MPP with a single iteration, the use of geothermal energy without heat pump and residential heat load reduction by use of heated water circulation in PVs. / Esta dissertação trata do aumento da eficiência de painéis fotovoltaicos (PVs) através do esfriamento das células por energia geotérmica e aquecimento de água. Inicialmente, é proposto um equacionamento para obtenção do ponto de máxima potência (MPP) de PVs em função da radiação solar e da temperatura das células, considerando o modelo PV de cinco parâmetros. Assim, a determinação do MPP, que depende somente dos parâmetros internos, pode ser feita com maior precisão. Para esfriar o PV, utilizou-se a circulação de água numa canalização que passa por reservatório térmico. Este esfriamento é complementado por mangueiras enterradas no subsolo para troca de energia geotérmica evitando a saturação da troca de calor entre PV e água de circulação, aumentando a eficiência do PV. Após estudos sobre a constituição do solo, características técnicas dos tubos para a circulação de água, bomba hidráulica e trocadores de calor instalados atrás do PV, foi feita a análise econômica e montagem de um sistema com dois PVs, sendo um deles em conjunto com os trocadores de calor e outro sem para verificar os ganhos de potência e rendimento. Experimentos foram realizados com os dois PVs operando em MPP, onde se comprova que o MPP e o rendimento aumentam com a diminuição da temperatura conforme a modelagem realizada. Durante os experimentos, o subsolo sofreu pouca variação térmica de modo a evitar a saturação da troca de calor. Dentre as principais contribuições destacam-se a modelagem para obtenção do MPP de PVs com uma única iteração, viabilização do uso de energia geotérmica sem bombeamento de calor e redução de carga térmica residencial pelo aproveitamento da água aquecida no PV.

Brazil has the largest tariffs cost of power in the world, with the aggravating circumstance of having the lowest development in energy efficiency. This context has undermined the competitiveness of Brazilian industrial sector, which consumes approximately one third of all power generated in the country. In the face of this scenario, the research developed in this dissertation aims to propose a model for diagnosing the level of energy performance in companies in the industrial sector, using both the concepts of organizational performance evaluation and approach to multicriteria decision aid. The modeling proposal was developed based on the assumptions of Key Performance Indicators (KPI), arranged in a hierarchical structure, where they were listed six fundamental points of view that if ramified in 58 critical success factors, selected from the recurrences identified in the theoretical framework. The determination of the influence of each indicator in the proposed analysis was performed by means of the judgment of priorities of the Hierarchical Analysis of Processes (AHP). To evaluate the interaction of performance indices of the indicators in modeling, developed spreadsheets through the software Excel® for data processing and report generation. The modeling was tested in a company located in the industrial pole of Manaus, returning in their evaluation phase of an index that represents the energy performance, allowing the discussion of results obtained. Subsequently, they were proposed actions of adequacy with the objective of simulating the potential performance gains achieved through the adoption of strategic actions. At the end, it is concluded that it is possible to diagnose the level of energy performance in companies in the industrial sector by means of tool proposal. / O Brasil tem o maior custo tarifário de energia elétrica do mundo, com o agravante de ter o menor desenvolvimento em eficiência energética. Tal contexto tem prejudicado fortemente a competitividade do setor industrial brasileiro, que consome aproximadamente um terço de toda energia gerada no país. Frente a esse cenário, a pesquisa desenvolvida nesta dissertação tem por objetivo propor uma modelagem para diagnosticar o nível de desempenho energético em empresas do setor industrial, utilizando-se para tanto dos conceitos da avaliação de desempenho organizacional e abordagem multicritério de apoio à decisão. A modelagem proposta foi desenvolvida com base nos pressupostos dos Key Performance Indicators (KPI), organizados em uma estrutura hierárquica, aonde foram elencados seis Pontos de Vista Fundamentais, que se desdobraram em 58 Fatores Críticos de Sucesso, selecionados a partir das recorrências identificadas no referencial teórico. A determinação da influência de cada indicador na análise proposta foi realizada por meio do julgamento de prioridades da Análise Hierárquica de Processos (AHP). Para avaliar a interação dos índices de desempenho dos indicadores na modelagem, desenvolveu-se planilhas eletrônicas através do software Excel® para o processamento de dados e geração de relatórios. A modelagem foi submetida a testes em uma empresa localizada no polo industrial de Manaus, retornando em sua fase de avaliação um índice que representa o seu desempenho energético, permitindo-se assim a discussão dos resultados obtidos. Posteriormente, foram propostas ações de adequação com o objetivo de simular os possíveis ganhos de desempenho obtidos através da adoção de ações estratégicas. Ao término, conclui-se que é possível diagnosticar o nível de desempenho energético em empresas do setor industrial por meio da ferramenta proposta.

Orientador: Leandro Tiago Manera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:58:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DellaLucia_FelipeLorenzo_D.pdf: 3577549 bytes, checksum: 4c1aa6af60e58052accce7e28ad2c314 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema sem fio de gestão de iluminação pública. Através do sistema desenvolvido, é possível controlar a potência de cada lâmpada de vapor de sódio de alta pressão dos postes de iluminação pública de determinada região. Desta maneira, nos horários em que as vias públicas se tornam menos utilizadas, é possível reduzir a potência e o brilho das lâmpadas e economizar energia elétrica. O sistema proposto utiliza o protocolo ZigBee para realizar a comunicação sem fio entre os módulos instalados nos postes. Este protocolo é baseado no protocolo IEEE 802.15.4 desenvolvido especialmente para redes de sensores sem fio e foca em baixo consumo de energia e transmissão da informação nó a nó da rede. Também é possível instalar sensores (luminosidade, umidade, etc.) nos módulos projetados e transformar cada unidade de iluminação pública em uma central de monitoramento de determinada região. Os resultados mostram que o sistema economiza energia, sendo possível reduzir a potência das lâmpadas em até 60% sem que o fator de potência do reator saia do valor mínimo estipulado na regulamentação (0,92). Os módulos desenvolvidos dão a opção ao operador de escolher a potência das lâmpadas em três valores distintos: 100%, 80% e 50% da potência nominal, sendo possível alterar estes valores conforme a necessidade do operador e do local onde o sistema será utilizado (condições de tráfego e segurança). O sistema foi testado em laboratório e em campo, em postes da Universidade Estadual de Campinas, onde ficou instalado pelo período entre 05/02/2014 e 01/04/2014. A potência das lâmpadas foi variada e medidas de iluminância e uniformidade foram realizadas na via. Foi possível concluir que o sistema é robusto, imune a interferências eletromagnéticas da rede de distribuição, e dá flexibilidade aos ajustes de iluminância e uniformidade de iluminação da via. O alcance de nó a nó da rede é, em média, de 260 m, o que torna a utilização do protocolo e do circuito desenvolvido adequados para esta aplicação, uma vez que a distância típica entre postes é de 30 a 40 metros. Estudos de viabilidade econômica foram realizados e mostram que o sistema é viável e apresenta taxas de retorno atrativas que dependem fortemente da tarifa de energia vigente / Abstract: This project presents the development of a wireless system for public street lighting management. Through the developed system, it is possible to control the power of each high pressure sodium lamp of the streetlights in a particular region. Thus, at times when the public streets become less utilized, it is possible to reduce the power and brightness of the lamps and save energy. The proposed system uses the ZigBee protocol to perform wireless communication between the modules installed on the lampposts. This protocol is based on IEEE 802.15.4 protocol, developed especially for wireless sensors networks and focus on low power consumption and data transmission node to node. It is also possible to install sensors (luminosity, humidity, etc.) in the designed modules and transform each unit of public lighting in a region into a monitoring station. The results show that the system saves energy and it is possible to reduce the lamp power by 64%, without reducing the ballast's power factor below the value stipulated in the regulation (0.92). The developed modules give the operator the option to choose the lamp power between three distinct values: 100%, 80% and 50% of rated nominal power, and it is also possible to change these values according to the operator's needs and the installment place characteristics (traffic usage, security). The system was tested in laboratory and on field, on the lampposts at State University of Campinas, where it remained installed in the period between February 5th and April 1st of 2014. The lamp power was varied and measurements of illuminance and uniformity were performed on the street. It was possible to conclude that the system is robust and immune to electromagnetic interference from the energy distribution grid, and gives flexibility for adjustments of brightness and uniformity of the street lighting. The reach node to node of the network is, on average 260 m, which makes the protocol and developed circuit adequate for this application, since the distance between lampposts is typically 30 to 40 meters. Economic viability studies have been conducted and show that the system is feasible and present attractive rates of return that depend heavily on the rate of current energy price / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Advances in communicat ions have been unarguably essent ial to enablemodern systems and applicat ions as we know them. Ubiquity has turned into reality, allowing specialised embedded systems to eminent ly grow and spread. That is notably the case of unmanned vehicles which have been creat ively explored on applications that were not as efficient as they currently are, neither as innovative as recent ly accomplished. Therefore, towards the efficient operat ion of either unmanned vehicles and systems they integrate, in addition to communicat ion improvements, it is highly desired that we carefully observe relevant , co-related necessit ies that may lead to the full insert ion of unmanned vehicles to our everyday lives. Moreover, by addressing these demands on integrated solut ions, better resultswill likely be produced. This thesis presentsHAMSTER, theHeAlthy, Mobility and Security based data communication archiTEctuRe for unmanned vehicles, which addresses threemain types of communicat ions: machine-to-machine, machine-to-infrast ructure and internal machine communications. Four addit ional elements on co-related requirements are provided alongside with HAMSTER for more accurate approaches regarding security and safety aspects (SPHERE platform), crit icality analysis (NCI index), energy efficiency (NP plat form) and mobility-oriented ad hoc and infrast ructured communicat ions (NIMBLE platform). Furthermore, three specialised versions are provided: unmanned aerial vehicles (Flying HAMSTER), unmanned ground vehicles (Running HAMSTER) and unmanned surface/ underwater vehicles (Swimming HAMSTER). The architecture validat ion is achieved by case studies on each feature addressed, leading to guidelines on the development of vehicles more likely to meet certificat ion requirements, more efficient and secure communicat ions, assert ive approaches regarding crit icality and green approaches on internal communicat ions. Indeed, results prove the efficiency and effectiveness of HAMSTER architecture and its elements, as well as its flexibility in carrying out different experiments focused on various aspects of communication, which helps researchers and developers to achieve safe and secure communicat ions in unmanned vehicles. / Os avanços na área de comunicações foram indiscutívelmente essenciais para a obtenção de sistemas e aplicações modernos como os o atuais. A computação ubíqua se tornou realidade, permitindo que sistemas embarcados especializados ganhassem espaço e cada vez mais autonomia. Esse é notavelmente o caso de veículos não tripulados que têm sido criativamente explorados em aplicações inovadoras e avançadas. Entretanto, para o funcionamento eficiente desses veículos e sistemas não tripulados, além de melhorias de comunicação, é altamente desejável que as necessidades relevantes co-relacionadas a comunica¸cao sejam cuidadosamente observadas, levando a uma facilitação na inserção de veículos não tripulados em espaços públicos. Além disso, ao abordar essas demandas de modo integrado, as chances de produzir melhores resultados é maior. Esta tese apresenta a HAMSTER, uma arquitetura de comunicação de dados baseada em mobilidade e segurança para veículos não tripulados, que aborda três tipos principais de comunicação: máquina-para- máquina, máquina-para-infraestrutura e comunicações internas. Quatro elementos adicionais co-relacionados são fornecidos juntamente com a arquitetura HAMSTER de modo a prover abordagens mais precisas em relação a aspectos de segurança física e da informação (plataforma SPHERE), análise de criticalidade (índice NCI), eficiência energética (plataforma NP) e comunicações ad hoc e infraestruturadas orientadas a mobilidade (plataforma NIMBLE). Além disso, são fornecidas três versões especializadas: para veículos aéreos não tripulados (Flying HAMSTER), veículos terrestres não tripulados (Running HAMSTER) e veículos submarinos e de superfície não tripulados (Swimming HAMSTER). A validação da arquitetura é obtida por meio de estudos de caso sobre cada recurso abordado, levando a diretrizes sobre o desenvolvimento de veículos mais preparados para atender a requisitos de certificação, comunicação mais eficiente e segura, abordagens assertivas sobre criticidade e abordagens verdes nas comunicações internas. Por fim, os resultados comprovaram a eficiência da arquitetura HAMSTER e os elementos com ela providos, bem como a flexibilidade em realizar experimentos focados em vários aspectos de comunicação, auxiliando na obtenção de comunicações seguras em veículos autônomos.

Mundialmente, o setor da construção civil é um dos principais responsáveis pelo consumo de energia primária e emissão de CO2. No Brasil, cerca de 48,5% do consumo de energia elétrica advém do setor de edificações, sendo os edifícios comerciais responsáveis por 14,4% deste valor. Nesse contexto, as características da fachada considerada o maior elemento construtivo nos edifícios comerciais -, influenciam diretamente o consumo energético e os impactos ambientais desse tipo de edificação. Por conta disso, o investimento em políticas que promovam a eficiência energética pode ser considerado a chave para o desenvolvimento sustentável e mitigação das alterações climáticas. Diversos acordos mundiais, como o Protocolo de Kyoto, a Diretiva Europeia 2010/31/EU (com os renomados objetivos 20-20-20) e o Anexo 57, da Agência Internacional de Energia (IEA), estabeleceram limites para as emissões de CO2, redução do consumo de energia, investimento na produção de energias renováveis e métodos para avaliar a energia incorporada e as emissões de CO2 dos edifícios. Dentre os sistemas utilizados para avaliar e produzir edificações mais sustentáveis, destaca-se a Avaliação de Ciclo de Vida (ACV). Essa técnica é capaz de fazer uma avaliação holística de todo o ciclo de vida um produto, identificando elementos que impactam o meio ambiente. Através dela, evidencia-se o do consumo energético advindo da fase de uso da edificação como um fator importante no ciclo de vida de um edifício, que pode gerar impactos ambientais significativos. Assim, uma série de ferramentas estão disponíveis no sentido de integrar a avaliação do desempenho energético ao ambiental, dentre elas, destacam-se para a presente pesquisa as metodologias MARS-SC e a Análise de Custo Ótimo. A primeira é uma análise multicritério, que realiza a normalização dos impactos ambientais (calculados na ACV) por categorias de indicadores, enquanto a segunda prevê um estudo de otimização entre um cenário-base e vários cenários de reabilitação energética, considerando custo, emissões de CO2 e consumo de recursos energéticos. Com isso, o objetivo dessa pesquisa consiste na avaliação integrada do consumo de energia, impactos ambientais e custo, ao longo do ciclo de vida de distintas soluções (288 cenários) de fachada de edifícios de escritórios no Brasil por meio de metodologias de análises multicritério (MARS-SC) e Custo Ótimo. Para os cenários de análise, foram calculados o consumo energético e a quantidade de materiais - que geraram os impactos ambientais e os custos. Os resultados indicaram a importância da fase de uso no ciclo de vida do edifício, a qual foi responsável por cerca 70% em média das emissões de CO2 ao longo de 60 anos de utilização do edifício. Tal impacto se refletiu no custo do ciclo de vida das soluções construtivas, pois os cenários com maior consumo energético na fase de uso causaram um grande impacto no custo operacional. Dentre os parâmetros avaliados em cada cenário, o tipo de fachada e a porcentagem de abertura na fachada foram os que mais influenciaram os resultados, em todos os aspectos (energético, ambiental e custo). Os cenários com Fachada Tradicional foram os que obtiveram os melhores desempenhos, enquanto que o de Fachada Cortina, PAF de 80%, vidro incolor e sem dispositivo de sombreamento foi o de maior consumo energético, mais impactante ambientalmente e mais caro. Em contrapartida, o uso de dispositivos de sombreamento, apesar de aumentar as emissões de CO2 na fase de pré-uso, reduziu o consumo energético na fase de uso da edificação. Este fato promoveu, no balanço final, reduções dos impactos ambientais totais e do custo das soluções construtivas, ou seja, a redução do custo operacional se sobrepôs ao custo de construção. Dessa forma, ter como premissa a eficiência energética atrelada ao projeto arquitetônico, pode garantir edifícios melhores não apenas energeticamente, mas também ambiental e economicamente. Tal fato pode impactar não apenas um edifício isolado, mas todo um conjunto edificado de um bairro, uma cidade ou mesmo um país. / Globally, the construction industry is one of the main sectors responsible for primary energy consumption and CO2 emissions. In Brazil, about 48.5% of electricity consumption comes from the building sector, with commercial buildings representing 14.4% of this value. In this context, the characteristics of the façade - considered the greatest constructive element in commercial buildings - directly influence energy consumption and the environmental impacts of this type of building. As a result, investment in policies that promote energy efficiency can be considered the key to sustainable development and climate change mitigation. Several global agreements, such as the Kyoto Protocol, the European Directive 2010/31 / EU (with the well-known \"20-20-20\" objectives) and Annex 57, from the International Energy Agency (IEA), have established limits to CO2 emissions, energy consumption reduction, investments in production of renewable energy and methods for assessing a building´s incorporated energy and CO2 emissions. Among the systems used to evaluate and create more sustainable buildings, the Life Cycle Assessment (LCA) stands out. This technique can make a holistic assessment of a product´s entire life cycle and identify issues that impact the environment. This method makes it evident that the energy consumption yielding from the building´s use phase is an important factor in the building´s life cycle, bringing significant environmental impacts. Among all the tools available to integrate the evaluation of energy with environmental performance, MARS-SC Methodology and Cost Optimum Analysis stand out on this research. The first is a multicriteria analysis, which performs the normalization of environmental impacts by indicator´s categories, while the second one provides an optimization study between a baseline scenario and several energy rehabilitation ones, considering cost, CO2 emissions and energy resources consumption. The objective of this research is to assess the integrated energy consumption, environmental impact and cost of different life cycle façade solutions (288 scenarios) from office buildings in Brazil through methodologies of multi-criteria analysis (MARSSC) and Cost Optimum Analysis. For the analysis scenarios, the energy consumption and material quantities - which generated the environmental impacts and costs - were calculated. The results showed the importance of a building´s life cycle´s use phase, which represented an average of 70% in CO2 emissions. This impact was reflected in the life cycle cost of construction solutions, as the scenarios with higher energy consumption in the use phase caused the major operating costs impact. Among the parameters evaluated, for each scenario, the type of façade and the window-to-wall ratio were the ones that most influenced the results in all aspects (energy, environmental and cost). The Traditional Façade scenarios obtained the best performance, while the Curtain Façade, WWR 80%, colorless glass without shading devices had the highest energy consumption, more expensive and more environmentally impacting. In contrast, the use of shading devices, despite of increasing CO2 in the pre-use phase, reduced energy consumption in the building´s use phase. This fact showed, on ending accounts, reductions in the total environmental impact and cost of construction solutions, i.e. the reduction of operating costs surpassed the cost of construction. Thus, the premise of having energy efficiency linked to the architectural project can guarantee better buildings, not only energetically, but also environmentally and economically. This may impact not only one building, but a whole group of buildings within a neighborhood, a city or even a country.