Esta Tese de Doutorado teve como objetivo geral estudar alguns aspectos da microestrutura de cerâmicas condutoras preparadas a partir de nanopartículas, e sua relação com a condutividade elétrica no material sinterizado. Para isto, foi escolhida a céria-samária, cuja principal aplicação potencial é como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido (SOFC) de temperaturas intermediárias de operação. A principal propriedade de interesse para fins de aplicação destas cerâmicas é sua condutividade elétrica, que é também dependente da microestrutura do material sinterizado. Assim, os principais objetivos específicos deste trabalho foram: 1) preparação e caracterização física de nanopartículas de céria contendo o íon Sm3+ como aditivo (Ce1-xSmxO2-x/2 com 0 x 0,3), 2) estudo da densificação e do crescimento de grãos na céria-samária, e 3) estudo da influência do tamanho médio de grãos nos componentes iônico e eletrônico da condutividade elétrica total. Para a obtenção de nanopartículas foram utilizadas técnicas de síntese que empregam soluções dos cátions de interesse, além da técnica convencional de mistura de óxidos, para fins comparativos. Diversas técnicas foram utilizadas para a caracterização, tais como a difração de raios X e a espectroscopia Raman, para a caracterização estrutural e determinação do tamanho de cristalito; a microscopia eletrônica para observação de alguns aspectos da microestrutura, e a espectroscopia de impedância para medida da condutividade elétrica. Os resultados mostraram que o método da precipitação homogênea é efetivo para a síntese de nanopartículas com tamanho e forma homogêneos e com estreita distribuição de tamanhos. O uso de solvente misto (água/álcool) favoreceu a obtenção de pós nanométricos com alta sinterabilidade, maior rendimento e maior condutividade elétrica do que aqueles preparados pelo método convencional. A condutividade elétrica e a densificação são maximizadas na céria-samária sintetizada em etanol/água. Os compactos preparados com esses pós atingiram 95% da densidade teórica quando sinterizados a 1200 ºC por 5 h. A condutividade elétrica da céria-samária é predominantemente iônica, e o componente eletrônico se torna significativo apenas para pressão parcial de oxigênio igual ou inferior a 10-20 atm a 600 ºC. Para fins de utilização em células a combustível como eletrólito sólido, a céria-samária sintetizada pode ser empregada em temperaturas de operação de até 550 ºC. A céria-samária comercial com alta área superficial apresenta boa densificação para temperaturas de sinterização de apenas 800 ºC. A condutividade intergranular de amostras com tamanho médio de grãos de ~ 30 nm é inferior e o potencial de carga espacial é superior ao das amostras com maior tamanho médio de grãos. Para a céria-samária nanoestruturada, a condutividade eletrônica praticamente independe do tamanho de grãos em temperaturas de até 550 ºC. / The general proposal of this Doctorate Thesis was to study some aspects of the microstructure of electrical conducting ceramics prepared from nanoparticles and its relationship with the electrical conductivity in the sintered material. For this purpose, samarium doped ceria, a potential candidate for application as solid electrolyte in intermediate temperature solid oxide fuel cells (SOFC) was selected. The main property of interest for this application is its electrical conductivity, which is dependent on the microstructure of the sintered material. Therefore, the main specific objectives of this work were: 1) preparation and physical characterization of ceria nanoparticles containing Sm3+ as additive (Ce1-xSmxO2-x/2 with 0 x 0.3), 2) study of densification and grain growth in these materials, and 3) study of the influence of average grain size on the ionic and electronic components of the overall electrical conductivity. Solution synthesis techniques were used for obtaining powder materials, and the conventional mixing of starting oxides was also used for comparison purposes. Several techniques were used for characterization like X-ray diffraction and Raman spectroscopy for phase characterization and crystallite size calculation; electron microscopy for microstructure observation, and impedance spectroscopy for electrical conductivity determination. The homogeneous precipitation method was found to be suitable for the synthesis of nanoparticles with homogeneous size and shape along with sharp distribution of particle sizes. The use of a mixed solvent (water/alcohol) was quite effective for obtaining nanosized powders with high yield and higher electrical conductivity than those for powders prepared by the conventional method of synthesis. The densification and the electrical conductivity were maximized when water/ethanol mixture was used as solvent. Powder compacts prepared with these powders attained 95% of the theoretical density after sintering at 1200 ºC for 5 h. The electrical conductivity is predominantly ionic in samaria-doped ceria, and the electronic component of the total electrical conductivity becomes significant only at oxygen partial pressures equal or lower than 10-20 atm at 600 ºC. For application of samaria-doped ceria as solid electrolyte in SOFC the maximum operation temperature is ~ 500 ºC. Commercial samaria-doped ceria with high specific surface area may attain good densification at only 800 ºC. The grain boundary conductivity in specimens with ~ 30 nm of average grain size is lower and the space charge potential is higher than those of specimens with higher grain sizes. The electronic conductivity in nanostructured samaria-doped ceria is almost independent on the grain size for temperatures lower than 500 ºC.

Este trabalho apresenta uma metodologia de tratamento e análise baseada em medições de tensões e correntes com conteúdo harmônico para avaliar a contribuição de harmônicos dos elementos da rede elétrica baseando-se somente nas medições sincronizadas de alguns pontos da rede. Os métodos de análise propostos neste trabalho consistem em análises por correlação entre as correntes harmônicas de dois locais diferentes, utilizando os registros semanais de valores eficazes das correntes harmônicas medidas, buscando identificar as linhas de transmissão que possuem o mesmo comportamento de correntes harmônicas quanto a sua variação semanal em amplitude e em análises de fasores medidos nestes locais para determinar os fluxos de correntes sobre as barras do sistema. Para demonstrar o método, é apresentado um estudo de caso de uma campanha de medição feita pelo Operador Nacional do Sistema e pela Universidade de São Paulo, nos anos de 2007 e 2008, sobre as correntes de 5ª harmônica que sobrecarregavam os filtros na Subestação de Ibiúna. O método foi utilizado para investigar as origens dessas correntes no sistema de alta tensão. Os resultados da análise por correlação indicaram as linhas de transmissão com maior contribuição para as correntes absorvidas pelos filtros. Essas correntes são originárias de duas subestações e foi possível detectar a influência dos cabos subterrâneos ligados a estas subestações na amplificação destas correntes. Análises fasoriais nas subestações ao longo dos corredores estudados serviram para validar os resultados obtidos da análise por correlação e uma simulação do fenômeno de ressonância harmônica foi realizada, confirmando a suspeita de amplificação das correntes de 5ª harmônica nos cabos subterrâneos. / This MSc thesis presents a methodology of treatment and analysis based on measurements of harmonic voltage and current to evaluate the harmonic contribution of the network elements in power systems based only on synchronized measurements of few points in the network. The method consists in a correlation analysis of weekly recordings of RMS values of harmonic currents measurements, to identify power lines that present the same behavior in harmonic currents regarding their weekly variation in amplitude. Another approach performs a phasor analysis of currents measured to determine current flows incoming some specific network buses. In order to demonstrate the method, a case study is considered, which consists in a measurement campaign carried out by the ISO and the University of São Paulo, in the years of 2007 and 2008, on the pattern of 5th harmonic currents that overload the filters installed at the Ibiúna Substation. The method was used to investigate the origins of these currents at the high voltage system. The outcome of the correlation analysis indicated the transmission lines with greater contribution to the currents absorbed by the filters. These currents originate from two substations and it was also detected the influence of underground cables connected to these substations in the amplification of these currents. Phasor analysis in substations applied to the studied power lines validated the results obtained from correlation analysis and a simulation of the phenomenon of harmonic resonance was performed, bringing confirmation of the amplification of the 5th harmonic current on the underground cables.

Orientador: Roberto Carlos Klann. / Dissertação (Mestrado em Ciências Contábeis) - Programa de Pós-Graduação em Ciências Contábeis, Centro de Ciências Sociais Aplicadas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Sérgio Kurokawa / Banca: Dalgerti Lelis Milanese / Banca: Afonso José do Prado / Resumo: Neste trabalho é proposta uma metodologia para obter parâmetros de linha de transmissão a partir da corrente e da tensão de fase obtida em dois pontos consecutivos da linha. O cálculo dos parâmetros da linha de transmissão consiste em determinar as correntes e tensões no domínio de fase e obter a impedância e admitância no domínio de fase. Propõe-se para esse cálculo a utilização do método de decomposição modal, que desacopla uma linha polifásica de n fases em n modos. A vantagem do uso da decomposição modal está na redução da quantidade de elementos complexos da matriz de transformação. Para a solução da decomposição modal foram utilizados a matriz de transformação modal [TI], sendo obtida através do método de Newton-Raphson, e a matriz de Clarke para calcular a impedância longitudinal e admitância transversal da linha em um circuito p . Foi utilizada uma linha trifásica não transposta com plano de simetria vertical de 440 kV e freqüências compreendidas entre 10 Hz e 1 MHz. Desse modo, é feita uma comparação entre os resultados obtidos com a metodologia desenvolvida, calculados a partir das correntes e tensões de fase da linha transmissão de um circuito p utilizando a matriz de Clarke, e a metodologia clássica, que utiliza as equações de Carson e Bessel, as quais levam em consideração o efeito do solo e o efeito pelicular. / Abstract: In this paper, it is proposed a methodology to obtain parameters of transmission lines from phase currents and voltages obtained in two consecutives points of the lines. The estimation of the parameters of transmissions lines aims to determine the current and voltage in phase domain, as well as, to determine the impedance and admittance in phase domain. It proposes the utilization of the modal decomposition method that decouples a n-phase line of in n modes. The advantage of using modal decomposition is the reduction of the amount of the complex elements in the transformation matrix. To obtain the solution of modal decomposition, it was used a modal transformation matrix [TI] obtained through of Newton-Raphson method and Clarke's matrix that estimates longitudinal impedance and transversal admittance of a line on a p circuit arrangement. It was used an untransposed three-phase line with a vertical symmetry plane of 440 kV and frequencies between 10 Hz and 1 MHz. It is done a comparison between the results obtained with the developed methodology estimated from current and voltage of a transmission line of a p circuit using Clarke's matrix, and calculated by classic methodology that uses Carson and Bessel equations which consider ground and skin effects. / Mestre

A energia gerada pelo sol, inesgotável na escala terrestre de tempo, pode ser aproveitada como fonte de calor (aspecto fototérmico) e como fonte de luz. A energia solar fototérmica pode ser usada para o aquecimento de fluídos, através de coletores planos. Estudo anteriores (04,05), desenvolvidos no Brasil, indicam que a adoção dessa solução para o aquecimento de água seria muito vantajosa para as companhias de energia. A arquitetura bioclimática é outro tipo de aplicação da energia solar, e possibilita a adoção de soluções arquitetônicas e urbanísticas adaptadas às condições específicas de cada lugar. Chama-se energia solar fotovoltaica à energia elétrica obtida por conversão da luz (fótons) proveniente do Sol. Essa conversão é feita pelas células solares que compõem os módulos fotovoltaicos. Atualmente, as indústrias fotovoltaicas em todo o mundo adotam o Silício como matéria prima, mas continuam em andamento pesquisas sobre outros materiais, que possibilitem a redução dos custos de produção e eficiências de conversão satisfatórias. A quantidade de radiação incidente no Brasil é um fator muito animador para o aproveitamento da energia solar. Também são animadores a recente redução de preços que os módulos fotovoltaicos vem experimentando, e o crescimento dos valores obtidos para a eficiência de conversão, especialmente para as células de Silício monocristalino. Isso leva a crer na possibilidade de solução de alguns problemas localizados de infra-estrutura no país, com o auxílio dessa tecnologia. Exemplos desse enfoque serão apresentados neste trabalho. / The energy generated by the sun, land of endless time scale, can be used as a source of heat (photothermal aspect) and as the light source. The photothermal solar energy can be used to heat fluids through flat collectors. Previous studies (04,05), developed in Brazil, indicate that the adoption of this solution for heating water would be very advantageous for energy companies. The bioclimatic architecture is another type of application of solar energy, and enables the adoption of architectural and urban solutions tailored to specific conditions of each place. It is called the photovoltaic solar energy to electrical energy obtained by converting light (photons) from the Sun This conversion is made by cells that make up the solar photovoltaic modules. Currently, photovoltaic industries around the world adopt the silicon as raw material, but still ongoing research on other materials, which enable the reduction of production costs and conversion efficiencies satisfactory. The amount of incident radiation in Brazil is a very encouraging for the use of solar energy. Also encouraging is the recent reduction in prices that has experienced photovoltaic modules, and the growth of the values obtained for the conversion efficiency, especially for monocrystalline silicon cells. This suggests the possibility of solving some localized problems of infrastructure in the country, with the help of this technology. Examples of this approach are presented in this paper.

Este trabalho apresenta uma metodologia de tratamento e análise baseada em medições de tensões e correntes com conteúdo harmônico para avaliar a contribuição de harmônicos dos elementos da rede elétrica baseando-se somente nas medições sincronizadas de alguns pontos da rede. Os métodos de análise propostos neste trabalho consistem em análises por correlação entre as correntes harmônicas de dois locais diferentes, utilizando os registros semanais de valores eficazes das correntes harmônicas medidas, buscando identificar as linhas de transmissão que possuem o mesmo comportamento de correntes harmônicas quanto a sua variação semanal em amplitude e em análises de fasores medidos nestes locais para determinar os fluxos de correntes sobre as barras do sistema. Para demonstrar o método, é apresentado um estudo de caso de uma campanha de medição feita pelo Operador Nacional do Sistema e pela Universidade de São Paulo, nos anos de 2007 e 2008, sobre as correntes de 5ª harmônica que sobrecarregavam os filtros na Subestação de Ibiúna. O método foi utilizado para investigar as origens dessas correntes no sistema de alta tensão. Os resultados da análise por correlação indicaram as linhas de transmissão com maior contribuição para as correntes absorvidas pelos filtros. Essas correntes são originárias de duas subestações e foi possível detectar a influência dos cabos subterrâneos ligados a estas subestações na amplificação destas correntes. Análises fasoriais nas subestações ao longo dos corredores estudados serviram para validar os resultados obtidos da análise por correlação e uma simulação do fenômeno de ressonância harmônica foi realizada, confirmando a suspeita de amplificação das correntes de 5ª harmônica nos cabos subterrâneos. / This MSc thesis presents a methodology of treatment and analysis based on measurements of harmonic voltage and current to evaluate the harmonic contribution of the network elements in power systems based only on synchronized measurements of few points in the network. The method consists in a correlation analysis of weekly recordings of RMS values of harmonic currents measurements, to identify power lines that present the same behavior in harmonic currents regarding their weekly variation in amplitude. Another approach performs a phasor analysis of currents measured to determine current flows incoming some specific network buses. In order to demonstrate the method, a case study is considered, which consists in a measurement campaign carried out by the ISO and the University of São Paulo, in the years of 2007 and 2008, on the pattern of 5th harmonic currents that overload the filters installed at the Ibiúna Substation. The method was used to investigate the origins of these currents at the high voltage system. The outcome of the correlation analysis indicated the transmission lines with greater contribution to the currents absorbed by the filters. These currents originate from two substations and it was also detected the influence of underground cables connected to these substations in the amplification of these currents. Phasor analysis in substations applied to the studied power lines validated the results obtained from correlation analysis and a simulation of the phenomenon of harmonic resonance was performed, bringing confirmation of the amplification of the 5th harmonic current on the underground cables.

Orientador: Adriano Peres. / Co-orientador: Sérgio Vidal Garcia Oliveira. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Orientador: Sérgio Vidal Garcia Oliveira. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Antonio César Baleeiro Alves / Banca: Luis Gustavo Wesz da Silva / Resumo: Neste trabalho é realizada uma análise teórica e a implementação computacional de um algoritmo de Busca Dispersa especializado para resolver o problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão (PPEST) de energia elétrica estático. O problema de planejamento consiste em determinar entre um conjunto de circuitos candidatos, aqueles que quando forem incorporados ao sistema apresentarem o menor custo de investimento possível. Este problema é considerado complexo e difícil de ser resolvido por ser um problema não linear inteiro misto, altamente ilhado, envolvendo "explosões" combinatórias. A meta-heurística de busca dispersa é um algoritmo evolutivo que se propõe a combinar soluções de qualidade e de diversidade do espaço de busca. O algoritmo de busca dispersa desenvolvido apresentou-se altamente eficiente para encontrar soluções de ótima qualidade para todos os problemas testados comparados com a literatura consultada, especializada na área. A garantia da diversidade oferecida pelo algoritmo é adicionada intencionalmente como forma de evitar, ou mesmo avançar por ótimos locais. Outro fato importante é que o método opera sobre um conjunto reduzido de soluções do espaço de busca criteriosamente gerado, que faz reduzir significativamente o número de combinações que são realizadas. Rotinas geradas com a utilização de algoritmos heurísticos construtivos gulosos de Garver e Villasana-Garver-Salon para modelos como o de Transportes e o modelo DC no PPEST apresentaram alto desempenho neste trabalho. Uma perturbação controlada nos custos de instalação das linhas de transmissão foi decisiva para que o processo de geração de soluções (factíveis, diversas e/ou com qualidade) fosse altamente eficiente, sendo possível encontrar o ótimo global em alguns problemas ainda nesta etapa de geração de soluções. Mecanismos de melhoramento local aplicados ... / Abstract: This work presents a theoretical analysis and computational implementation of a specialized Scatter Search algorithm to solve the static transmission network expansion planning (TNEP) problem of electric power systems. The objective of such planning problems is to determine a set of circuits among the candidates in which not only satisfy the demands but also the minimum investment cost is at hand. This problem is considered as a complex mixed integer nonlinear programming (MINLP) problem that has a lot of local optimum problem. The scatter search is an evolutionary method with the objective of maintaining a set of diverse and high-quality candidate solutions. The proposed scatter search algorithmhas been applied in engineering optimization problems especially in electric power system problems and has presented high quality solutions. The diversity sets ensure to avoid getting trapped in a local optimum. Another important factor is that the proposed methodology reduces the search space and consequently the number of combinations is reduced. In this work, a high quality solution of TNEP is obtained using the greedy constructive heuristic algorithms such as Garver, and Villasana-Garver-Salon that work based on Transport model and DC model respectively. In this work, in order to generate the initial solutions, a controlled disturbance has been added in the costs of the transmission lines in order to obtain diverse and high quality solutions that lead to find the global optimum for some problems even in the initial generation step. Moreover, the proposed scatter search algorithm presents a local improvement phase during the implementation. In order to show the effectiveness of the proposed algorithm, 5 case studies are conducted such as Garver 6-bars and 15 branches , IEEE 24-bars and 41 branches , South Brazilian 46-bars and 79 branches, Colombian 93-bars and 155 branches, and the North-Northeast 87-bars ... / Doutor

O presente trabalho estuda o impacto das emissões atmosféricas provenientes da usina termelétrica de Iquitos - Peru. De início são calculados quantitativamente, os fluxos (g/s) dos principais poluentes atmosféricos (SO2, SO3, NOx, CO, MP, e C02) que estão sendo emitidos pela Central, e com estes resultados é realizada uma simulação da dispersão de SO2 e NOx na atmosfera, mediante a aplicação do modelo de dispersão SCREEN 3.0 da EPA. Da mesma forma, utilizando a taxa de emissão calculada inicialmente, em termos de kg de poluente/kWh gerado, projeta-se, para cada grupo gerador a emissão futura de SO2 segundo o crescimento da oferta de energia elétrica da usina termelétrica de Iquitos. Considerando que a usina se encontra no meio da cidade de Iquitos , analisam-se duas estratégias para a redução da emissão destes poluentes: primeiro, a implementação de equipamentos externos de controle da poluição do ar e segundo, a substituição dos equipamentos existentes de geração por equipamentos com tecnologia nova. Finalmente ; embora a implementação de equipamentos de controle da contaminação atmosférica, na usina termelétrica de Iquitos, resulte em major eficácia para reduzir a emissão total de SO2; a estratégia de substituir a atual tecnologia por um gerador mais eficiente é a mais econômica e pode ser considerada como a opção mais viável. / This work studies the environmental impacts of atmospheric emissions sent out by the Iquito\'s thermoelectric power station in Peru. Initially, we compute the quantitative flows (in g/s) of major gas pollutants (SO2, 503, NOx, CO, CO2 and MP) emitted by the power plant. Then, we calculate the station \'s emission rates per kWh generated (in kilogram of pollutant /kWh). Having those imputs, we adopt EPA\'s SCREEN3.0 dispersion model to simulate the SO2 and NOx into the local atmosphere. We also forecast the future evolution of SO2 emissions considering the potential growth of electricity generation in the power plant. Since the Iquito \'s power station is located within the city\'s urban area, with gas emissions having direct impacts upon the local population, we study different strategies for emissions reduction from the plant . Firstly , we consider the upgrading of the existing plant with additional equipment for a more strict emission control . Then, we analyze the option of shutting down the most critical machine (in terms of atmospheric emission) in the old plant , and its substitution by a new and more efficient machine. We concluded that, although the addition of more strict controle equipment is more efficient on reducing total emission, the strategy of exchanging machines is less costly and should be consider as the preferable option.