[pt] Os sistemas de potência são projetados para operar com rígidos requisitos de qualidade, de modo que, as usinas hidrelétricas devem gerar energia, mantendo tensão e freqüência elétrica constantes. No método clássico de geração, a freqüência é controlada pelo sistema regulador de velocidade de turbina, que tende a manter a rotação da turbina fixa na velocidade síncrona. Como durante a operação da usina, as condições físicas como, por exemplo, altura de queda e vazão, não reproduzem as de projeto durante todo o tempo, o ponto de operação da turbina pode afastar-se da região de máxima eficiência por longos períodos, reduzindo seu rendimento total. Este trabalho aborda a utilização da máquina de dupla alimentação com conversor estático em seu rotórico para geração hidrelétrica em regime de velocidade ajustável, com desacoplamento entre a velocidade da turbina e a freqüência do sistema, apresentando os benefícios obtidos através do uso desta tecnologia. / [en] Power systems are designed to operate under strong quality requirements, so that hydroelectric plants have to produce energy with constant voltage and frequency. According to classical generation schemes, frequency is controlled by the speed governors, which tend to maintain the turbine rotating speed fixed at a synchronous speed. During the plant life the basic variables, such as water head and flow, are not the same as those assumed for the design, the turbine s operating point can go out of the region for maximal efficiency for long periods of time, decreasing than the plant total efficiency. This dissertation brings up the use of a double-fed machine with a static converter connected to the rotor s circuit for adjustable speed generation, with the decoupling of the turbine speed and the system frequency. This work does also show the improvements of the use of this technology.

[pt] Otimização estrutural sujeita a carregamentos dinâmicos é um problema desafiador em vários aspectos, a começar pelo grande número de restrições que devem ser atendidas em todos os instantes de tempo. Além disso, o custo computacional para avaliar os gradientes destas restrições é bastante elevado e requer um grande espaço de armazenamento. Na literatura, alguns métodos reduzem o número de restrições avaliando em instantes de tempo selecionados, como o pior caso por exemplo, ou ainda constroem um funcional equivalente, integrando as restrições violadas ao longo do tempo, assim eliminando essa dependência. Nesta dissertação, o método do Carregamento Estático Equivalente (ESL) é utilizado, no qual o problema dinâmico original é transformado em uma sequência de subproblemas de otimização linear estática com múltiplos casos de carga. Um atrativo deste método é a possibilidade da solução de problemas não lineares, evitando o alto custo devido às repetidas análises estruturais e cálculos das restrições. Problemas clássicos de treliças planas submetidas a carregamentos dinâmicos são resolvidos utilizando o método ESL. A função a ser minimizada é a massa da treliça, que está sob restrições de tensão e deslocamento, onde as variáveis de projeto são as áreas da seção transversal dos membros. Além disso, uma interface utilizando ANSYS e MATLAB é desenvolvida para uma abordagem modular, na qual a análise via elementos finitos e a otimização possam ser realizadas separadamente. Este processo viabiliza a otimização de estruturas que apresentam comportamentos não lineares a partir da utilização de diversos softwares comerciais disponíveis no mercado. / [en] Structural optimization subject to dynamic loading is a challenging problem in many aspects, starting with the large number of constraints that must be respected at all instants of time. Furthermore, the computational cost to evaluate the gradients of these constraints is significantly high and requires a large storage space. In the literature, some methods reduce the number of constraints evaluating at selected instants of time, such as the worst case. Alternatively, a single equivalent functional is constructed to eliminate the time dependence by integrating the violated constraints over time. In this work, the Equivalent Static Load (ESL) method is used, in which the original dynamic problem is reduced into a number of static linear optimization problems with multiple load cases. An attractive feature of this method is the possibility of solving non-linear problems, avoiding the high cost due to repeated structural analyzes and constraint calculations. Classical problems of plane trusses subjected to dynamic loads are solved using the ESL method. The function to be minimized is the truss mass, which is subjected to stress and displacement constraints, where the design variables are the cross-sectional areas of the members. In addition, an interface using ANSYS and MATLAB was developed for a modular approach, in which finite element analysis and optimization can be performed separately. This process makes possible the optimization of structures that present non-linear behavior from the use of most structural analysis software packages available on the market.

[pt] Um procedimento simples, para a avaliação do aumento ou diminuição (sensibilidade) das cargas de flambagem estática ou dinâmica (flutter) de estruturas na presença de pequenas imperfeições geométricas, é apresentado. O modelo computacional considera estruturas planas elásticas modeladas por elementos de viga retos. Os sistemas de carregamento podem ser conservativos ou não- conservativos. A formulação matricial inclui as matrizes de rigidez elástica, de massa e geométrica usuais. O algoritmo implementado avalia a carga crítica clássica. Adicionalmente, as imperfeições são levadas em conta a partir de uma matriz de imperfeição, resultante da mudança na rigidez elástica decorrente de pequenos desvios na geometria (pequenas rotações nos elementos). São apresentados exemplos para ilustrar a técnica desenvolvida e investigar as cargas de flambagem de algumas estruturas básicas: pórtico de Roorda, coluna de Euler, coluna de Beck, arco circular e viga sobre base elástica (análogo à deformação axissimétrica de uma casca cilíndrica). Conclui-se que o uso da matriz de imperfeição proposta pode fornecer valiosa informação qualitativa sobre a sensibilidade da carga de flambagem em relação às imperfeições. / [en] A simple procedure for the evaluation of the increase or decrease (sensitivity) of static and dynamic (flutter) buckling loads of structures in the presence of small geometrical imperfections is presented. The computational model considers plane elastic structures modelled by straight beam elements. The loading systems cam be conservative or non-conservative. The matrix formulation includes the usual elastic stiffness, mass, and geometric matrices. The algorithm implemented herein evaluates the classical critical load. In addition, the imperfections are taken into account by an imperfection matrix, which results from the change in the elastic stiffness due to small deviations of geometry (small rotations of the elements). Examples are presented to illustrate the technique developed herein and to investigate the buckling loads of some basic structures: Roorda´s frame, Euler´s column, Beck´s column, circular arch, and beam on elastic foundation (analogous to axissimetric deformation of cylindrical shell). It is concluded that the use of the proposed imperfection matrix can provide valuable qualitative information on the sensitivity of the buckling load to imperfections. / [es] En este trabajo se presenta un procedimento simple para la evaluación del aumento o disminución (sensibilidad) de las cargas de flameo estática o dinámica (flutter) de extructuras en presencia de pequeñas imperfecciones geométricas. El modelo computacional considera extructuras planas elásticas modeladas por elementos de viga rectos. Los sistemasde carga pueden ser conservativos o no- conservativos. La formulación matricial incluye las matrices de rígidez elástica, de masa y geométrica usuales. El algoritmo implementado evalúa la carga crítica clásica. Adicionalmente, las imperfecciones se consideran a partir de una matriz de imperfección, resultante de la mudanza en la rígidez elástica consecuencia de pequeños desvios en la geometría (pequeñas rotaciones en los elementos). Se presentan ejemplos para ilustrar la técnica desarrollada e investigar las cargas de flameo de algumas extructuras básicas: pórtico de Roorda, columna de Euler, columna de Beck, arco circular y viga sobre base elástica (análogo a la deformación axisimétrica de una cáscara cilíndrica). Se concluye que el uso de la matriz de imperfección propuesta puede ofrecer una valiosa información cualitativa sobre la sensibilidad de la carga de flameo en relación a las imperfecciones.

[pt] A otimização topológica de estruturas sujeitas a carregamentos que variam ao longo do tempo, costuma ter custos computacionais bastante elevados. Isso acontece devido ao grande número de análises dinâmicas que são necessárias. ALém disso, avaliar os gradientes da resposta, que fazem parte da análise de sensibilidade, também resulta em alto custo de computação e requer um grande espaço de armazenamento. Nesta dissertação, em vez de resolver o problema dinâmico original diretamente, é resolvida uma sequência de problemas de otimização de resposta estática com múltiplos casos de carga. Essa abordagem, chamada de método do carregamento estático equivalente, gera cargas estáticas que produzem uma resposta equivalente à obtida na análise dinâmica. Para avaliar as abordagens presentes na literatura, desenvolveu-se um código MATLAB, e diversos exemplos representativos são apresentados. / [en] Topology optimization in the time domain of structures subjected to time-dependent loads is usually computationally expensive, starting with the large number of time-dependent analyses that are required. Futhermore, the computational cost to evaluate the gradients of the response is significantly high and requires a large storage space. In this paper, instead of solving the original dynamical problem directly, we solve a sequence of static response optimization problems with many load cases. This approach, called the equivalent static loads method, generates static loads that produce a similar response in comparison to the same response that the dynamic analysis does. In order to verify the approaches present in the literature, a MATLAB code was developed, and several representatives examples are presented.

[pt] A termografia por infravermelho (TIV) tem sido usada como ferramenta de avaliação não destrutiva para detectar falhas em componentes estruturais, desempenhando um papel importante nos programas de inspeção, de fabricação e manutenção. A TIV também pode ser aplicada para avaliar limites de fadiga para materiais estruturais a partir de testes de tensão cíclica uniaxial ou de tração uniaxial quase-estáticos. Recentemente, o método quase-estático para medir o limite de fadiga via TIV, foi estendido para estados de tensão biaxial atuando na superfície de corpos de prova de tamanho real de dutos com anomalias geométricas. Os resultados mostraram que o método biaxial quase-estático previu satisfatoriamente a localização de pontos críticos para a iniciação da fadiga em espécimes tubulares com mossas. Neste trabalho, as distribuições de tensões e deformações nos pontos críticos foram determinadas usando correlação de imagens digitais (DIC), aplicada a sete espécimes dog bone, padrão uniaxial, e oito espécimes de dutos de três metros de comprimento com tampas de cabeça plana fabricados a partir de tubos de aço API 5L Grau B. A determinação do estado de deformação superficial via DIC e a determinação das variações de temperatura correspondentes para os pontos do material de superfície observados ao longo dos testes, permitiram determinar não apenas o limite de fadiga do material, mas também o que conveniou-se chamar de temperatura mínima característica (TMC). Os testes uniaxiais usando espécimes dog bone para o mesmo material indicam que as TMCs medidas estão intimamente relacionadas com o limite de escoamento do material (MYS). Esta pesquisa destaca as observações experimentais relacionadas às medidas de tensão-deformação-temperatura no início do escoamento em pontos observados em ensaios uniaxiais e biaxiais. O objetivo deste trabalho é usar o monitoramento da temperatura de estruturas sob carga crescente quase-estática para prever a que distância do início do MYS estão os estados de tensão dos pontos observados. / [en] Infrared thermography (IRT) has been applied in several areas of science. Particularly in the field of engineering, which has proven to be an excellent tool in non-destructive evaluations of structural components. In addition, IRT has also been applied to assess fatigue limits for structural materials from uniaxial cyclic stress tests or quasi-static uniaxial tensile tests. Recently, the quasi-static method to measure the fatigue limit via IRT was extended to biaxial stress states acting on the surface of real size pipeline specimens with dents. The results showed that the quasi-static biaxial method satisfactorily predicted the location of the hot spots for fatigue initiation in tubular specimens with dents. In this dissertation, the strain distributions at the critical points were determined from mechanical test using digital image correlation (DIC) applied to seven uniaxial standard dog bone and eight 3-meter-long pipeline specimens with plane headed caps fabricated from API 5L Grade B steel. The determination of the deformation state via DIC and the corresponding temperature variations for observed points on the material surface allowed to determine not only the material endurance limit, but also what may be called as the characteristic minimum temperature (TMC). Uniaxial tests using dog bone specimens for the same material indicate that the measured TMC are closely related to the material yield strength (MYS). This work brings originality in the definition and determination of the TMC point. In uniaxial tests the TMC point is determined through the temperature-strain-stress curves, while in biaxial tests, it is located in the temperature-pressure-strain curves.

[pt] Modelos equivalentes de rede podem ser usados na avaliação de segurança online, no planejamento da operação de grandes sistemas e na simulação em tempo real. A representação de partes não observadas do sistema por equivalentes melhora significativamente o desempenho computacional, que é um requisito importante na avaliação de segurança on-line, e necessário quando não estão disponíveis informações sobre áreas não observadas. Em simuladores em tempo real, devido a limitações de hardware, é obrigatório o uso de equivalentes. Para estudos de planejamento, as reduções de rede fazem sentido se o sistema for muito grande e o foco da análise restrito a uma parte relativamente pequena do sistema, para os quais o uso de equivalentes de rede pode poupar uma enorme quantidade de tempo. O tema dos equivalentes de rede recebeu atenção significativa nos anos 70 e 80, principalmente na avaliação da segurança estática. Entretanto, para aquelas perturbações que envolvem respostas de potência pelo sistema externo, simples modelos estáticos podem não ser suficientes. Para isso, utiliza-se a representação dinâmica nesses equivalentes. O sistema externo deve manter uma resposta semelhante às oscilações eletromecânicas do sistema original. Tendo em vista a expansão do Sistema Interligado Nacional (SIN), a crescente inserção de elos de corrente contínua e a elevada da participação de fontes de geração distribuída, especialmente a eólica, é esperado um aumento significativo do número e complexidade dos modelos para simulações dinâmicas. Assim, é de extrema relevância o aperfeiçoamento dos equivalentes dinâmicos, tanto para utilização on-line como para o planejamento da operação. Portanto, esta dissertação visa explorar os limites das técnicas de equivalentes dinâmicos de rede mais recentes, bem como possíveis caminhos para o aperfeiçoamento de sua aplicação, inclusive com a consideração do seu uso para acelerar o cálculo de regiões de segurança. Além de uma revisão da teoria recente de equivalentes estáticos e dinâmicos, serão apresentadas aplicações de equivalentes dinâmicos em diferentes regiões do SIN. A primeira região, mais restrita, representa a rede de atendimento aos estados do Acre e Rondônia, com o restante do SIN reduzido. A segunda região, mais geral, reduz partes do SIN considerando o bloqueio total do Bipolo Xingu-Estreito e seu impacto na rede. Os resultados obtidos são amplamente discutidos. / [en] Equivalent network models can be used for online security assessment, operation planning of large systems, and real-time simulation. Representing unobserved parts of large networks by equivalents significantly improves computational performance, which is an important requirement in online security assessment and required when no information on unobserved areas is available. In real-time simulators, due to hardware limitations, the use of equivalents is mandatory. For planning studies, network reductions make sense if the system is too large and the focus of analysis is restricted to a relatively small part of the system, for which the use of network equivalents can save a huge amount of time. The topic of network equivalents received significant attention in the 1970s and 1980s, especially in static security assessments. However, for those perturbations involving power responses by the external system, simple static models may not be sufficient. For this, the dynamic representation in these equivalents is used. The external system must preserve a response similar to the electromechanical oscillations of the original system. Considering the expansion of the Brazilian Interconnected System (BIS), the increasing insertion of DC links and the high contribution of distributed generation sources, especially wind, a significant increase in the number and complexity of the models for dynamic simulations is expected. Thus, it is extremely important to improve the dynamic equivalents, for both online use and for operation planning. Therefore, this dissertation aims to explore the limits of the latest dynamic network equivalent techniques as well as possible ways to improve its application, including its use to speed up the assessment of security regions. In addition to a review of the recent theory of static and dynamic equivalents, applications of dynamic equivalents will be presented in different regions of the BIS. The first region, more restricted, represents the network transmission services to the states of Acre and Rondônia, with the rest of the BIS reduced. The second region, more general, reduces parts of the BIS considering the total block of the Xingu-Estreito bipole and its impact on the network. The results obtained are widely discussed.

[pt] No novo modelo para o setor elétrico brasileiro a operação do sistema é de responsabilidade do Operador Independente do Sistema enquanto que a propriedade do equipamento e os gastos com a sua manutenção são de responsabilidade do agente prestador do serviço ancilar.Desta forma, o lucro do agente prestador do serviço ancilar de potência reativa será função do custo deste serviço uma vez que a sua remuneração é previamente definida pelo agente regulador. Dentro desta ótica os riscos operacionais dos equipamentos de compensação de potência reativa, se não forem convenientemente mitigados,poderão aumentar os gastos com a manutenção e o pagamento de multa pela indisponibilidade do equipamento.Riscos operacionais são situações de sistema que estão fora da responsabilidade do agente mas que poderão reduzir o seu faturamento.Esta dissertação descreve os riscos operacionais e faz algumas sugestões para proteger o agente da redução do seu faturamento. / [en] In the new brazilian deregulated electrical network, system operation is under Independent System Operator responsibility while the ancillary service agent is the owner of the reactive power equipment and, as a consequence, is responsible for its maintenance costs. In the new model, the profit of the agent is a function of the maintenance costs because his payment is previously defined by the authorities. The operational risks of the reactive power equipments, if not conveniently mitigated, may increase the maintenance frequency and may also result in the payment of a fee due to the equipment unavailability.Operational risks are events in the electrical transmission system that are not under the responsibility of the agent but may reduce his profits. This report describes these operational risks and makes some suggestions to protect the agent against the reduction in his profits.

[pt] No Brasil, a partir de Março de 2006 com a constatação de indícios de gás e condensado de óleo na Locação Paraty (poço 1-RJS-617D do bloco BM-S-10) e poucos meses depois, em Agosto, com a descoberta da acumulação de óleo (poço 1-RJS-628A do bloco BM-S-11, pioneiro da área atualmente declarada como LULA) nos reservatórios carbonáticos de idade Aptiana e localizados na camada Sub-Sal da Bacia de Santos, estes reservatórios adquiriram importância estratégica para o desenvolvimento econômico e tecnológico do Brasil. A pesquisa realizada neste projeto visa desenvolver metodologia para estimativa de cenários 3D de propriedades mecânicas elásticas estáticas de deformabilidade: módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson e do fator de acoplamento fluído-mecânico: coeficiente de Biot-Willis, integradas ao dado sísmico e que destinam-se a alimentar simulador mecânico, mitigando incertezas e riscos econômicos e de SMS ao longo da vida produtiva dos diversos campos do PPSBS. O pioneirismo do presente estudo encontra-se em: (I) realização de inversão sísmica determinística CSSI (constrained sparse spike) baseada em modelo inicial de Impedância-P ao longo de toda a sequência estratigráfica da Bacia de Santos: Pós-Sal, Sal e Pré-Sal considerando o efeito do soterramento em dado sísmico 0-offset cedido pela ANP (Agência Nacional do Petróleo), (II) desenvolvimento de Modelo de Física de Rochas (MFR) para toda a sessão estratigráfica da Bacia de Santos, com base em perfis de poços cedidos pela ANP e furos geotécnicos, para estimativa das propriedades mecânicas elásticas dinâmicas a partir da Impedância-P obtida na inversão sísmica e (III) realização de ensaios mecânicos simultâneos em análogo mecânico (bloco de travertino romano) da camada Pré-Sal da Bacia de Santos para determinação de relação de equivalência estático vs. dinâmico, como também emprego de mais duas relações de equivalência estático vs. dinâmico advindas de trabalhos científicos totalizando três cenários de propriedades mecânicas de deformabilidade estáticas e de coeficiente de Biot-Willis. Como resultado foi constatado que os três cenários 3D de propriedades mecânicas elásticas estáticas de deformabilidade e coeficiente de Biot-Willis, herdaram o nível de detalhamento da sísmica HD (High Definition) empregada, a saber: resolução vertical de aproximadamente 35m e resolução horizontal de aproximadamente 600m. Ao comparar o mais rígido dos três cenários com o menos rígido deles, observou-se que o módulo de elasticidade estático chega a variar até 35 por cento, o coeficiente de poisson estático chega a variar até 22 por cento e o coeficiente de acoplamento fluídomecânico de Biot-Willis chega a variar até 8 por cento, sendo que a maior variação está especialmente nos carbonatos do Pré-Sal de idade Aptiana, nos carbonatos do Pós- Sal de idade Albiana e nos arenitos do Pós-Sal do Paleógeno e Cretáceo Superior. / [en] In Brazil, in March 2006, with evidence of gas and oil condensate in the Paraty location (well 1-RJS-617D of block BM-S-10) and a few months later, in August, with the discovery of oil accumulation (well 1-RJS-628A of the block BMS- 11, pioneer of the area currently declared as LULA) in the Aptian-age carbonate reservoirs and located in the Sub-Salt layer of the Santos Basin, these reservoirs have acquired relevance for the economic and technological development of Brazil. The research carried out in this project aims to develop methodology for estimating 3D scenarios of static elastic mechanical properties of deformability: modulus of elasticity and Poisson s coefficient and the fluid-mechanical coupling factor: Biot- Willis coefficient, integrated to the seismic data and destined to feed mechanical simulator, mitigating uncertainties and economic and SMS risks throughout the productive life of the various PPSBS deposits. The pioneerism of the present study is: (I) performing deterministic CSSI (constrained sparse spike) seismic inversion based on the initial P-Impedance model throughout stratigraphic sequence of the Santos Basin: Post-Salt, Salt and Pre-Salt taking into account burial depth effect on the seismic trace, (II) development of Rock Physics Models (RFM) for the entire stratigraphic column of the Santos Basin, based on well logs and geotechnical holes, in order to estimate the dynamic elastic mechanical properties from the PImpedance obtained in the seismic inversion and (III) realization of simultaneous mechanical tests on mechanical analogue rock (Roman Travertine block) of Santos Basin Pre-Salt layer to determine static vs. dynamic relation, as well as using two static vs. dynamic relations from scientific studies to build three scenarios of static elastic mechanical properties of deformability and Biot-Willis coeficient. As a result, it was verified that the three 3D scenarios of static elastic mechanical properties of deformability, as well as, Biot-Willis coeficient inherited the level of detail of the HD (High Definition) used seismic, that is: vertical resolution of approximately 35m and horizontal resolution of approximately 600m. When comparing the most rigid of the three scenarios with the least rigid, it is observed that the static elasticity modulus vary up to 35 percent, static poisson s ratio vary up to 22 percent and the Biot-Willis coefficient variy up to 15 percent. The greater variation is especially in the carbonates of the Pre-Salt of Aptian age, in the carbonates of the Post-Salt of Albian age and in the sands of the Pos-Salt of Paleogeno and Upper Cretaceous.