Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho / Em um sistema de energia renovável em um ambiente de smart grids, o uso de tecnologias sem fio para transmissão remota de informações de controle às turbinas eólicas requer técnicas modernas para assegurar a qualidade de energia gerada e evitar danos às turbinas e conversores. Neste trabalho, o sistema de controle sem fio robusto para uma turbina eólica com gerador de indução gaiola de esquilo conectada à rede elétrica é proposto. O sistema emprega codificação convolucional e filtragem morfológica para melhorar a qualidade de energia gerada, melhorando a robustez do sistema de controle para os erros canal de propagação de rádio. O desempenho é investigado em termos de distorção harmônica total e respostas do sistema a fim de verificar a qualidade de energia fornecida pela turbina eólica à Smart Grid. Resultados satisfatórios endossam a operabilidade e as vantagens do sistema de controle sem fio proposto / Tese ( doutorado)- Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. / In a renewable energy power system inside a smart grid environment, the use of wireless technologies for remote transmitting control information to the wind turbines requires modern techniques to improve the overall generated power quality and prevent damage to the turbines and converters. In this work, a robust wireless control system for a squirrel cage induction wind turbine connected to the power grid is proposed. The system employs convolutional coding and morphological filtering jointly to enhance the generated power quality by improving the robustness of the control system to the errors caused by the radio propagation channel. The performance is investigated in terms of total harmonic distortion and overall system response to verify the power quality delivered by the wind turbine to the grid. The satisfactory results endorse the operability and advantages of the proposed wireless control system.

This dissertation has the objective to verify the contribution of different tips for line detection, to the classification of multispectral images, with the possible use in the discrimination and mapping of class of covering of the land. In this context, the comparison between different techniques of detection of characteristics for extraction of power lines in agricultural areas is affected, namely, distinction techniques using variation of contrast and morphologic filtering, and detection of edges using filter Canny and detector SUSAN. In this case were used techniques of extraction of lines with Hough Transform and Radon Transform too, using different algorithms in aerial images of remote sensing. These results had evaluated and compared producing tables of efficiency for each procedure. These tables direct the different solutions that change of boarding depending of the final objective of the detection of the Power Lines. / Essa dissertação tem o objetivo de verificar a contribuição de diferentes abordagens para extração de linhas, à classificação de imagens multiespectrais, com o possível uso na discriminação e mapeamento de classes de cobertura da terra. Nesse contexto, é efetuada a comparação entre diferentes técnicas de extração de características para extração de linhas de transmissão em áreas rurais, a saber, técnicas de realce utilizando variação de contraste e filtragem morfológica, bem como detecção de bordas utilizando filtro Canny e detector SUSAN, citando como técnica de extração de linhas a Transformada de Hough e Transformada de Radon, utilizando diferentes algoritmos, em imagens aéreas e de sensoriamento remoto. O processo de análise de imagens, com diferentes abordagens leva a resultados variados em diferentes tipos de coberturas do solo. Tais resultados foram avaliados e comparados produzindo tabelas de eficiência para cada procedimento. Estas tabelas direcionam a diferentes encaminhamentos, que vão variar de abordagem dependendo do objetivo final da extração das Linhas de Transmissão.

A localização de objetos em uma imagem e acompanhamento de seu deslocamento numa sequência de imagens são tarefas de interesse teórico e prático. Aplicações de reconhecimento e rastreamento de padrões e objetos tem se difundido ultimamente, principalmente no ramo de controle, automação e vigilância. Esta dissertação apresenta um método eficaz para localizar e rastrear automaticamente objetos em vídeos. Para tanto, foi utilizado o caso do rastreamento da bola em vídeos esportivos, especificamente o jogo de futebol. O algoritmo primeiramente localiza a bola utilizando segmentação, eliminação e ponderação de candidatos, seguido do algoritmo de Viterbi, que decide qual desses candidatos representa efetivamente a bola. Depois de encontrada, a bola é rastreada utilizando o Filtro de Partículas auxiliado pelo método de semelhança de histogramas. Não é necessária inicialização da bola ou intervenção humana durante o algoritmo. Por fim, é feita uma comparação do Filtro de Kalman com o Filtro de Partículas no escopo do rastreamento da bola em vídeos de futebol. E, adicionalmente, é feita a comparação entre as funções de semelhança para serem utilizadas no Filtro de Partículas para o rastreamento da bola. Dificuldades, como a presença de ruído e de oclusão, tanto parcial como total, tiveram de ser contornadas. / The location of objects in an image and tracking its movement in a sequence of images is a task of theoretical and practical interest. Applications for recognition and tracking of patterns and objects have been spread lately, especially in the field of control, automation and vigilance. This dissertation presents an effective method to automatically locate and track objects in videos. Thereto, we used the case of tracking the ball in sports videos, specifically the game of football. The algorithm first locates the ball using segmentation, elimination and the weighting of candidates, followed by a Viterbi algorithm, which decides which of these candidates is actually the ball. Once found, the ball is tracked using the Particle Filter aided by the method of similarity of histograms. It is not necessary to initialize the ball or any human intervention during the algorithm. Next, a comparison of the Kalman Filter to Particle Filter in the scope of tracking the ball in soccer videos is made. And in addition, a comparison is made between the functions of similarity to be used in the Particle Filter for tracking the ball. Difficulties, such as the presence of noise and occlusion, in part or in total, had to be circumvented.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis addresses the design of adaptive current controllers applied for voltagesource grid-connected converters with LCL-filter. Due to the grid equivalent impedance uncertainty and/or variation at the point of connection, the current controller of such converters may become unstable or have a poor performance with fixed-gain controllers because the grid impedance is part of the dynamic model. So, adaptive control techniques are proposed to ensure stability and performance of current controllers for grid-connected converter with LCL-filter even without knowledge of the grid equivalent impedance. Continuous time adaptive control, from the theoretical point of view, is a well established control technique. However, in this application, a discrete-time current controller is implemented. There are some differences between discrete-time and continuous-time adaptive controllers. When the controlled variable is the converter current, a model reference adaptive state feedback is proposed. The adaptation algorithm, responsible to update the gains in real-time, consists on a recursive least-squares (RLS) algorithm. When the controlled variable is the grid current, a model reference adaptive state feedback is also used. However, the RLS algorithm has some modifications to keep the controller robust under unmodeled dynamics. The RLS algorithm is used because it has better parametric convergence characteristics compared to other algorithms. The grid voltage disturbance is rejected making some small modifications on the controller structure. Simulation results are validated by experimental results in a 5,5kW three-phase grid-connected converter, which shows good convergence and steady state stability of the adaptive controllers. Finally, some comparisons with fixed gain current controllers are presented to show de advantages and disadvantages of each controller. / Esta tese trata do projeto de controladores adaptativos aplicados a conversores estáticos alimentados em tensão conectados à rede elétrica através de filtro LCL. Devido às características incertas e/ou variantes da impedância equivalente da rede no ponto de conexão de conversores estáticos, o controle da corrente de tais conversores pode se tornar instável ou o desempenho pode ser degradado com a utilização de controladores com ganhos fixos, pois a característica da rede faz parte do modelo dinâmico. Com base nisso, é proposto o uso de técnicas de controle adaptativo para garantir a estabilidade e o desempenho do controlador de corrente de conversores conectados à rede mesmo sem o conhecimento da sua impedância equivalente. Controle adaptativo em tempo contínuo, no ponto de vista teórico, é uma técnica de controle bem consolidada. No entanto, na aplicação em questão, o controlador de corrente é implementado em tempo discreto. Controle adaptativo em tempo discreto apresenta algumas diferenças quanto aos controladores em tempo contínuo. Quando a variável de controle é a corrente do conversor, é proposta a utilização de uma retroação de estados adaptativa por modelo de referência cujo adaptador, responsável por atualizar os ganhos em tempo real, consiste em um algoritmo recursivo por mínimos quadrados (RLS). Quando a variável de controle é a corrente da rede, também é utilizada uma retroação de estados adaptativa por modelo de referência, porém o algoritmo RLS apresenta modificações para torná-lo robusto à dinâmicas não modeladas. O algoritmo RLS é utilizado por ter melhores características de convergência paramétrica se comparado a outros algoritmos. O distúrbio de tensão da rede é rejeitado fazendo-se algumas modificações na estrutura da lei de controle. Os resultados de simulação são validados através de resultados experimentais em um conversor de potência nominal de 5,5kW, os quais mostram as características promissoras dos controladores de corrente adaptativos. Por fim, são apresentadas comparações com controladores de corrente de ganhos fixos, mostrando as vantagens e desvantagens de cada uma dos controladores.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:00:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3898.pdf: 8411793 bytes, checksum: 7a8cb8b4771e50a445e7c52217a51ace (MD5) Previous issue date: 2011-08-23 / Universidade Federal de Sao Carlos / Infiltration systems aim to reduce the effects of urbanization, waterproofing and runoff, acting at the origin of the runoff. The objective of this project was to monitor a Filter - Swale Trench (FVT) system, built at UFSCar s campus in real scale by retaining the runoff produced by waterproofed areas. The FVT system was built in soil described as sandy loam, with infiltration capacity between 2,30x10-5 and 6,05x10-6 meters/second, and was obtained by doing testes in field using double ring infiltrometer and inverted well, respectively. The FVT system was monitored by measuring the precipitation, the inflow system, the level of water stored, and by verifying that the system functioned during the rainfalls. Sixty rainfalls were monitored, with up to a 48 year return period, with no extravasations. We observed differences between the design and operation of the system, such as the catchment area, the infiltration area and losses in the channel distribution. This shows that the structure is larger than actual scenario. We compared the fine content of the gravel and sand filter and the geotextile s permeability of the infiltration trench, sampled after construction and after about a year of system operation. After the period of operation, the gravel and sand filter showed an average reduction in fine content of 29% and 52%, respectively. The geotextile showed partial clogging, which reduced its permeability by an average of 45%. The system has been modeled using the PULS method and SWMM model. The PULS modeling method allowed us to determine the water storage level satisfactorily. Graphically, the storage level curves are similar, with average values of the Nahs - Sutcliffe coefficient (NS) of 0,43, a mean maximum storage level error of 29% and mean empting time absolute error of 36%, obtained in the validation model. The SWMM model enabled the microbasin simulation to run a Departmento de Medicina bulding and the FVT system performed unsatisfactorily and demonstrated some limitations. The model validation presented absolute mean errors of peak runoff at 58%, accumulated inflow volume of 35%, mean error of the maximum storage level of 72%, mean error of emptying time of 79%, mean NS values of inflow of 0,02 and mean NS values of storage level of - 0,79. Using the SWMM model resulted in lower levels of storage and smaller emptying times than those using the PULS model. The system maintenance summed up in cleaning the land, removing sediments from the measurement channel, and performing gardening services. The system maintenance cost in the first year of operation was R$ 85,00 / month or R$ 0,67 for each square foot of impervious drained area, considered high compared to maintenance costs of conventional drainage systems. / Estruturas de infiltração objetivam minimizar os efeitos da urbanização, da impermeabilização do solo, do aumento do escoamento superficial direto (ESD) e das inundações, agindo na origem da produção do ESD. O objetivo deste trabalho foi monitorar e modelar um sistema Filtro - Vala - Trincheira de infiltração (FVT), construído no campus da UFSCar em escala real para retenção do ESD produzido por áreas impermeabilizadas. O sistema FVT foi construído em solo caracterizado como areia média argilosa, com capacidade de infiltração entre 2,30x10-5 m/s e 6,05x10-6 m/s, obtidas em ensaio de campo com duplo anel e poço invertido, respectivamente. Fez-se o monitoramento do sistema FVT através de medidas de precipitação, vazão afluente ao sistema, nível de água armazenado na trincheira e vala de infiltração e verificação do funcionamento do sistema durante as chuvas. Foram monitorados 60 eventos de chuva com até 48 anos de período de retorno, sem registro de extravasamento do sistema. Observaram-se diferenças entre projeto e operação do sistema, como área de captação, área de infiltração e perdas no canal diafragma de distribuição. Constatou-se que a estrutura está superdimensionada para o cenário atual. Compararam-se o teor de finos da brita de preenchimento e da areia do filtro e a permeabilidade do geotêxtil da trincheira de infiltração, amostrados após a construção e após o funcionamento de um ano do sistema. Após o período de funcionamento, a brita de preenchimento e a areia do filtro apresentaram redução do teor de finos em média de 29% e 58%, respectivamente. O geotêxtil apresentou colmatação parcial e redução de sua permeabilidade em média em 45%. Modelou-se o sistema de infiltração utilizando PULS e o modelo SWMM. A modelagem pelo método de PULS possibilitou representar as etapas de funcionamento do sistema FVT e nível de armazenamento de maneira satisfatória. Graficamente, as curva de nível de armazenamento são semelhantes, com valores médios de coeficiente de Nahs - Sutcliffe (NS) de 0,43, de erro absoluto de nível máximo de 29% e de erro absoluto dos tempos de esvaziamento de 36%, obtidos na validação do modelo. A modelagem utilizando SWMM possibilitou a simulação da microbacia composta pelo Edifício do Departamento de Medicina e sistema FVT de maneira insatisfatória e apresentando limitações. A validação do modelo resultou em erros médios absolutos das vazões de pico afluente ao sistema de 58%, de volume afluente de 35%, de nível máximo de armazenamento 72%, de tempo de esvaziamento de 79%, de NS médio das vazões afluentes de 0,02 e de NS médio dos níveis de armazenamento de -0,79. As modelagens utilizando SWMM resultaram em menores níveis de armazenamento e menores tempos de esvaziamento do que aquelas utilizando PULS. A manutenção do sistema FVT resumiu-se em serviços de limpeza do terreno, remoção de sedimento do canal de medição e serviços de jardinagem. O custo de manutenção do sistema em seu primeiro ano de funcionamento foi de R$85,00/mês ou R$0,67 por unidade de área impermeável drenada, considerado alto em relação aos custos de manutenção de sistemas de drenagem convencional.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseLSA.pdf: 4498147 bytes, checksum: 43da889d2d53eae45d7a580ca5f6177b (MD5) Previous issue date: 2006-05-03 / Universidade Federal de Sao Carlos / Ti-Pt/PbO2 electrodes were obtained by electrodeposition of PbO2 films at 65 °C and with different dopant(s) (Fe, Co, F, Fe and F, Co and F) contents in the oxide matrix, which were controlled under pre-established and optimized conditions (current densities as well as concentrations of the dopant ions in the electrodeposition baths). Tafel curves in 0.5 mol L-1 H2SO4 showed that the higher the dopant content in the films, the higher was the electrocatalytic activity towards the oxygen evolution reaction (OER), whose mechanism, in a general way, was not changed. The increased electrocatalytic activity was considered as resulting from oxygen defects in the crystalline structure of the oxides, due to dopants action and also morphologic effects. The structural characterization of the films by X-ray diffractometry showed that the structure of the films was always the same, i.e. β- PbO2. The electrochemical performance of pure Ti-Pt/β-PbO2 electrodes, or doped with Fe, Co and F (together or separately), in the oxidation of simulated wastewaters containing the reactive blue 19 dye (RB 19) or phenol, using filter-press reactors, was carried out and then compared with that of a boron-doped diamond electrode (Nb/BDD). For the electrooxidation of the dye ([RB 19]o = 25 ppm, Q = 2.4 L h-1, i = 50 mA cm-2, V = 0.1 L, θ = 25 oC and A = 5 cm2), the results showed that: a) the performances of the electrodes in the dye decolorization were quite similar, achieving 100% decolorization, but in some cases 90% decolorization was achieved by applying only ~0.3 A h L-1 (8 min); b) the reduction of the wastewater organic load, monitored by its total organic carbon content (TOC), was greater for the 1 mM Ti- Pt/β-PbO2-Fe,F electrode (obtained from an electrodeposition bath containing 1 mM Fe3+), which presented a COT reduction of 95% after 2 h of electrolysis, while for the pure β-PbO2 and Nb/BDD electrodes the reductions were 84% and 82%, respectively. In the case of phenol electrooxidation in the semi-pilot scale ([phenol]o = 1000 ppm, Q ~ 120 L h-1, i = 100 mA cm-2, V = 1 L, θ = 40 ºC and A = 63 cm2), the 1mM Ti-Pt/β-PbO2-Co,F and Ti-Pt/β-PbO2 electrodes were the most efficient ones, attaining COD (chemical oxygen demand) reductions of approximately 75% and 63% and COT reductions of approximately 51% and 43%, respectively. / Eletrodos de Ti-Pt/PbO2 foram obtidos pela eletrodeposição de filmes de PbO2 a 65 °C e com distintos teores de dopante(s) (Fe, Co, F, Fe e F, Co e F) na matriz dos óxidos, os quais eram controlados segundo condições pré-estabelecidas e otimizadas (densidades de corrente assim como concentração dos íons dopantes presentes nos banhos de eletrodeposição). Curvas de Tafel em H2SO4 0,5 mol L-1 mostraram que quanto maior era o teor de dopantes nos filmes, maior era também a atividade eletrocatalítica para a reação de desprendimento de oxigênio (RDO), sendo que, de um modo geral, seu mecanismo não era modificado. A crescente atividade eletrocatalítica foi considerada como resultante do aumento de defeitos de oxigênio na rede cristalina dos óxidos, promovido pela ação dos dopantes e também por efeitos morfológicos. A caracterização estrutural dos filmes, feita por difratometria de raios X, mostrou que a estrutura dos filmes era sempre a mesma, ou seja, β-PbO2. O desempenho eletroquímico de eletrodos de Ti-Pt/β-PbO2 não dopado e dopados com Fe, Co e F (juntos ou separadamente) na oxidação de efluentes simulados contendo o corante azul reativo 19 (AR 19) ou fenol, em reatores do tipo filtro-prensa, foi investigado e então comparado com o de um eletrodo de diamante dopado com boro (Nb/DDB). Para a eletrooxidação do corante ([AR 19]o = 25 mg L-1, Q = 2,4 L h-1, i = 50 mA cm-2, V = 0,1 L, θ = 25 oC e A = 5 cm2), os resultados mostraram que: a) os desempenhos dos eletrodos para a remoção da cor do corante foram bastante semelhantes entre si, chegando-se a 100% de remoção, sendo que em alguns casos remoção de 90% foi obtida aplicando-se somente ~0,3 A h L-1 (8 min); b) a redução da carga orgânica do efluente, monitorada por meio do teor de carbono orgânico total (COT), foi maior para o eletrodo de Ti-Pt/β-PbO2-Fe,F 1 mM (obtido a partir de um banho de eletrodeposição contendo Fe3+ 1 mM), que apresentou redução de COT de 95% após 2 h de eletrólise, enquanto que para um eletrodo não dopado e para um eletrodo de Nb/DDB as reduções foram de 84% e 82%, respectivamente. No caso da eletrooxidação de fenol em escala semi-piloto ([fenol]o = 1000 ppm, Q ~ 120 L h-1, i = 100 mA cm-2, V = 1 L, θ = 40 ºC e A = 63 cm2), os eletrodos de Ti-Pt/β-PbO2-Co,F 1 mM e Ti-Pt/β-PbO2 foram os mais eficientes, atingindo, aproximadamente, 75% e 63% de redução da DQO (demanda química de oxigênio) e 51% e 43% de redução do COT, respectivamente.

A retroalimentação de controladores preditivos que utilizam modelos em espaço de estado pode ser realizada de duas formas: (a) correção por bias, em que as saídas preditas são corrigidas adicionando-se um valor proporcional a discrepância encontrada entre o valor medido atual e sua respectiva predição e por (b) retroalimentação dos estados, onde se determinam as condições iniciais através da estimação dos estados, e a partir de uma melhor condição inicial se realizam as predições futuras usadas no cálculo das ações de controle. Nesta dissertação estas duas abordagens são comparadas utilizando a Planta Laboratorial de Seis Tanques Esféricos. As técnicas de Filtro de Kalman Estendido (EKF) e Filtro de Kalman Estendido com Restrições (CEKF) foram empregadas para estimar os estados não medidos. Inicialmente foram feitos testes off-line destes algoritmos de estimação. Para estes testes são utilizados uma série de dados da planta laboratorial do estudo de caso, na qual são estudadas as influências de diversos fatores de ajuste que determinam a qualidade final de estimação. Estes ajustes serviram de base para a aplicação destes algoritmos em tempo real, quando então, estimadores de estados estão associados ao sistema de controle do processo baseado em um algoritmo de controle preditivo. Após se ter certificado a qualidade das estimações de estado, partiu-se para sua utilização como uma alternativa de retroalimentação de controladores preditivos. Estes resultados foram comparados com os obtidos através da correção simples por bias. Os resultados experimentais apontam para uma marginal piora devido à retroalimentação por estimadores de estados frente à correção por bias, pelo menos para o caso do controlador preditivo linear utilizado na comparação. Entretanto, espera-se que resultados melhores sejam obtidos no caso de modelos preditivos não-lineares, uma vez que nestes casos o modelo é bem mais sensível à qualidade da condição inicial. / The feedback of controllers that use predictive models in state space can be accomplished in two ways: (a) bias correction, where the predicted outputs are corrected by adding a value proportional to the discrepancy found between the current measurement and its respective prediction; and by (b) state feedback, which establishes the initial conditions through the states estimation, and from a better initial condition are carried out the future predictions used in the calculation of control. In this thesis these two approaches are compared using a Laboratorial Plant of Six Spherical Tanks. The techniques of Extended Kalman Filter (EKF) and Constraint Extended Kalman Filter (CEKF) were used to estimate the unmeasured states. Initially, tests were carried out off-line for theses estimation algorithms. For such testing are used a dataset of the plant in case study, in which are studied the influences of several adjustment factors that they determine the final quality of estimation. These adjustments were used of base for the application of these algorithms in real time, when then state estimators are associated with the system of process control based on a predictive control algorithm. After having ascertained the quality of the state estimates, begins its use as an alternative for feedback of predictive controllers. These results were compared with those obtained by the simple correction of bias. The experimental results show a marginal worsening due to feedback from state estimated compared with bias correction, at least for the case of linear predictive controller used in the comparison. However, one expects that better results will be obtained in the case of non-linear predictive models, since in these cases the model is much more sensitive to the quality of the initial condition.

O intenso desenvolvimento da aquacultura tem sido acompanhado de um aumento nos impactos ambientais causados por esta atividade. As descargas de efluentes da aquacultura em ecossistemas aquáticos são uma fonte de deterioração da qualidade ambiental e podem causar eutrofização. O presente trabalho investigou e avaliou o desempenho de um sistema de tratamento e recirculação de efluentes de aquacultura em relação à sua eficiência em manter e restaurar os parâmetros de qualidade da água em níveis adequados ao ciclo produtivo, considerando as implicações desta técnica na conservação dos recursos hídricos. O experimento foi conduzido em dois sistemas funcionando paralelamente, simulando situações com e sem tratamento e recirculação de efluentes. Os sistemas aquícolas, em escala experimental, foram compostos pelos tanques e pelas unidades de tratamento e recirculação. Os tanques de cultivo foram povoados com juvenis de tilápia-do-Nilo (Oreochromis niloticus). Os sistemas sem recirculação e com recirculação receberam, respectivamente, 65 indivíduos (biomassa total inicial = 477g) e 64 indivíduos (biomassa total inicial = 491g). O sistema de tratamento e recirculação de efluentes foi composto por um filtro biológico de leito flutuante granular (floating beads biofilter) e duas colunas de aeração, com diferentes meios de preenchimento. Ao longo dos seis meses de experimento foram medidos os principais parâmetros de qualidade da água para a aquacultura e para a estimativa do funcionamento e desempenho do sistema de tratamento e recirculação de efluentes. O desempenho zootécnico obtido nos tanques foi também avaliado e comparado. Análise de variância (ANOVA) foi utilizada para comparar os dados. Na comparação entre a água de cultivo dos tanques, os seguintes parâmetros apresentaram um valor mais elevado (p<0,05) para o sistema com recirculação: nitrato, carbono orgânico total, fosfato, cloreto, sulfato e condutividade. A água de cultivo do tanque sem recirculação apresentou maiores valores de nitrogênio amoniacal, sólidos suspensos e turbidez (p<0,05). As duas colunas de aeração usadas no experimento não apresentaram diferenças significativa entre si (p>0,05), apresentando uma eficiência de aeração de 67%. O sistema com recirculação foi caracterizado por um uso semanal de água significativamente menor (p<0,05), utilizando apenas 36% do volume de água que foi necessário para o tanque sem recirculação. Indícios de nitrificação foram identificados em ambos os sistemas, porém este processo apresentou uma importância maior sobre a qualidade da água no sistema com recirculação e filtro biológico. O sistema com recirculação produziu efluentes (através da retrolavagem do filtro) mais concentrados (p<0,05) em relação a nitrato, alcalinidade, carbono orgânico total, fosfato, sólidos suspensos e dissolvidos, cloreto, sulfato, condutividade. Em relação à carga de resíduos lançada ao ambiente, o sistema sem recirculação obteve valores maiores (p<0,05) de nitrogênio amoniacal, nitrato, carbono orgânico total, fosfato, sólidos suspensos, sólidos dissolvidos, fluoreto, cloreto e sulfato. Para os demais parâmetros, não houve diferenças significativas quanto à carga de resíduo do efluente produzido (p>0,05). Não houve diferenças significativas entre os dois sistemas comparados (p>0,05) quanto ao ganho de peso das tilápias durante o período de avaliação do desempenho zootécnico. A partir da biomassa total de peixes produzida nos dois tanques durante todo o período experimental calculou-se que o sistema sem recirculação fez uso de 4053 litros de água para cada kg (L/kg) de peixe produzido e o sistema com recirculação usou 1129 L/kg. O sistema de aquacultura com recirculação estudado, construído a partir de materiais nacionais e de baixo custo, obteve êxito como forma de criação de peixes, oferecendo uma significativa redução no volume de água usado e na carga de alguns resíduos em seus efluentes, quando comparado a técnicas convencionais de aquacultura. Apesar de haver significativas necessidades de aprimoramento do protótipo usado e de estudos complementares em relação ao assunto tendo em vista a realidade brasileira, principalmente contemplando a sua viabilidade econômica em diferentes cenários, o experimento conduzido oferece subsídios para o desenvolvimento da tecnologia de aquacultura com recirculação em âmbito nacional. / The active aquaculture growth that has been observed over the last few decades has been accompanied by important environmental impacts. One main concern is the discharge of aquaculture effluents in aquatic systems. Since these effluents contain nutrients, their discharge can contribute to the eutrophication of the receiving water bodies. The present work describes an investigation in which the aquaculture effluent was treated and recycled back to the system. The treatment process was evaluated with respect to its capability to remove contaminants and restore water quality to levels that were adequate to the fishing productive cycle. Such a system can contribute to the conservation of water resources by saving water and discarding fewer pollutants. The experiment was conducted in two pilot systems working in parallel, simulating fish culture processes with and without effluent treatment and recycling. The culture tanks were populated with Nile tilapia (Oreochromis niloticus). The systems with and without recirculation were populated with 65 (initial total biomass = 477g) and 64 (initial total biomass = 491g) individuals, respectively. The effluent treatment and recirculation system were composed by a floating bead biofilter and two natural aeration columns, each filled with different media. The experiment was conducted along six months, during which the systems were monitored for water quality parameters and zootechnical performance. Analysis of variance (ANOVA) was used to compare data collected in the culture tanks. The following parameters presented a higher value (p<0.05) in the recirculation system: nitrate, total organic carbon, phosphate, chloride, sulfate and conductivity. Culture water without recirculation presented higher values for total ammonia nitrogen, suspended solids and turbidity (p<0.05). The two aeration columns used in the experiment had about 67% aeration efficiency. Water use in the recirculation system was significantly lower (p<0.05) than the system without recycling, using just 36% of the water needed by the latter. Nitrification occurred in both systems, but had greater importance in the process with recycling and biological filtration. Filter backwashing from the recirculating system produced effluent that was more concentrated (p<0.05) than the system without recycling with respect to nitrate, alkalinity, total organic carbon, phosphate, suspended and dissolved solids, chloride, sulfate and conductivity. On the contrary, the residue loads discharged from the system without recirculation were higher (p<0.05) for total ammonia nitrogen, nitrate, total organic carbon, phosphate, suspended and dissolved solids, fluoride, chloride and sulfate. For the remaining parameters, no significant difference in the residue loads of the two systems was observed (p>0.05). One important observation was that no significant difference occurred between the two systems (p>0.05) regarding tilapia weight gains in the experimental period. Based on the fish biomass growth and water use measured on both systems, it was calculated that the system without recirculation used 4053 liters of water per each kg of produced fish. On the other hand, the system with recirculation used 1129 liters per kg. Considering the outlined results, it was concluded that the recirculating aquaculture system, built with simple and low cost national material, was successful with respect to fish cultivation, water use reduction, and effluent residue load discharges when compared with the conventional aquaculture technique. Despite the required refinements of the tested prototype, especially regarding scale and economic viability in different scenarios, it offers subsidies to the advance of the recirculating aquaculture technology at the national level.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The growing global demand for electricity, increasing scarcity of the conventional energy sources and the need to reduce environmental impacts contributed to the pronounced development of new technologies based on clean and renewable energy sources. In this context, the wind power is the technology that has had a greater development in recent decades. This source has played an important role in the advancement of alternative sources in the world energy matrix, because the technology is already consolidated and is economically viable. Accompanying the technological development of the alternative sources, the induction generator has stood out among the generators with the technology best suited to generating electricity for isolated energy systems. With this motivation, this thesis proposes a new configuration for an isolated wind energy conversion system using variable speed turbines, in which the induction generator is electronically excited by means of a static compensator. Also, the generator is associated to a shunt active filter for compensation of non-linear and unbalanced loads, and with a battery bank for energy storage and DC bus stabilization. It is also discussed the main problems with the induction generator related to the magnetization characteristic and its dynamic model, and the proposed solutions to mitigate these problems. The results confirm the effectiveness of the proposed wind energy conversion system, showing its operational capability with variable load and variable turbine speed. Finally it is presented the main conclusions of this work and suggestions for future works in the same line of research. / O crescente aumento da demanda mundial de energia elétrica, a escassez cada vez maior das fontes convencionais de energia e a necessidade de redução dos impactos ambientais contribuíram para o acentuado desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em fontes limpas e renováveis. Neste contexto, a energia eólica foi uma das tecnologias que mais se desenvolveu nas últimas décadas. Esta fonte tem desempenhado importante papel no avanço das fontes alternativas na matriz energética mundial, pois é uma tecnologia já consolidada e viável economicamente. Acompanhando o desenvolvimento tecnológico das fontes alternativas, o gerador de indução tem se destacado dentre as tecnologias de geradores mais adequadas para sistemas isolados de geração de energia elétrica. Com esta motivação, esta tese propõe uma nova configuração de conversão de energia eólica isolada, utilizando turbinas de velocidade variável, na qual o gerador de indução é excitado eletronicamente por meio de um compensador estático. Ainda mais, o gerador é associado a um filtro ativo shunt para a compensação de cargas não-lineares e desbalanceadas e a um banco de baterias para armazenamento de energia e estabilização do barramento cc, comum aos conversores. São discutidos os principais problemas relacionados ao gerador de indução para esta aplicação através da característica de magnetização e do seu modelo dinâmico, com as soluções propostas para mitigar estes problemas. Os resultados práticos e de simulação obtidos comprovam a efetividade da configuração de conversão de energia eólica proposta, mostrando a capacidade de operação do gerador com carga variável e velocidade variável da turbina. Por fim são apresentadas as principais conclusões e sugestões para trabalhos futuros na mesma linha de pesquisa.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-18Bitstream added on 2014-06-13T20:08:35Z : No. of bitstreams: 1 freitas_scl_me_ilha.pdf: 1038067 bytes, checksum: de418f750a6f2441df99083abd72c137 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O acelerado desenvolvimento da eletrônica de potência vem desencadeando uma série de transformações no sistema elétrico, sendo possível destacar a constante alteração da natureza das cargas consumidoras, a proliferação da co-geração e o peso crescente de questões ambientais relacionadas à questão da geração. Grande parte das cargas atuais é composta por dispositivos não-lineares que, por muitas vezes, são a causa de problemas relacionados à qualidade da energia elétrica. Considerando a variedade da distribuição sequencial das harmônicas de corrente na utilização dos filtros passivos, destacam-se os filtros e bloqueadores eletromagnéticos, os quais têm merecido especial atenção devido à sua robustez e baixo custo de implantação. Este trabalho está particularmente direcionado à investigações relacionadas ao uso desses dispositivos que possibilitam uma atenuação do fluxo das principais componentes harmônicas que compõe as distorções harmônicas de sequência zero. Neste contexto, esta dissertação apresenta contribuições inéditas relacionadas com o desenvolvimento de modelos matemáticos no domínio da frequência para bloqueadores eletromagnéticos, e um estudo de modelos matemáticos para filtros eletromagnéticos, compondo então, o aqui denominado supressor eletromagnético de componentes de sequência zero. Apresenta-se ainda, a utilização de metodologias para análise de desempenho baseado no comportamento das componentes harmônicas sequenciais. É estabelecida uma base comparativa de natureza experimental que possibilita a avaliação do desempenho e da aderência do modelo proposto. São utilizados protótipos de baixa potência de um filtro e um bloqueador, ambos eletromagnéticos, construídos a partir de análises teóricas. Os modelos desenvolvidos são utilizados na composição de um aplicativo computacional para análise... / The accelerated development of power electronics has promoted a series of changes in the electrical system, so it is possible to highlight the constant changing of consumer loads, the proliferation of co-generation and the growing importance of environmental issues related to generation. Much of the current loads are composed of non-linear devices which, in many cases are the cause of problems related to power quality. Considering the sequential distribution variety of harmonic currents in the use of passive filters, highlight the electromagnetic filters and blockers, which have received special attention due to its robustness and low cost of deployment. This work is particularly directed to investigations related to the use of these devices which enable an attenuation of the flow of the principal harmonic components that compound the zero-sequence harmonic distortion. In this context, this work presents unedited contributions related to the development of mathematical models in the frequency domain for electromagnetic blocking, and a study of mathematical models of electromagnetic filters, making then, the here called electromagnetic zero-sequence components suppressor. It presents also, the use of methodologies for performance analysis based on the sequential behavior of harmonic components. It is established a comparison basis of experimental nature that enables the performance and adherence analysis of the model. Are used a low-power prototypes of a filter and a blocker, both electromagnetic, constructed from theoretical analysis. These models are used in the composition of a software for performance analysis and optimal project of harmonic filtering systems. This tool allows an individualized and systematic investigation of the electrical system behavior for distinct harmonic sequence components. Thus, through a detailed investigation it is possible to identify appropriated actions... (Complete abstract click electronic access below)