The subject of the thesis is creation and description of mathematical model of three-phase asymmetric power line and proposal for three-phase operation calculating of the power network by variet aspects. Another component is the creation of a program in PHP, which would use this mathematical model for the calculation of the three-phase operation of the power network. Part of this work deals with derivation of matrices of elementary multipoles and their serial ordering derive complex multipoles that can be use for concentrated parameters compensation of the power lines.

Ce travail s’inscrit dans le contexte général de l’ingénierie tissulaire du cartilage (culture in vitro) bien que la physique employée puisse s’appliquer à d’autres domaines. Après un rappel du modèle macroscopique de dispersion réactive obtenu en employant la prise de moyenne volumique, les problèmes de fermeture sont résolus numériquement afin de déterminer la macro-dispersion. Les solutions numériques sont tout d’abord validées dans des cas sans advection et/ou sans réaction. L’étude de la dispersion passive (sans réaction) sur des micro-géométries simples illustre la dépendance des coefficients de dispersion macroscopiques vis-à-vis de la géométrie (porosité, croissance directionnelle ou homothétique). Enfin, la simulation du cas complet (incluant la réaction) nous a permis de montrer l’influence de plusieurs paramètres : nombre cinétique, nombre de Sherwood, structure géométrique microscopique. / Abstract

As ondulações na corrente do estator e o forte impacto de erros em parâmetros são apontados como desvantagens do controle preditivo finite control-set (FCS) quando aplicado no controle de máquinas elétricas trifásicas. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é propor métodos para aprimorar tanto o desempenho em regime permanente quanto à robustez frente a erros paramétricos do controle preditivo de corrente, conhecido como model predictive current control (MPCC). No presente trabalho são propostas as abordagens MPCC baseada na aplicação de dois e três vetores de tensão durante o mesmo período de controle com intuito de aprimorar o desempenho do controle preditivo de corrente, sem a necessidade de elevar a frequência de amostragem do sistema. Os princípios para escolha dos vetores ótimos e seus respectivos tempos de aplicação são baseados nas expressões para controle desacoplado de torque e fluxo do FOC e no princípio de funcionamento do deadbeat. A robustez paramétrica é garantida por meio de um observador de distúrbios discreto incorporado ao método de controle MPCC. Com a estimação dos impactos causados por variações de parâmetros e dinâmicas não modeladas é possível corrigir os erros dos sistema de controle, mas mantendo-se as suas características transitórias e de regime permanente. Resultados de simulação computacional bem como resultados obtidos em bancada de ensaios experimentais são apresentados para avaliação e comprovação das propostas. / Ripples in the stator current and the strong impact of errors in parameters are pointed as disadvantages of the predictive control when applied in the control of three-phase electric machines. In this context, the objective of this work is to propose methods to improve both the steady-state performance and the robustness against parametric errors of the current predictive control, known as MPCC. In the present work the MPCC approaches are proposed based on the application of two and three voltage vectors during the same control period in order to improve the performance of the current predictive control, without the need to raise the sampling frequency of the system. The principles for choosing the optimal vectors and their respective duration are based on the expressions for FOC method and on the concept of deadbeat operation. In addition, the impact of errors on parameters is minimized by means of a discrete disturbance observer embedded in the MPCC control method. With the estimation of the impacts caused by changes of parameters and not modeled dynamics it is possible to correct the errors of the control system, but keeping their transient and steady state characteristics. Results of computational simulation as well as results obtained in experimental tests are presented for evaluation and proof of the proposals.

O presente trabalho visa o desenvolvimento de metodologias para a conexão de sistemas de Geração Distribuída (GD) em redes de distribuição utilizando conversores CC-CA como também, a produção de energia elétrica dentro dos padrões estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Para a produção de energia com índices de qualidade satisfatórios, duas situações vão ser consideradas: uma quando o sistema está conectado à rede e outra quando a rede está indisponível. Após a ocorrência do ilhamento, é necessária a mudança da variável a ser sintetizada pelo conversor CC-CA, ou seja, antes da contingência ocorrer a GD está sendo gerenciada no modo potência e/ou corrente e após passa a ser controlada no modo tensão. Além disso, espera-se que os resultados obtidos forneçam subsídios às concessionárias de energia elétrica e aos produtores e autoprodutores de energia para a conexão sistemas de geração distribuída em redes de distribuição como também, os procedimentos necessários a serem adotados por eles quando o sistema de distribuição estiver sob contingência (ilhamento). / This work proposes a set of analysis to connecting a distributed generation system to a distribution network using a three-phase power converter (DC-AC) as well as, the power generation produced by the DG (Distributed Generation) system must follow the national and international power quality standards. For producing energy with satisfactory power quality indexes, two situations will be considered: when the power converter operates connected to the grid, the power/current is used as control variable. However, if the power converter is operating in stand-alone mode (contingency or islanding mode) the control variable must be changed to voltage and the terminal voltage of the power converter must be controlled. Finally, the main concerning of the present study is to obtain results to the electrical energy companies and self-producers for connecting DG system to the grid as well as, the essential procedures that must be adopted by them when the distribution system is operating in contingency or islanding mode.

Este trabalho apresenta uma estratégia para a estimativa de velocidade do motor de indução trifásico baseada em redes neurais artificiais utilizando medidas de variáveis primárias como tensão e corrente. O uso de motores de indução trifásicos é uma constante em diversos setores industriais e de grande importância no cenário energético nacional. A maioria das metodologias de controle, acionamento e dimensionamento destes motores é fundamentada nas medidas de velocidade no eixo. Entretanto, a medida direta da velocidade compromete o sistema de controle e acionamento diminuindo sua robustez e aumentando o custo de implementação. Resultados de simulação e de ensaios experimentais para validação da proposta são também apresentados. / This work presents an approach to estimate speed in induction motors based on artificial neural networks and using measurement of primary variables like voltage and current. The use of induction motors is very common in many industrial sectors and plays an important role in the national energetic scene. The methodologies used in control, start up and dimensioning of these motors are based on measure of the speed variable. However, the direct measure of this variable compromises the system control and start up of the machine, reducing its robustness and increasing the implementation costs. Simulation results and experimental data are presented to validate the proposed approach.

Escoamentos gás-líquido assim como escoamento líquido-líquido-gás em duto de geometria anular estão presentes em muitas aplicações industriais, por exemplo, em poços de petróleo direcionais. No entanto, até mesmo características globais de escoamento gás-líquido nessa geometria, como os padrões de escoamento ou gradiente de pressão, não são ainda totalmente compreendidas. E ainda, informações são escassas quando se refere a escoamento trifásico nessa geometria, cuja aplicação está relacionada ao fenômeno de inversão de fase, que é de extrema importância não apenas para ao setor petrolífero, como para a indústria alimentícia. O presente estudo experimental tem como objetivo avaliar o escoamento líquido-gás, apresentar dados inéditos de escoamento gás-líquido para três viscosidades de óleo, além de avaliar o fenômeno de inversão de fase em escoamento ascendente vertical em duto anular de grande diâmetro. Um aparato experimental inclinável com 10,5 m de comprimento foi projetado e construído para este trabalho. As dimensões radiais do duto anular estão em escala real, conforme se verifica em poços de petróleo e gás. A investigação em escoamento gás-líquido foi conduzida utilizando água, óleo e ar comprimido como fluidos de trabalho em escoamento ascendente vertical em duas geometrias: (i) um tubo com diâmetro de 95 mm e (ii) um duto de configuração anular e concêntrico, com diâmetro hidráulico de valor igual ao diâmetro do tubo. A avaliação do fenômeno de inversão de fase em escoamento trifásico foi conduzida em condições equivalentes em três geometrias: (i) tubo vertical menor com diâmetro de 50 mm, (ii) tubo com diâmetro de 95 mm e (iii) um duto anular concêntrico. Padrões de escoamento, queda de pressão e fração volumétrica de fase foram obtidos para ambos os escoamentos gás-líquido e líquido-líquido-gás. Os dados coletados nesse trabalho são de grande importância para o desenvolvimento de novas correlações de fechamento, que são essenciais para o projeto otimizado de poços de petróleo. Dados inéditos de escoamento bifásico óleo-gás são apresentados, bem como um estudo pioneiro em inversão de fase em escoamento trifásico com velocidade superficial de gás e viscosidade do óleo elevadas. / Two-phase flows as well as three-phase flow in annular geometry are present in many industrial applications, for example in oil directional wells. However, even global characteristics of gas-liquid flow in this geometry, such as flow patterns and pressure gradient are not fully understood. Moreover, information is scarce when it refers to three-phase flow in this geometry, which application is related to the phase inversion phenomenon, which is of extreme importance and not only for the oil industry. This experimental study aims to evaluate the liquid-gas flow, present new data from gas-liquid flow for three oil viscosities and evaluate the phase inversion phenomenon in vertical upward flow in large diameter annular duct. An experimental apparatus with 10.5 m length was designed and built for this work. The radial dimensions of the annular duct are similar to full scale, as observed in oil and gas wells. The investigation into gas-liquid flow was conducted using water, oil and compressed air as working fluids in an ascending vertical flow in two geometries: (i) a tube with 95 mm diameter and (ii) a concentric annular duct with hydraulic diameter equivalent to the tube internal diameter. The evaluation of the phase inversion phenomenon in three-phase flow was conducted under equivalent conditions for three geometries: (i) smaller vertical tube with 50 mm of internal diameter, (ii) tube with 95 mm of internal diameter and (iii) concentric annular duct with hydraulic diameter of 95 mm. Flow patterns, pressure drop and volumetric phase fraction were obtained for both gas-liquid and gas-liquid-liquid flows. The data collected in this study are of great importance for the development of new closing correlations, which are essential for the optimized design of oil wells. New two-phase flow data for three oil viscosities, not found in the literature, are presented as well as a pioneer study in three-phase-flow phase inversion with high oil viscosity and high superficial gas velocity.

O objetivo deste trabalho consiste na implementação de arquiteturas de sistema inteligentes em Processadores Digitais de Sinais (DSP) visando, sobretudo, o controle em tempo real de motores de indução trifásicos. Para tanto, propõe-se uma abordagem fuzzy para o controle de velocidade de motores de indução trifásicos baseado na metodologia de ajuste de tensão e freqüência (Volts/Hertz) proveniente de um inversor PWM, de modo que o fluxo no entreferro seja mantido constante. O enfoque principal consiste no desenvolvimento do sistema de controle em hardware considerando o estudo dinâmico do controlador frente às variações de conjugado de carga, cujo desempenho da metodologia proposta será avaliado mediante simulações computacionais e ensaios experimentais realizados em laboratório. / The objective of this work consists of the implementation of intelligent system architecture in Digital Signal Processor (DSP) aiming at the real-time three-phase induction motor control. Therefore, a fuzzy logic speed control drive system for three-phase induction motor is proposed, whereas the control methodology is based on voltage and frequency (Volts/Hertz) adjustment of a PWM inverter so that the airgap flux maintains constant. The main focus concerns about hardware development of the control system considering the controller dynamic response study in relation to load torque variations, from which the proposed methodology performance is evaluated by means of computational simulation and experimental results obtained in laboratory.

O presente trabalho visa o desenvolvimento de metodologias para a conexão de sistemas de Geração Distribuída (GD) em redes de distribuição utilizando conversores CC-CA como também, a produção de energia elétrica dentro dos padrões estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Para a produção de energia com índices de qualidade satisfatórios, duas situações vão ser consideradas: uma quando o sistema está conectado à rede e outra quando a rede está indisponível. Após a ocorrência do ilhamento, é necessária a mudança da variável a ser sintetizada pelo conversor CC-CA, ou seja, antes da contingência ocorrer a GD está sendo gerenciada no modo potência e/ou corrente e após passa a ser controlada no modo tensão. Além disso, espera-se que os resultados obtidos forneçam subsídios às concessionárias de energia elétrica e aos produtores e autoprodutores de energia para a conexão sistemas de geração distribuída em redes de distribuição como também, os procedimentos necessários a serem adotados por eles quando o sistema de distribuição estiver sob contingência (ilhamento). / This work proposes a set of analysis to connecting a distributed generation system to a distribution network using a three-phase power converter (DC-AC) as well as, the power generation produced by the DG (Distributed Generation) system must follow the national and international power quality standards. For producing energy with satisfactory power quality indexes, two situations will be considered: when the power converter operates connected to the grid, the power/current is used as control variable. However, if the power converter is operating in stand-alone mode (contingency or islanding mode) the control variable must be changed to voltage and the terminal voltage of the power converter must be controlled. Finally, the main concerning of the present study is to obtain results to the electrical energy companies and self-producers for connecting DG system to the grid as well as, the essential procedures that must be adopted by them when the distribution system is operating in contingency or islanding mode.

Heavy oil production has drawn more and more attention in petroleum industry. The amount of heavy oil in the world is twice more than the conventional oil (low viscosity), which has been consumed rapidly from the past. The understanding of flow patterns and pressure losses in multiphase flow with high viscosity oil are vital to assist the design of transportation pipeline. This thesis involves experimental investigation of two phase and three phase flows under high oil viscosity conditions (up to 17000cP) in horizontal pipelines. The multiphase (oil/water/solid/gas) facility was designed and constructed at Cranfield University and consists of 6m long horizontal pipeline of 0.026m diameter along with instrumentations. The principal objectives of the work were to study the effect of viscosity, water cut, temperature variance, and flow conditions on flow patterns and pressure drops for (oil/gas and oil/water) two phase flows; to compare the measured flow parameters and phase distribution with those predicted from models found in the literature for two phase flows; and to conduct an experimental study of gas injection effect on pressure gradient in (oil/water/gas) three phase flow. Due to the nature of heavy oil reservoirs, sand is associated with oil/water mixture when extracted; therefore sand concentration effect on pressure drop in (oil/water/sand) three phase flow is also examined. For oil-air flow, a smooth oil coating was observed in the film region of slug flow, while a ripple structure of oil coating film was found at higher superficial air velocity for slug flow regime and annular flow regime. The ripple structure was believed to increase the effective roughness of the pipe wall, which resulted in higher pressure gradients. The pressure drop correlations from Beggs and Brill (1973) and Dukler et al. (1964) were used to compare with experimental pressure gradients for oil/air flow. It was found that these correlations failed to predict the pressure gradients for heavy oil/air flows in this work. Several new heavy oil/water flow patterns were named and categorized based on observations. Though the heavy oil viscosity is an essential parameter for oil continuous phase flow on pressure drop, it had no significant effect beyond Water Assist Flow (WAF) condition, as a threshold was found for water cut with fixed superficial oil velocity. The transition criterion by McKibben et al. (2000b) for WAF was found to be able to predict this threshold reasonably well. Core Annular Flow (CAF) models were found to greatly under predict the pressure gradients mainly due to the coating (oil fouling) effect associated with this study. A new coating coefficient was introduced to models presented by Bannwart (2001) and Rodriguez et al (2009). The addition of solid in the mixed flow led to minor increase in the pressure gradient when the particles were moving with the flow. However, higher sand concentration in the system led to higher pressure gradient values. The addition of gaseous phase to the oil/water flow was more complex. The gaseous injection was beneficial toward reducing the pressure gradient when introduced in oil continuous phase only at very low water cuts.

As máquinas elétricas rotativas são hoje a principal forma de transformação da energia elétrica em mecânica motriz e os motores de indução trifásicos têm grande relevância dentro do setor produtivo. A garantia de um correto funcionamento torna-se vital para eficácia e competitividade da empresa dentro do setor fabril. Assim sendo, um correto diagnóstico e classificação de falhas de funcionamento dos motores em operação pode fornecer maior segurança no processo de tomada de decisão sobre a manutenção, aumentar a produtividade e eliminar os riscos e os danos aos processos como um todo. A proposição deste trabalho baseia-se na análise das correntes de estator no domínio da frequência com sinais injetados na máquina juntamente com a modulação de alimentação para o diagnóstico do motor sem defeitos, com falhas de curtocircuito nos enrolamentos do estator e com falhas de rotor. A proposta é validada numa ampla faixa de frequências de operação bem como de regimes de conjugado de carga. São analisados os desempenhos individuais de cinco técnicas de classificadores de padrões, sendo proposta a utilização de: i) Perceptron Multicamadas, ii) Máquina de Vetores de Suporte, iii) k-Vizinhos Próximos, iv) Árvore de Decisão C 4.5 e v) Naive Bayes. Complementarmente, é desenvolvido um comparativo dos métodos de classificação de padrões para avaliar a precisão de classificação frente aos diversos níveis de severidade das falhas. Resultados experimentais com motor de 1 cv são apresentados para validar a proposta. / Rotating electric machines are today the main form of transformation of electrical energy in motor mechanics and three-phase induction motors have great relevance within the productive sector. Thus a correct diagnosis and classification of failures of the engines in operation can provide security in the decision making process on maintenance, increase productivity and eliminate risks and damages to processes as a whole. The purpose of this paper is based on the analysis of the stator currents in the frequency domain with signals injected into the machine together with the power modulation for the diagnosis of motor faultless, stator winding short-circuit faults and rotor faults. Considering also, for validation of the proposal is validated on a broad range frequency of operation as well as load torque. We analyze the individual performances of five standard classifier techniques, proposing the use of: i) Multilayers Perceptron, ii) Support Vector Machine, iii) k-Nearest Neighbor, iv) C 4.5 Decision Tree and v) Naive Bayes. Complementarily, a comparison of the methods of classification of standards is developed to evaluate the accuracy of classification against the different levels of severity of the failures. Experimental results with 735.5 w and 1.471 w engines are presented to validate the proposal.