O objetivo do presente trabalho foi a avaliação das características operacionais de um reator UASB sem o dispositivo de coleta de gás (separador trifásico) e sem o anteparo retentor de escuma posicionado próximo à canaleta de coleta do efluente. A motivação para esta pesquisa foi o interesse manifestado pelas companhias de saneamento em aplicar esta simplificação, que poderá implicar em economia na implantação dos reatores e praticamente na eliminação da necessidade de remoção de escuma. Utilizou-se um reator UASB com tais simplificações com volume útil de 24,5 m3 e estabeleceu-se uma estratégia operacional com aumento gradual da vazão de alimentação, compondo quatro fases de operação, com tempos de retenção hidráulica respectivamente de 16, 12, 10 e 8 horas. As vazões foram mantidas constantes em cada fase, com exceção da última, em que se impôs dois picos de vazão ao longo dia. O reator manteve-se operando com eficiências médias de remoção de DQO total, respectivamente, de 65,9%, 60,3%, 48,7% e 15,0%. De modo geral, pode-se afirmar que o reator piloto não apresentou o desempenho esperado, em termos de remoção de matéria orgânica, para TDH de 8 horas. Quanto ao perfil de sólidos no manto de lodo, nas duas primeiras etapas (TDH de 16 e 12 horas), o teor de sólidos daquele foi elevado, mas reduziu-se drasticamente a partir da etapa com TDH de 10 horas. Na última etapa, o comportamento da manta de lodo foi pouco previsível, observando-se progressivo arraste de sólidos do reator. Em função da grande perda de sólidos, acredita-se que o artifício empregado possa ser utilizado com melhor desempenho com a implantação de um decantador a jusante do reator ou mediante a aplicação de um pós-tratamento que garanta a recuperação dos sólidos perdidos (por exemplo, lodos ativados). Outra alternativa é a própria substituição do UASB pelo decantador primário antes de um pós-tratamento aeróbio. / The objective of this study was to evaluate the operational characteristics of a UASB reactor without the gas collection device (three phase separator) and without the scum retainer screen positioned near the effluent collection channel. The motivation for this research was the interest shown by sanitation companies to apply this simplification, which can result in savings in the implementation of the reactors and practically in eliminating the need of scum removal. An UASB reactor was used with such simplifications with a volume of 24.5 m3 and an operational strategy was established with gradual increase of the feed flow, consisting of four operating phases, with hydraulic retention times, respectively, of 16, 12, 10 and 8 hours. The flows were kept constants at each operating phase, except the last, which was imposed two peak flows throughout the day. The reactor was kept operating with efficiency of COD removal, respectively, of 65.9%, 60.3%, 48.7% and 15,0%. Generally, the pilot reactor had not the expected performance in removal of organic matter, with hydraulic retention time of 8 hours. In the first two fases (HDT of 16 and 12 hours), solid\'s content in sludge blanket was high, but had reduced significantly from the second fase, with 10 hours of HDT. In the last fase, the sludge blanket behavior was bit predictable, with progressive drag of solids from reactor. Because of high solids loss, it is believed that the applied device can be used with better performance with the implantation of a settler after the reactor or a post-treatment that ensures the lost solids recovery (for example, activated sludge). Another alternative is the replacement of UASB by the primary clarifier before aerobic post-treatment.

A maioria dos poços de petróleo offshore explorados no Brasil utilizam a técnica de elevação artificial de petróleo conhecida como gas-lift. Mais importante, há previsão de uso intensivo dessa técnica nos poços do pré-sal, sob pressões extremas e condições operacionais ainda não compreendidas completamente. O efeito de injetar gás em um escoamento em tubo vertical é o decréscimo do componente gravitacional do gradiente de pressão total. Por outro lado, os óleos pesados (10 < ºAPI < 19) são viscosos e difíceis de escoar. Em certas ocasiões, este tipo de petróleo não é extraído pela falta de tecnologia viável ou pelo alto custo do processo de produção. Alguns estudos recentes indicam que, para óleos ultra viscosos, o cisalhamento viscoso (componente \"friccional\") seria significativo no computo do gradiente de pressão total. Percebe-se, portanto, que deve existir, para cada condição de escoamento específica, um grau API ou uma viscosidade limite do fluido, acima do qual a técnica gas-lift torna-se ineficiente, quando não inútil. Dessa forma, o estudo do uso da água como fluido coadjuvante para a elevação artificial torna-se válido para óleos viscosos e pode ser indicado para melhorar a produtividade e reduzir a potência requerida de bombeamento. Outra questão é a possibilidade do escoamento trifásico gás-óleo-água ser promissor na redução do gradiente de pressão total. Dessa forma, para a prospecção dessa problemática e a avaliação dessas questões foram realizados testes em laboratório, utilizando misturas de óleos de diversas viscosidades (100 cP, 220 cP e 325 cP), onde foram quantificados os ganhos oferecidos pela injeção de gás, no caso ar, e de água em termos de fatores de redução de gradiente de pressão e fatores de desempenho. Além disso, com o intuito de melhor compreender a fenomenologia de escoamentos trifásicos, foram realizadas análises quanto ao deslizamento entre as fases e a aplicabilidade do modelo de deslizamento. Por fim, através de uma modelagem, foi verificado o efeito do deslizamento entre as fases na queda de pressão total em tubulações de elevado comprimento. / Most of the offshore oil wells operated in Brazil use the artificial lifting technique known as gas-lift. More importantly, an intensive use of this technique in the pre-salt wells under extreme pressures and operating conditions not yet completely understood is planned. The effect of injecting gas into the flow in a vertical pipe is the decrease of the gravitational component of the total pressure gradient. On the other hand, the heavy oils (10 < ºAPI < 19) are viscous and difficult to flow. In some occasions, this type of oil is not extracted by the lack of viable technology or by the high cost of the production process. Some recent studies indicated that for ultra-viscous oils, viscous shear stress (\"frictional\" component) would be significant in the total pressure gradient. Therefore, there must be an API degree or a fluid viscosity limit for each specific flow condition above which the \"gas-lift\" technique becomes inefficient. Thus, the study of water used as method of artificial lift becomes valid for viscous oils and can be indicated to improve productivity and reduce the pumping power required. Another issue is that the gas-oil-water three-phase flow can be advantageous in reducing the overall pressure gradient. Thus, for prospecting of this problems and the evaluation of these issues, tests were performed in laboratory using mixtures of oils with different viscosities (100 cP, 220 cP e 325 cP), at which the gains offered by gas (air) and water injection were quantified by pressure gradient reduction factors and performance factors. Furthermore, in order to better understand the phenomenology of three phase flows, analyzes were performed about the slip between the phases and the applicability of the drift flux model. Finally, the effect of slippage between the phases in the total pressure drop in long pipes was checked through modeling.

O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de controladores robustos baseados no princípio do modelo interno, em referenciais síncrono e estacionário, para aplicação ao estágio de saída de uma fonte ininterrupta de energia (UPS) a fim de minimizar a distorção na tensão de saída causada pela conexão de cargas não lineares balanceadas e desbalanceadas. A formulação em referencial estacionário (abc) é realizada através da aplicação de controladores com múltiplos modos ressonantes, a fim de se estabelecer erro nulo ao seguimento de referência senoidal e rejeição de distúrbios na tensão de saída devido às correntes com elevado conteúdo harmônico drenadas pelas cargas. Além disso, o controle é formulado em referencial síncrono (dq0) utilizando controladores Proporcional-Integral (PI) convencionais muito difundidos na maioria das aplicações comerciais de UPS. O projeto de ambos controladores é realizado utilizando uma metodologia de controle robusto com realimentação de estados, onde os parâmetros dos controladores são determinados através da resolução de um problema de otimização convexa sujeito a um conjunto de restrições na forma de desigualdades matriciais lineares (LMI). Uma análise comparativa de desempenho é realizada entre controladores com um modo ressonante (sintonizado na fundamental) e o PI em dq0, pois apresentam estruturas funcionalmente equivalentes sob a ótica do princípio do modelo interno aplicada a seus respectivos referenciais. Além do mais, demonstra-se a melhoria no desempenho com o uso dos controladores múltiplo ressonantes em referencial estacionário onde escolhe-se as frequências de ressonância de cada modo de maneira a suprimir os efeitos de harmônicas específicas na tensão de saída da UPS. A análise comparativa entre os controladores propostos é realizada através de simulações numéricas, utilizando os procedimentos de ensaio dinâmico e estático e as exigências estabelecidas pela norma internacional IEC 62040-3. / The main objective of this work is the development of robust controllers based on the internalmodel principle, in synchronous and stationary frames, applied to the output stage of an uninterruptible power supply (UPS), in order to minimize the output voltage distortion caused by the connection of balanced and unbalanced nonlinear loads. The formulation in stationary abc-frame is accomplished through the aplication of a multiple resonant controller, so that, it is possible to achieve zero-error tracking of the sinusoidal reference and disturbances rejection on the output voltage due to the high amount of harmonic currents drained by the loads. Moreover, a controller in synchronous reference frame (dq0 axis) is formulated through the application of conventional Proportional-Integral (PI) controllers which are widely used in comercial UPS applications. The design of both controllers is formulated using a state-feedback robust controlmethod, in which the controller parameters are determined by solving a convex optimization problem subject to a set of LMI constraints. A comparative analysis on the performance of the single-mode resonant controller (tuned at the fundamental frequency) and the PI controller is performed, because these controllers are functionally equivalent in the sense of the internal model principle applied to their respective frames. Furthermore, the improvement in performance is demostrated with the use of multiple resonant controllers in stationary abc-frame where the resonance frequencies are chosen to suppress the effects of a specific harmonic in the UPS output voltage. The comparative analysis of the proposed controllers is performed through numerical simulations, making use of the dynamical and steady-state test methods and performance requirements defined by the IEC 62040-3 international stardard.

Submitted by FERNANDO RIBEIRO FILADELFO null (frfiladelfo@yahoo.com.br) on 2017-02-06T19:39:20Z No. of bitstreams: 1 FILADELFO F R - Tese Doutorado - FEG - UNESP.pdf: 2806067 bytes, checksum: 24caf6543f9f724de7248956a15f5279 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-09T19:05:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 filadelfo_fr_dr_guara.pdf: 2806067 bytes, checksum: 24caf6543f9f724de7248956a15f5279 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-09T19:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 filadelfo_fr_dr_guara.pdf: 2806067 bytes, checksum: 24caf6543f9f724de7248956a15f5279 (MD5) Previous issue date: 2016-12-07 / Veículos elétricos são considerados a melhor alternativa aos veículos com motores de combustão interna, apresentando vantagens bastante significativas, tais como: emissão zero de poluentes, alta eficiência dos motores elétricos e baixa emissão de ruído acústico. O sistema de propulsão de um veículo elétrico consiste basicamente de uma ou mais fontes de energia, um ou mais motores, conversores de potência, componentes eletrônicos, componentes mecânicos para transmissão de torque e velocidade e rodas com pneus. Neste trabalho é proposta a modelagem de um sistema de propulsão para um veículo elétrico, que inclui o modelo dinâmico veicular para movimento longitudinal, o modelo dinâmico do motor elétrico, o modelo do conversor utilizado para acionamento do motor e o modelo do sistema de controle. Devido às características bastante adequadas para aplicação em sistemas de propulsão automotiva, o motor de indução trifásico é o selecionado para estudo. A estratégia de controle para acionamento do motor, foco deste trabalho, é o Controle Vetorial Direto Orientado pelo Fluxo do Estator, que garante alto desempenho, rápida resposta dinâmica e apresenta insensibilidade à variação de parâmetros do motor durante sua operação. São desenvolvidas novas técnicas para a reconstrução dos sinais das tensões do estator a partir de sinais de controle PWM do conversor e da tensão DC que alimenta o inversor e estimativa da amplitude e posição angular do vetor espacial do fluxo do estator, primordial para a estratégia de controle adotada. A modelagem é toda desenvolvida utilizando o software PSIM e os resultados de simulação são apresentados. / Electric vehicles are the best alternative to internal combustion engines vehicles, presenting significant advantages such as: zero emission of pollutants, high efficiency of electric motors and low noise emission. Basically, an electric vehicle propulsion system consists of one or more energy sources, one or more engines, power converters, electronic components, mechanical components for torque and speed transmission, and wheels with tires. This work proposes the modeling of a propulsion system for an electric vehicle, which includes the dynamic vehicle model for longitudinal movement, the dynamic model of the electric motor, the model of the converter used as motor driver and the model of the control system. Due to very suitable characteristics for application in automotive propulsion systems, three-phase induction motor is chosen for this study. Focus of this work, Direct Stator-Flux-Oriented Vector Control is the control strategy for the motor drive, which guarantees high performance, fast dynamic response and insensitivity due motor parameters variation during its operation. New techniques are developed for the reconstruction of the stator voltages signals from the PWM control signals of the converter and the DC voltage that feeds the inverter and the estimation of the amplitude and angular position of the spatial vector of the stator flux, primordial for the adopted control strategy. Modeling is developed using PSIM software and simulation results are presented.

Neste trabalho é apresentado um estudo sobre o controle de velocidade sensorless aplicado ao Motor de Indução Trifásico (MIT) visando sobretudo, melhorar o desempenho da máquina de indução em aplicações na região de baixa frequência de operação. Para tanto, propõe-se uma abordagem utilizando a técnica de controle Direct Torque Control (DTC) com Space Vector Modulation (SVM) em conjunto com o Observador de Fluxo com Modelo de Tensão e Corrente (OFMTC), o que possibilita a estimação precisa da posição do vetor de fluxo do estator em baixa velocidade. Para a estimativa da velocidade do rotor é utilizado a estratégia Model Reference Adaptive System (MRAS) com mecanismo de adaptação fuzzy, a fim de se diminuir a sensibilidade aos parâmetros da máquina. O desempenho da estratégia de controle de velocidade sensorless proposta é testada em simulações com diferentes condições de operação buscando reproduzir alguns dos problemas encontrados em aplicações práticas, utilizando o software Matlab. Os resultados obtidos foram condizentes com resultados encontrados na literatura, comprovando o bom desempenho do sistema de controle de velocidade proposto. / This work deals with the sensorless speed control for Three-phase Induction Motor in order to improve its operation at low speed and low frequency. At first, a Direct Torque Control employing Space Vector Pulse with Modulation (SVPWM) based on Flux Observer (voltage and current model) is studied and evaluated due to its high accuracy of estimating the stator-flux at low speed. The Model Adaptive Reference (MRAS) with Fuzzy Controler is chosen in order to estimate the rotor speed. This choice is based on its capability of high performance during Three-phase Induction Motor operation even if the machines parameters and the load change during the operation. At last, some simulations with diferent operational conditions at low speed are carried out in order to test the sensorless control. The results show a good perfomance and agreed with the results shown in recent papers.

Esta tese consiste em desenvolver um sistema de identificação e classificação de falhas em motores de indução trifásico. As falhas analisadas foram simuladas em laboratório e envolvem problemas elétricos, como curto-circuito no estator, e problemas mecânicos, como barras quebradas no rotor. O sistema computacional proposto é formado pela transformada discreta wavelet, pelo cálculo de variáveis estatísticas e por redes neurais artificiais. A partir dos sinais elétricos da corrente do estator, a transformada wavelet produz os coeficientes característicos das falhas, os quais são usados no cálculo das variáveis estatísticas, como a média, root mean square, skewness e kurtosis. Estes valores são transmitidos como dados de entrada para as redes neurais que identificam as falhas e classificam a natureza das mesmas. Por fim, resultados obtidos visam validar a metodologia sugerida, que buscou nos sistemas inteligentes soluções eficazes para diagnosticar falhas em máquinas elétricas. / This thesis consists in developing a system for the identification and classification of faults in three-phase electric motors. The faults were analyzed and simulated in the laboratory and involve electrical problems, such as short circuit in the stator, and mechanical problems, such as broken rotor bars. The proposed computer system is formed by discrete wavelet transform, by calculation of statistical variables and for artificial neural networks. From the electrical signals of the stator current, the wavelet transform produces characteristic coefficients of faults, which are extracted by calculating of statistics variables, such as mean, root mean square, skewness and kurtosis. These values are passed as input to the neural networks that identify faults and the severity of it. Finally, results aimed at validating the methodology suggested that sought effective solutions in intelligent systems to diagnose faults in electrical machines.

O uso da tecnologia sensorless é uma tendência crescente para acionamentos industriais aplicados em máquinas elétricas. A estimação dos parâmetros elétricos e mecânicos envolvidos com o controle da máquina elétrica são utilizados freqüentemente para se evitar medir todas as variáveis envolvidas no processo. A redução de custos em acionamentos industriais, além do incremento da robustez do sistema, são algumas das vantagens do uso de técnicas sensorless. Este trabalho propõe o uso de lógica fuzzy para estimar a velocidade de rotação de motores de indução trifásicos. Estão presentes resultados de simulações computacionais e comparação com outras técnicas inteligentes para validação da abordagem apresentada. / The use of sensorless technologies is an increasing tendency on industrial drives for electrical machines. The estimation of electrical and mechanical parameters involved with the electric machine control is used very frequently in order to avoid measurement of all variables from this process. The cost reduction may also be considered in industrial drives, besides the increasing robustness of the system, as advantages of the use of sensorless technologies. This work proposes the use of fuzzy logic to estimate the speed in three-phase induction motors. Simulation results are presented to validate the proposed approach and comparative analyses with other intelligent techniques are also outlined.

O objetivo desta tese consiste na implementação de sistemas inteligentes para monitoramento e diagnósticos de falhas ocorrentes em motores de indução trifásicos. Para tanto, desenvolveu-se uma bancada de experimentos que visa ensaios de falhas relacionados a curto-circuito entre as bobinas do enrolamento de estator, quebras nas barras da gaiola de esquilo do rotor e, finalmente, rolamentos defeituosos. Mais especificamente, o enfoque principal consiste na proposição de uma abordagem neural de detecção de quebras nas barras de rotores de motores de indução trifásicos mediante a análise do espectro de frequência e aplicação de técnicas de análise das componentes principais. Considerou-se o acionamento do motor de indução tanto pela tensão de alimentação da rede quanto por inversor trifásico em diferentes frequências, operando sob diversas condições de torque de carga para a avaliação da metodologia. / The objective of this thesis consists of the implementation of intelligent systems for three-phase induction motors fault diagnosis and condition monitoring. Therefore, an experimental test stand for stator winding inter-turn short circuit faults, broken rotor bar in squirrel cage and, finally, defective wheel bearing has been designed. The main focus is to propose a neural network approach, which uses spectral frequency analysis and principal component analysis techniques to detect broken rotor bar in squirrel cage induction motor. Induction motor operating at different load torque conditions and supplied with sinusoidal voltage supply and three-phase inverter at different frequency was considered in the experiment for methodology evaluation.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo - Eduardo Cavalca.pdf: 79555 bytes, checksum: 90f9b6daaa60256b513924a9a0d2ecdd (MD5) Previous issue date: 2013-07-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Model-based predictive control (MPC) approaches has been studied in a wide range of areas, as petrochemical and aerospace, mainly due to its capability of easily deal with physical and operational constraints. Moreover, such approaches can be extended for the application in control loops with nonlinear and time-variant systems. At this context, the objective of this work is to study some MPC techniques in order to evaluate their applicability to control a three-phase induction motor. More specifically, it was analyzed a Dynamic Matrix Control (DMC) approach, as well as two MPC techniques that uses state space modeling. The control algorithms in question and the nonlinear mathematical model of the motor in study were programmed using the free computing environment Scilab-Xcos®. The models of the threephase motor used in the MPC were obtained by a system identification method (based on the step response of the classical non-linear motor model) and by a phenomenological three-phase modeling approach. Multiple simulations have been performed considering variations in load and speed reference. Besides, some discussions are made related to the influence of the control parameters and about the computational cost. Finally, the results showed that the use of MPC techniques in induction machines has great potential. / Abordagens de controle preditivo baseado em modelo (MPC, do inglês model-based predictive control) têm sido estudadas em diversas áreas, como petroquímica e aeroespacial, principalmente devido à capacidade que apresentam em tratar restrições físicas e operacionais de forma simples. Além disso, tais abordagens podem ser estendidas para aplicação em malhas de controle de sistema não lineares e variantes no tempo. Nesse contexto o objetivo desse trabalho é estudar algumas técnicas de MPC a fim de avaliar sua aplicabilidade no controle de um motor de indução trifásico. Mais especificamente, é analisada a técnica DMC (do inglês Dynamic Matrix Control) bem como duas técnicas de MPC que utilizam modelos no espaço de estados. Os algoritmos de controle em questão e o modelo matemático não linear do motor estudado foram programados utilizando o Scilab-Xcos®, um ambiente de processamento de código livre. Os modelos do motor de indução trifásico utilizados no MPC foram obtidos por meio de um método de identificação de sistemas (baseado na resposta ao degrau do modelo clássico não linear do motor) e por uma abordagem de modelagem fenomenológica trifásica. Múltiplas simulações foram realizadas, considerando variações de carga e referência de velocidade, sendo então apresentadas algumas discussões sobre a influência dos parâmetros de controle e custo computacional. Finalmente, os resultados obtidos demonstraram que a aplicação de técnicas MPC em máquinas de indução apresenta um grande potencial.

O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de controladores robustos baseados no princípio do modelo interno, em referenciais síncrono e estacionário, para aplicação ao estágio de saída de uma fonte ininterrupta de energia (UPS) a fim de minimizar a distorção na tensão de saída causada pela conexão de cargas não lineares balanceadas e desbalanceadas. A formulação em referencial estacionário (abc) é realizada através da aplicação de controladores com múltiplos modos ressonantes, a fim de se estabelecer erro nulo ao seguimento de referência senoidal e rejeição de distúrbios na tensão de saída devido às correntes com elevado conteúdo harmônico drenadas pelas cargas. Além disso, o controle é formulado em referencial síncrono (dq0) utilizando controladores Proporcional-Integral (PI) convencionais muito difundidos na maioria das aplicações comerciais de UPS. O projeto de ambos controladores é realizado utilizando uma metodologia de controle robusto com realimentação de estados, onde os parâmetros dos controladores são determinados através da resolução de um problema de otimização convexa sujeito a um conjunto de restrições na forma de desigualdades matriciais lineares (LMI). Uma análise comparativa de desempenho é realizada entre controladores com um modo ressonante (sintonizado na fundamental) e o PI em dq0, pois apresentam estruturas funcionalmente equivalentes sob a ótica do princípio do modelo interno aplicada a seus respectivos referenciais. Além do mais, demonstra-se a melhoria no desempenho com o uso dos controladores múltiplo ressonantes em referencial estacionário onde escolhe-se as frequências de ressonância de cada modo de maneira a suprimir os efeitos de harmônicas específicas na tensão de saída da UPS. A análise comparativa entre os controladores propostos é realizada através de simulações numéricas, utilizando os procedimentos de ensaio dinâmico e estático e as exigências estabelecidas pela norma internacional IEC 62040-3. / The main objective of this work is the development of robust controllers based on the internalmodel principle, in synchronous and stationary frames, applied to the output stage of an uninterruptible power supply (UPS), in order to minimize the output voltage distortion caused by the connection of balanced and unbalanced nonlinear loads. The formulation in stationary abc-frame is accomplished through the aplication of a multiple resonant controller, so that, it is possible to achieve zero-error tracking of the sinusoidal reference and disturbances rejection on the output voltage due to the high amount of harmonic currents drained by the loads. Moreover, a controller in synchronous reference frame (dq0 axis) is formulated through the application of conventional Proportional-Integral (PI) controllers which are widely used in comercial UPS applications. The design of both controllers is formulated using a state-feedback robust controlmethod, in which the controller parameters are determined by solving a convex optimization problem subject to a set of LMI constraints. A comparative analysis on the performance of the single-mode resonant controller (tuned at the fundamental frequency) and the PI controller is performed, because these controllers are functionally equivalent in the sense of the internal model principle applied to their respective frames. Furthermore, the improvement in performance is demostrated with the use of multiple resonant controllers in stationary abc-frame where the resonance frequencies are chosen to suppress the effects of a specific harmonic in the UPS output voltage. The comparative analysis of the proposed controllers is performed through numerical simulations, making use of the dynamical and steady-state test methods and performance requirements defined by the IEC 62040-3 international stardard.