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Disertaciones |
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MARCEL TAVARES COELHO
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Ferramenta para tomada de decisão de uso de estruturas fixas ou seguidores solares em usinas fotovoltaicas com base no método multicritério TOPSIS
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Líder : PAULO HENRIQUE DE MELLO SANT ANA
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Data: 05-feb-2020
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Resumen Espectáculo
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A crescente demanda por energia elétrica alinhada com as rigorosas normas e leis de proteção ambiental tem incentivado os governos e os investidores mundiais a buscarem alternativas de fontes renováveis para produção de energia. Apesar de incentivos governamentais, através das Resoluções Normativas 482/2012 e 687/2015 que regulamenta a microgeração e minigeração distribuída e a realizações de leilões federais, o uso do sol como fonte de energia elétrica ainda representa menos de 2% da matriz de energia produzida. Assim, podemos perceber facilmente que o potencial da fonte solar no Brasil é imenso, no qual para absorver esta energia utilizam-se painéis solares fotovoltaicos em instalações, com rendimento em torno de 15% a 24% nas tecnologias de fabricação hoje empregadas. Para obter melhor rendimento e para otimizar a produção no decorrer do dia em todas as estações do ano, uma técnica empregada é o posicionamento dos painéis fotovoltaicos de forma fixa conforme o melhor ângulo da região, sempre buscando seu norte real geográfico. Outra forma de instalação é uso de seguidores solares, através de equipamentos elétrico e mecânicos, movimentando o painel solar fotovoltaico durante o dia, conforme a sua melhor radiação, desde a nascente até o poente do sol. Desta forma, o trabalho através de uma análise técnica comercial e estudo de campo, determina um modelo de resposta financeiro econômica, baseando em dados estocásticos e coleta de dados em instalações reais fotovoltaicas, em sistemas com estrutura fixa e com uso de seguidores ativos, obtendo como resposta matemática, quando instalar ou investir em estruturas fixas ou com seguidores, mostrando a efetividade e viabilidade financeira pelo seu “payback” versus seu tamanho físico, investimento e sua forma de construção, obtendo como produto do estudo sua produção em KWh na melhor relação custo-benefício.
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MICHELE CARLIS SOTERO
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Determinação do Potencial Bioquímico de Metano em Resíduos Sólidos Urbanos da Companhia Regional de Abstecimento Integrado de Santo André
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Líder : GILBERTO MARTINS
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Data: 05-feb-2020
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Resumen Espectáculo
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As quantidades de resíduos orgânicos produzidos pelas centrais de abastecimento, feiras livres e até pelas redes de supermercados correspondem a uma parcela bastante significativa do total de resíduos gerados. Sua recuperação energética através da digesão anaeróbia pode ser uma alternativa interessante de redução da quantidade de resíduos a serem encaminhados para os aterros sanitários, aumentando a vida útil dos mesmos. Este estudo tem como objetivo determinar o potencial bioquímico de metano (PBM) teórico e experimental e a degradabilidade anaeróbia dos resíduos sólidos urbanos (RSU) gerados na Companhia Regional de Abastecimento Integrado de Santo André (CRAISA) por meio de ensaios em reatores anaeróbios em batelada, bem como avaliar a fração da amostra recalcitrante ao processo de digestão anaeróbia. As análises foram desenvolvidas no Laboratório de Processos de Produção de Biogás da UFABC, localizado no campus de São Bernardo do Campo (Bloco Ômega - L008) e no Laboratório de Análise e Transformação Energética de Combustíveis, no campus de Santo André (Bloco L - 503), exceto a análise elementar que foi realizada no Centro Analítico de Instrumentação do Instituto de Química da Universidade de São Paulo. A parte experimental consistiu na caracterização das amostras de matéria orgânica, através da determinação da composição elementar, centesimal e análise lignocelulósica; e determinação do potencial de geração bioquímico do gás metano. Todas as análises foram realizadas em sistema de triplicata, exceto a análise elementar, que foi em duplicata. A análise elementar apresentou um teor médio de 38,97±1,01% para C; 5,88±0,08% para H; 1,65±0,07% para N e 32,02±0,58% para O. A análise centesimal apresentou um teor médio de 3,55±0,22% para lipídio; 4,92±0,25% para proteína; 42,01±2,06% para fibra bruta e 42,33±2,26% para carboidrato não estrutural. A análise lignocelulósica apresentou um percentual médio, calculado a partir da composição centesimal (teor de fibra bruta) de 27,78±1,74% para o teor de celulose; 9,52±1,08% para o teor de hemicelulose e 4,71±0,95% para o teor de lignina. O PBM teórico médio estimado a partir da composição elementar foi de 515,4 ± 13,4 mL CH4/ g de SV e o PBM teórico médio estimado a partir da composição centesimal foi de 233,9 ± 8,8 mL CH4/ g de SV. A determinação experimental do PBM foi realizada através de um equipamento que monitora em tempo real a geração de metano (Automatic Methane Potential Test System - AMPTS II). Esta determinação experimental foi subdividida em 2 etapas: na primeira foram analisadas três amostras da CRAISA coletadas em datas diferentes e na segunda foi analisada uma mistura composta contendo as 3 amostras utilizadas no experimento 1. Os reatores permaneceram em operação por 41 dias. Ao término do período de monitoramento foi registrada uma produção acumulada média de metano para o experimento 1 de 197,7 ± 48,8 Nml/g de SV e para o experimento 2 de 180,4 ± 9,9 Nml/g de SV. A amostra que apresentou a maior redução do substrato foi a Craisa mistura, com uma redução do teor de sólidos voláteis de 54,71%. Os resultados obtidos demonstram que os resíduos orgânicos avaliados possuem uma elevada concentração de matéria biodegradável passíveis de tratamento pelo sistema de digestão anaeróbia, resultando em um elevado potencial de metanização, constituindo-se em uma alternativa interessante, viável e eficiente para o tratamento de resíduos orgânicos provenientes de centrais de abastecimento.
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THADEU CARNEIRO DA SILVA
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Proposta de planejamento de manutenção de Aerogeradores, com base nas condições ambientais locais
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Líder : JULIO CARLOS TEIXEIRA
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Data: 18-feb-2020
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Resumen Espectáculo
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A conversão de energia eólica é uma das muitas soluções encontradas para diminuir a dependência em relação aos combustíveis fósseis e vem se mostrando cada vez mais eficiente e presente ao longo dos anos. Diversos tipos de turbinas eólicas surgiram e a tendência é pelo surgimento de mais tecnologias envolvendo esse tipo de equipamento. Quando do desenvolvimento de projetos, primeiramente são desenvolvidos protótipos, que são utilizados para sua certificação pelos órgãos competentes. Depois, estes projetos são apresentados aos mercados-alvo, buscando aumentar a competitividade da marca. No Brasil, a fabricação dos Aerogeradores precisa atender exigências de conteúdo local e condições ambientais locais, por meio da “Tropicalização” dos projetos. Como o processo de “Tropicalização” não leva em consideração as condições ambientais locais regionalizadas (por exemplo, as diferenças entre as Regiões NE e S), a parametrização de equipamentos e sistemas tende a ser a mesma, independentemente do local de instalação dos Aerogeradores, assim como o planejamento de manutenção. Ao se considerar as características locais de instalação, como, por exemplo, as características do vento local, poder-se-á determinar o planejamento mais adequado de intervenção de equipamentos, aumentando-se assim a confiabilidade operacional, o desempenho do Aerogeradores e, por consequência, o aumento dos ganhos financeiros ao Empreendedor, além da diminuição da taxa de falhas dos equipamentos. Este trabalho aborda a análise do desempenho, falha e confiabilidade em Aerogeradores. A partir dessa análise, é proposta uma nova metodologia de planejamento de manutenção de equipamentos, baseada nas condições onde os Aerogeradores estão instalados A metodologia proposta é baseada no uso de Pareto para identificar as duas falhas mais comuns e na proposta de ajuste dos sistemas para reduzir o número de paradas e do plano de manutenção. Os resultados indicam um ganho de disponibilidade global no Complexo Eólico de mais de 5%.
A aplicação da nova metodologia se deu no Complexo Eólico Corredor do Senandes, que tem 40 Aerogeradores, cada um com capacidade de 2,7 MW. Este parque eólico está localizado em Rio Grande – RS, na Região Sul do Brasil.
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DANIEL ORLANDO GARZÓN MEDINA
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Um Modelo Baseado em Redes Neurais Artificiais para a Previsão do Consumo Elétrico Residencial
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Líder : THALES SOUSA
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Data: 22-may-2020
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Resumen Espectáculo
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A previsão da demanda de energia elétrica é uma ferramenta fundamental na tomada de decisões operativas e estratégicas nas empresas de energia, cuja falta de precisão pode gerar altos custos econômicos. Nesse sentido, a previsão da demanda no curto e longo prazo permite que os operadores de rede possam tomar decisões de despacho de potência, de programas de manutenção, de análises da confiabilidade e segurança da operação. Para tanto, o presente trabalho propôs o emprego das Redes Neurais Artificiais (RNAs) multimodelo para a projeção da demanda, levando em consideração que esta é a base para um adequado planejamento das redes de distribuição de energia elétrica. Os modelos apresentados para a previsão se basearam em variáveis socioeconômicas e climatológicas obtidas a partir das fontes de dados oficiais do governo colombiano tais como crescimento populacional, produto interno bruto, consumo elétrico residencial e temperatura. As RNAs foram desenvolvidas no software MATLAB®, treinadas com base nos dados históricos mencionados e os resultados finais foram comparados com os dados oficiais fornecidos pela Unidad de Planeación Minero Energética (UPME). Dessa forma, além de estimar o grau de precisão das previsões empregadas, buscou-se alcançar um elevado grau de acerto nas decisões, levando em consideração que o aumento dos usuários residenciais e a carga são tópicos importantes para as empresas fornecedoras de energia da Colômbia para a próxima década.
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MARJHORRE LAYLAKAR LEYVOSYER ZINATTO MALFATTI
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MERCADO POTENCIAL DE SERVIÇOS ANCILARES DE POTÊNCIA REATIVA PROVIDOS PELAS USINAS DE AÇÚCAR E ÁLCOOL
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Líder : JOEL DAVID MELO TRUJILLO
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Data: 14-ago-2020
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Resumen Espectáculo
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A participação das usinas sucroalcooleiras na matriz de energia elétrica tem crescido nos últimos anos no Brasil, motivada pelo incentivo a novas fontes renováveis. Em alguns casos, dependendo da viabilidade econômica, usinas podem instalar geradores síncronos para suprir sua demanda elétrica e injetar potência na rede elétrica. Embora, a atual remuneração no Brasil dos serviços ancilares de fornecimento de potência reativa não seja atrativa para a maioria de usinas de pequeno porte, em um cenário de remuneração adequada, a potência reativa injetada poderia aumentar a confiabilidade e a segurança do sistema elétrico. Com o objetivo de auxiliar na análise do potencial de mercado de serviços ancilares de potência reativa, neste trabalho propõe-se uma metodologia que identifique as usinas sucroalcooleiras de pequeno porte próximas das demais instalações de transmissão que podem formar parte destes serviços no caso de receber um valor adequado de remuneração pela potência reativa injetada. A metodologia proposta está composta por dois módulos. O primeiro utiliza uma regressão espacial para ponderar o valor de potência reativa disponível pelas usinas e que pode ser injetada nas demais instalações de transmissão. Já o segundo envolve um algoritmo de enxame de partículas para minimizar as despesas com a fatura de energia elétrica das usinas que optem por participar no mercado de serviços ancilares de potência reativa. A metodologia permite calcular a quantidade de reativos disponíveis e sua taxa de remuneração que o órgão regulador deveria oferecer a cada usina. Um estudo de caso foi realizado no estado de São Paulo, a fim de encontrar os valores de remuneração para as usinas do ambiente de contratação regulada que estão mais próximas das subestações de 138 kV. O resultado da metodologia é uma camada de informação geográfica que mostra a localização das usinas mais próximas de subestações de 138 kV, e uma tabela de atributos que mostre os valores de remuneração para cada usina. Esta classe de resultados pode ajudar no planejamento futuro, na definição de uma estrutura diferenciada de remuneração por barra do sistema de transmissão pela injeção de potência reativa, e na análise do mercado potencial de serviços ancilares de potência reativa providos pelas usinas de açúcar e álcool.
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URI STIUBIENER
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Modelo hidro solar - geração fotovoltaica sobre as superfícies alagadas das hidrelétricas no Brasil
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Líder : FEDERICO BERNARDINO MORANTE TRIGOSO
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Data: 28-ago-2020
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Resumen Espectáculo
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O aumento combinado da demanda de energia e a quantidade de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera forçam a geração de energia a percorrer um caminho sustentável. A conversão fotovoltaica (FV) é uma das tecnologias emergentes que apontam como uma fonte potencial de energia para os próximos anos. O objetivo deste estudo é propor um modelo hidro solar sustentável para substituir o atual modelo de produção de energia no Brasil. A revisão de usinas fotovoltaicas utuantes apontou uma participação muito pequena dessa tecnologia, apesar da condição geofísica do país excepcional. A grande extensão de terra ocupada por módulos fotovoltaicos para gerar quantidades signicativas de energia sugere o uso de superfícies de águas abertas para a instalação de grandes usinas fotovoltaicas. A quantidade expressiva de áreas inundadas pelos reservatórios de Usina Hidreletricas (UHE) foi avaliada para identicar o potencial para a implementação de Usinas Fotovoltaicas Flutuantes (USFF) próximas as barragens das UHE. Como resultado deste estudo, foi identicado que, usando menos de 10% de sua superfície, os reservatórios de UHE no Brasil podem acomodar USFF, suprindo a demanda de eletricidade com energia solar durante as horas de pico de irradiação, enquanto UHE equilibram redes com energia hidrelétrica durante horas de baixa/nenhuma irradiação, melhorando a flexibilidade operacional do Sistema Elétrico Brasileiro (SEB). Este modelo pode disponibilizar para o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) 200 TWh adicionais anualmente. Esta energia tem um valor atual de 25 bilhðes de Reais por ano.
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GUNTHER DAMACENO BARBOSA
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DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE CARACTERIZAÇÃO DE TURBINAS EÓLICAS DE EIXO VERTICAL COM O USO DO FREIO DE FOUCAULT
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Líder : JULIO CARLOS TEIXEIRA
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Data: 01-sep-2020
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Resumen Espectáculo
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O desenvolvimento de turbinas eólicas verticais necessita de um aparato experimental adequado. Este trabalho de mestrado propõe a modelagem, o desenvolvimento e os testes de um sistema de caracterização de turbinas eólicas de eixo vertical com o uso de freio por correntes parasitas (Freio de Foucault), que será utilizado para controlar a rotação e dessa forma, para caracterizar o torque produzido por uma microturbina (menor que 6 mNm). Para tanto, a turbina tipo Savonius foi confeccionada em impressora 3D, com suas dimensões previamente projetadas para uma seção de testes (canal aerodinâmico) de pequena escala. O freio de Foucault estudado foi baseado no uso de ímã permanente para produzir o campo magnético em função da distância no disco de alumínio, sendo o disco conectado ao eixo da microturbina. Um modelo para projetar o dispositivo é desenvolvido e testado. Os resultados preliminares mostram que é possível usar o dispositivo para testar pequenas turbinas eólicas. A Metodologia utilizada para obter o torque experimental do freio de Foucault, mostrou que é possível realizar experimentos na área da energia eólica com escala reduzida e baixo custo.
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ALEXANDRE DE FREITAS MONTEIRO
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COMPENSAÇÃO DE DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO POR GERADOR DE INDUÇÃO DUPLAMENTE ALIMENTADO EM MICRORREDES OPERANDO DE FORMA ILHADA
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Líder : AHDA PIONKOSKI GRILO PAVANI
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Data: 03-sep-2020
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Resumen Espectáculo
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Microrrede de distribuição de energia elétrica é um conceito relativamente novo e tem atraído a atenção de pesquisadores, empresas e até setores do governo. A vantagem de possuir uma rede própria, que possa operar com ou sem o suporte de uma rede de distribuição mais robusta, e dar mais espaço para utilização de conceitos de smart grids; incentivar o uso de fontes energéticas renováveis distribuídas e; principalmente, buscar mais independência financeira da concessionária. No entanto, em condições de ilhamento, os geradores e sistemas de armazenamento de energia devem continuar dando suporte de tensão e frequência para a microrrede, a fim de garantir que os requisitos mínimos de qualidade de energia sejam devidamente respeitados. Neste modo de operação, a rede está susceptível a elevados valores de desequilíbrio, uma vez que opera com baixo nível de curto-circuito. Neste contexto, o controle da geração distribuída conectada via conversores pode ser utilizado para compensar parcial ou totalmente os desequilíbrios da microrrede. Este trabalho tem como objetivo propor uma metodologia de compensação de desequilíbrios em microrredes operando no modo ilhado utilizando os conversores de potência de uma turbina eólica, empregando gerador de indução duplamente alimentado. A validação da metodologia de compensação é realizada por simulações computacionais, utilizando o software Simulink do MatLab e uma microrrede bechmark.
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JULIANA PIRES CORTICEIRO GOMES
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POBREZA ENERGÉTICA: Métodos para implantação de geradores fotovoltaicos em comunidades urbanas de baixa renda – Estudo de caso da favela de Paraisópolis – São Paulo, Brasil
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Líder : FEDERICO BERNARDINO MORANTE TRIGOSO
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Data: 24-nov-2020
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Resumen Espectáculo
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A pobreza energética está diretamente ligada à qualidade de vida das pessoas e mostra-se mais evidente em comunidades urbanas de baixa renda, as favelas. O uso da tecnologia solar fotovoltaica está em ampla ascensão mundial e tem alto potencial de implantação no território brasileiro. A instalação de geradores fotovoltaicos produz energia limpa e de baixo custo trazendo mais segurança nas instalações elétricas nas comunidades, além de reduzir os prejuízos por furto e inadimplência. Nesta dissertação é realizado um estudo de caso da favela de Paraisópolis, situada na cidade de São Paulo, onde se avalia a viabilidade técnica e financeira da implantação de geração distribuída de um sistema solar fotovoltaico conectado à rede. O investimento inicial seria realizado pela empresa distribuidora de energia de São Paulo, a ENEL Distribuição São Paulo, a qual sofre com o ônus do furto de energia e dispõe de verba para Projetos de Eficiência Energética. Foram elaborados três tipos diferentes de arranjos de sistemas fotovoltaicos: instalação individual, arranjo centralizado em cooperativa e agrupamento por 5 moradias. Estimada a demanda energética das famílias com ligações não regulares de energia, foram projetados o sistema solar fotovoltaico e o seu valor de implantação para cada tipo de arranjo. Dos três tipos de arranjos dimensionados, o mais vantajoso se mostrou o arranjo de 5 moradias por sistema fotovoltaico, com um custo médio de energia de R$ 4.192,00/kW. A ENEL teria um retorno do investimento em 15 anos. Concluiu-se que a implantação do sistema é viável economicamente e factível. Entretanto é necessário engajamento da ENEL e incentivo governamental para que o projeto se desenvolva.
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LIODORO DE MELLO
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Análise técnica e econômica da cogeração em usina de asfalto
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Líder : CONRADO AUGUSTUS DE MELO
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Data: 25-nov-2020
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Resumen Espectáculo
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Este trabalho apresenta os elementos que constituem um sistema de cogeração para uma planta industrial de asfalto, analisado a estrutura produtiva da usina as necessidades energéticas, relacionadas às demandas de calor, eletricidade e energia mecânica, o que resultou na opção tecnológica do tipo topping, no qual a geração de eletricidade antecede o aproveitamento de calor útil, assim foram comparados os seguintes casos: a) motor de combustão + caldeira de recuperação com produção de vapor, b) motor de combustão interna + trocador de calor de óleo térmico, c) 8 microturbinas + trocador de calor de óleo térmico e d) 3 microturbina a gás, com queima suplementar e trocador de óleo térmico para o aquecimento do tanque de CAP, em substituição ao aquecedor de óleo térmico a gás. Em destaque a opção da microturbina a gás, detalhada de forma geral, nas avaliações e análises bibliométrica, financeira, econômica, de viabilidade, social, ambiental e pela legislação, conhecidas as regras e requisitos do balanço energético da usina e o custo deste equipamento, fores essenciais para o resultado de viabilidade deste estudo de caso. As orientações aqui apresentadas baseiam-se na produção de energia elétrica de 300 kW, superior à demanda da usina que é de 210,2 kW gerando excedente.
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MARINA CORCETTI MELO
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Políticas de geração distribuída: a experiência nacional e o caso brasileiro
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Líder : CONRADO AUGUSTUS DE MELO
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Data: 27-nov-2020
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Resumen Espectáculo
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O aumento do consumo de energia elétrica e o uso elevado de fontes não renováveis para geração de energia traz graves consequências ao meio. Como forma de mitigar tal problema, a Geração Distribuída viabiliza, através do sistema de compensação, a geração ou cogeração na unidade consumidora, em condomínios, ou por cooperativas. Em 1995, foram lançadas no Brasil as primeiras regulamentações específicas que estabeleceram critérios e citaram pela primeira vez a possibilidade de se tornar um autoprodutor. Ao longo dos anos, novas normativas entraram em vigor, porém, a deficiência dos mecanismos e incentivos políticos e econômicos dificulta o desenvolvimento da GD e de novas tecnologias, principalmente de fontes renováveis. A difusão da GD vem ocorrendo de modo crescente. No ano de 2019, foram realizadas 113.393 unidades de conexões dentro da classificação de micro ou mini geração, equivalente a 1,45 GW de potência. No entanto, de acordo com a EPE, o aproveitamento do potencial para geração distribuída ainda é insignificante. Uma solução para o aumento da GD seria mudanças no sistema regulatório. Para verificar possíveis causas das deficiências e respectivas soluções, utiliza-se de análise comparativa entre os mecanismos adotados entre Brasil e outros países referência mundial no uso da Geração Distribuída. Este estudo aplica uma metodologia de pesquisa bibliográfica qualitativa, onde visa-se obter uma análise do desenvolvimento regulatório da Geração Distribuída no Brasil, assim como avaliar os impactos que a mesma possui sobre o setor elétrico. Ainda, a partir de casos de sucesso da GD no mundo, avaliar a necessidade de aprimoramento regulatório e de criação de mecanismos adicionais para o setor energético brasileiro, afim de que haja o progresso da Geração Distribuída, porém sem que haja malefícios para concessionárias, empresas de demais fontes geradoras de energia e consumidores não autoprodutores. É verificada a possibilidade e necessidade de investimento na Geração Distribuída sem maiores prejuízos aos não ligados ao sistema de GD, inclusive com alterações do mecanismo utilizado.
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PEDRO HENRIQUE DA SILVA MORAIS
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COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO TECNO ECONÔMICO DE COLETORES DO TIPO PTC (PARABOLIC TROUGH COLLECTOR) E LFR (LINEAR FRESNEL REFLECTOR) VISANDO GERAÇÃO DE ELETRICIDADE ATRAVÉS DE PLANTAS ORC (ORGANIC RANKINE CYCLE)
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Líder : MARCELO MODESTO DA SILVA
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Data: 30-nov-2020
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Resumen Espectáculo
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Atualmente, os investimentos em energias renováveis crescem exponencialmente, devido à aspectos econômicos e socioambientais. Dentre as fontes renováveis, a energia solar possui grande relevância, devido à sua aplicação na produção de energia elétrica, ou na geração de calor, por meio dos coletores solares. Em aplicações a temperaturas menores, da ordem de 100 ºC, os coletores planos podem ser utilizados, devido ao baixo custo. Porém, para aplicações com temperaturas maiores, entre 150 e 400 ºC, a utilização de coletores concentradores é necessária, como a calha parabólica, do inglês, Parabolic Trough Collector (PTC), e o refletor linear de Fresnel, do inglês, Linear Fresnel Reflector (LFR). Na geração de energia elétrica, o ciclo Rankine orgânico, do inglês, Organic Rankine Cycle (ORC) ganha destaque, uma vez que sua utilização em plantas com fontes de calor de baixa e média temperatura possui maior viabilidade do que o ciclo Rankine convencional. Portanto, este trabalho tem como objetivo a comparação do desempenho do ponto de vista energético de coletores do tipo PTC e LFR, visando a geração de eletricidade através de plantas ORC, com o intuito de estimar a melhor operação e aplicação de cada coletor. Pôde-se observar que o coletor PTC possui maior eficiência do que o coletor LFR, devido a suas propriedades óticas, porém a análise econômica é o próximo passo a ser realizado, para determinar se a utilização do coletor LFR possui viabilidade.
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PAULO CESAR MOTA ANSELMO
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Módulo de Otimização para a Determinação de Compra e Venda de Energia Elétrica em Leilões
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Líder : THALES SOUSA
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Data: 10-dic-2020
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Resumen Espectáculo
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O modelo mercantil de mercado adotado no Setor Elétrico Brasileiro adotado desde 2004 deu início a um novo tipo de planejamento de operação do sistema utilizando-se de uma metodologia de compra e venda em leilões de energia elétrica. Com a inclusão dos clientes ao mercado livre, houve a necessidade de estudos e desenvolvimento de ferramentas para utilização da contratação de energia elétrica pela indústria já que uma escolha correta do volume de energia e seu preço podem garantir o lucro da empresa ou a viabilidade do seu serviço. Neste sentido, o presente trabalho apresenta um módulo baseado em programação de código-aberto com linguagem Java para otimização computacional dos dados obtidos da geração das usinas hidrelétricas e sua complementação térmica. Baseado em técnica de inteligência artificial, mais especificamente no campo dos algoritmos genéticos a mesma utilizada na seleção natural das espécies, a ferramenta computacional permite simular diferentes cenários e possibilidades futuras para que através de uma população inicial ser possível obter diversas gerações com as melhores características de cada indivíduo e a quantidade de energia a ser distribuída entre os leilões. Neste sentido, permite-se mitigar as faltas de compras em excesso e melhorar a distribuição para evitar a compra abaixo da demanda necessária negociada pela empresa distribuidora. Para isso, o retorno de um vetor com a melhor seleção da distribuição de energia em leilões futuros é então entregue ao usuário final a fim de colaborar com sua tomada de decisão. Os bons resultados obtidos com a diminuição de sobrecontratação e subcontratação da compra da energia elétrica demonstraram a viabilidade do programa, permitindo que a utilização desta ferramenta auxilie os agentes na tomada de decisão que leve a minimização dos custos do negócio envolvendo energia. Finalmente, pode se concluir que os riscos dos investimentos futuros podem ser minimizados.
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JULIANA GUTIERREZ MOTTA
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VALIDAÇÃO E AJUSTE DE DADOS DE REANÁLISES CLIMÁTICAS APLICADOS À GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA NO ESTADO DE SÃO PAULO
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Líder : PATRICIA TEIXEIRA LEITE ASANO
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Data: 17-dic-2020
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Resumen Espectáculo
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No Brasil, um novo paradigma do setor elétrico tem se configurado diante dos incentivos políticos e normativos para a geração distribuída. Assim, a energia eólica, bem como outras fontes renováveis, tem se tornado uma escolha favorecida para complementar a oferta de energia no país. Sendo assim, para se realizar o planejamento energético mais adequado desta fonte surge a necessidade de caracterizar o potencial eólico de uma região com a finalidade de identificar os melhores locais para a instalação de aerogeradores. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo aprimorar a caracterização do potencial eólico para geração de energia elétrica através da utilização e validação de dados de reanálises climáticas dos modelos ERA-Interim e ERA5 do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). Para isso, foi realizado um estudo de caso para o estado de São Paulo, Brasil, para o qual foram calculadas métricas de validação em relação a dados observados de estações meteorológicas do INMET. Foram implementados dois métodos de ajustes aos dados de reanálises, buscando identificar alternativas adequadas para incrementar a confiabilidade para aplicações locais. Os ajustes foram aplicados mensal, sendo que os melhores resultados foram obtidos para o método baseado na redução de erros sistemáticos. Após a extrapolação vertical da velocidade, foi possível calcular estimativas de energia para os dados ajustados para 50 m de altura. Os resultados obtidos nos casos testes, com informações reais, apontaram as divergências entre os dados com e sem ajustes, e por fim foram analisados os impactos ao planejamento energético quando se trata da utilização eficiente dos recursos naturais disponíveis para geração de energia elétrica.
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YURI DE LIMA BARBOSA
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Análise da Margem de Estabilidade de Tensão Considerando Incertezas da Geração Eólica
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Líder : AHDA PIONKOSKI GRILO PAVANI
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Data: 17-dic-2020
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Resumen Espectáculo
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Os estudos de Sistemas Elétricos de Potência (SEPs) estão se tornando cada vez mais complexos devido às novas características que os sistemas de potência estão incorporando pela diversidade de equipamentos, tecnologias, incertezas e topologias. No passado a predominância da geração em SEPs era através de geradores síncronos e a maiorias das incertezas dos estudos estava na previsão de carga dos sistemas. Entretanto, atualmente forças motrizes intermitentes estão sendo utilizadas cada vez mais em geradores, o que também adiciona mais variáveis para a previsão de geração e dificultando os estudos do comportamento do sistema visando sua melhor operação e seu comportamento frente a situações de contingências. A estabilidade do sistema é verificada pela análise de algumas grandezas físicas, como a tensão por exemplo. O problema da estabilidade de tensão vem recebendo crescente atenção dos profissionais da área de análise e operação de sistemas de potência e estudado em várias perspectivas, já que os grandes apagões são causados normalmente por instabilidade de tensão quando a carga necessita de mais potências reativa do que o sistema pode fornecer. Devido à complexidade dos sistemas de energia, é extremamente difícil rastrear todos os eventos plausíveis para identificar os mais críticos. Normalmente as abordagens mais comuns para levam em conta os casos mais prováveis em análises de contingência, não contemplando os casos menos prováveis devida às dificuldades computacionais para esses tipos de estudo. Portanto, é necessário a utilização de uma ferramenta para selecionar amostras aleatórias dentre as menos prováveis para identificar os que podem apresentar problemas de instabilidade. Dessa forma, o Método de Entropia Cruzada contribui para identificar, dentro de um conjunto extremamente grande de eventos definido a priori, aqueles que têm o potencial de comprometer a integridade do sistema e que sejam raros de acontecer.
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Tesis |
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ANA PAULA PEREIRA DA SILVEIRA
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA - Análise de Estudos de Casos na RMSP
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Data: 14-may-2020
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Resumen Espectáculo
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O fornecimento de água potável é um serviço essencial para qualquer município e por se tratar de sistema de alta complexidade, possui grande demanda por energia elétrica, constituindo gastos significativos às companhias de saneamento. Só a SABESP (Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo) é responsável pelo consumo de 0,55% da energia elétrica no Brasil. Sendo assim, há a necessidade de criação e aprimoramento de projetos de eficiência energética no setor devido ao fato da eficiência energética e o desempenho hidráulico dos sistemas de distribuição de água estarem relacionados. O presente trabalho tem como objetivo analisar os fatores que influenciam a eficiência energética na operação da distribuição de água potável por meio de casos práticos de sistemas de distribuição de água na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). Correlacionar o consumo de energia elétrica com a redução de perdas e a regularidade da distribuição de água em setores de abastecimento sob regime de gestão de demanda noturna e em um setor de abastecimento com estratégia de performance. O estudo forneceu fortes evidências dos impactos significativos da variação da demanda (vazão fornecida mais perdas) nos indicadores relacionados à energia. O ajuste da operação de bombeamento de acordo com o perfil e comportamento socioeconômico da população reduz o tempo de bombeamento e, portanto, o consumo de energia. O consumo específico de energia com base no total de água injetada no sistema reduziu em média de 0,41 kWh/m³ no início dos estudos para um nível médio de 0,37 kWh/m³ no final do estudo; já o consumo específico de energia da água distribuída reduziu em média, nos setores estudados, de 0,71 kWh/m³ para 0,61 kWh/m³ no final do estudo; a demanda efetiva de água atual requer menos energia que a quantidade gasta nas estações elevatórias de água. Tanto o volume total de água injetada no sistema de distribuição de água quanto o volume de água entregue aos clientes foram usados para estimar o consumo específico de energia e destacar a oportunidade remanescente de economia de energia; as perdas de água diminuíram continuamente após a implementação das medidas apresentadas, de um volume médio anual de 106.528,75m³ para 90.063,25m³. A média do índice de perdas totais no início do estudo era de 365L/lig./dia, reduzindo para 250/lig./dia no final do estudo, o que significa uma redução de 32%; as reclamações de clientes reduziram em 31%, quando refere-se especificamente aos resultados obtidos pela implantação da estratégia de performance, tem-se que: o consumo específico de energia da água injetada no sistema, apresentou redução de 20%. Já com relação ao consumo específico de energia da água distribuída, houve redução de 37%. O índice de perdas reduziu 53% após a implantação da estratégia de performance. Com relação às reclamações de falta d’água, houve redução de 61% após a implantação. Esses resultados mostram a efetividade da gestão de demanda e da estratégia de performance na melhoria da eficiência energética.
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EDUARDO VICENTE VALDÉS CAMBERO
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ANALYSIS OF A COPLANAR PATCH ANTENNA ARRAY INTEGRATED WITH PHOTOVOLTAIC CELLS FOR HYBRID ENERGY HARVESTING
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Líder : IVAN ROBERTO SANTANA CASELLA
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Data: 26-jun-2020
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Resumen Espectáculo
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The emergence of Smart Grid, Wireless Sensors Network, or the Internet of Things has produced a growing demand for alternative sources of power. Currently, batteries dominate the energy storage market for those technologies, but they are perishable sources characterized by the need for replacement at relatively short periods and the pollution of its waste. In order to find new power sources, many studies of harvesting mechanisms associated with thermal, solar, vibration, or electromagnetic waves have been carried out. The production of electric current using photovoltaic cells is a technique studied and developed more than two decades ago. However, it is still highly sensitive to low light conditions or night time. Under these conditions, the energy extracted from electromagnetic waves can assume the demand for power. This technique is known as radiofrequency harvesting, and it uses rectennas to capture the energy of the environment. Radiofrequency harvesting faces problems like the low values of power density available in the environment, but it does not depend on the levels of light to produce energy. The idea of hybrid systems based on the alternate use of two energy sources guarantees the power every time the load needs. The research presented here aims to develop a hybrid solar and electromagnetic harvesting structure to support very low-power devices, mainly for indoors. This work presents the design, simulation, analysis, and prototyping of two coplanar patch antenna configurations with resonant frequency at 2.45 GHz integrated with solar cells. The consequences of the integration process are evaluated for both components: antennas and solar cells. Then, the principal results and conclusions of the work are presented. It was proved that solar cells could be used as radiating elements in antennas without the need to incorporate another type of metallization. However, variations on the area of an optimized solar cell bring as a consequence a considerable decrease of its power conversion efficiency that depending on the operation conditions could turn unfeasible the use of the solar cell. Also, it is presented a methodology to characterize the interface antenna/rectifier as a function of the S parameters and its influence on the power conversion efficiency of the rectenna.
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SAMUEL CASTRO PEREIRA
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Contribuições ao uso de Power Line Communication para a Transmissão de Sinais de Controle em Smart Grids
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Líder : IVAN ROBERTO SANTANA CASELLA
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Data: 28-jul-2020
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Resumen Espectáculo
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Este trabalho apresenta os fundamentos da tecnologia de Power Line Communication (PLC) e descreve os principais padrões atualmente disponíveis no mercado. O desempenho da camada física destes padrões foi analisado para diferentes condições de propagação do sinal por meio da rede elétrica, levando em consideração os diferentes tipos de ruído presentes, como o ruído térmico e o ruído impulsivo. A utilização dos padrões de PLC para aplicações em Smart Grids (SG) foi investigada, demonstrando que os sistemas de PLC de banda estreita (NB-PLC), como o IEEE1901.2/G3-PLC, são uma excelente alternativa por ter a capacidade de cobrir longas distâncias, contornar transformadores e apresentar um bom desempenho em condições adversas de operação.
Para a validação do uso do padrão IEEE1901.2/G3-PLC para aplicações em SG foi, então, realizado um teste prático de transmissão de dados de controle por meio de um cabo de energia de 100 metros, na qual foram evidenciadas algumas limitações de desempenho quando o sistema foi submetido a interferências impulsivas. Este fato motivou a criação de duas propostas de sistemas não-lineares para aumentar a robustez do sistema estudado na presença de interferências externas, sem a necessidade de alterações no padrão IEEE1901.2/G3-PLC e, portanto, do hardware utilizado nos testes. O primeiro sistema é baseado no uso conjunto de um filtro morfológico no receptor, enquanto o segundo é baseado no uso de um filtro de mediana.
Os sistemas propostos foram, então, testados por meio de simulações computacionais na transmissão das formas de onda de referência de potência de um sistema de controle preditivo para aerogeradores do tipo DFIG (Doubly-Fed Induction Generator). Nas análises realizadas, as formas de onda analógicas de controle foram digitalizadas e transmitidas pelo padrão G3-PLC/IEEE 1901.2 por meio de um modelo de rede elétrica de baixa tensão sujeita a interferências impulsivas.
Neste contexto, os sistemas propostos, baseados em filtros não-lineares, permitem suprimir estas distorções e reconstruir a forma de onda original, mesmo com o uso de pacotes de dados corrompidos. Os resultados das simulações mostraram que os sistemas propostos são capazes de recuperar as formas de onda transmitidas no aerogerador sem a necessidade de retransmissão dos pacotes corrompidos, mesmo em condições críticas de relação sinal-ruído (SNR), ruídos impulsivos e propagação por multipercursos.
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LINDENBERG ISAC DA SILVA
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Reconfiguração em tempo real de sistemas elétricos de distribuição fundamentada em teoria dos grafos combinada com fluxo de potência ótimo adaptado
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Líder : EDMARCIO ANTONIO BELATI
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Data: 01-sep-2020
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Resumen Espectáculo
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Devido ao esgotamento irreversível das fontes energéticas não renováveis, como combustíveis fósseis e nucleares, bem como aos danos que causam ao meio ambiente, deve-se aproveitar com maior eficiência as fontes renováveis. O consumo de energia elétrica é ininterrupto e mesmo uma pequena redução nas perdas promove um montante significativo de economia. Nos sistemas elétricos de distribuição, a reconfiguração é uma técnica de otimização que visa, entre outros objetivos, à minimização de perdas de potência ativa. Com a expansão das redes elétricas inteligentes e crescente introdução de equipamentos telecomandados, é desejável realizar a reconfiguração em tempo real. Dentre as técnicas de otimização disponíveis, a reconfiguração é a mais econômica porque não demanda gastos com novos equipamentos. Porém ao tentar reconfigurar surge um fenômeno inconveniente de explosão combinatória devido às características do problema. Diversas metaheurísticas para redução do espaço de busca não têm capacidade de fornecer uma resposta em tempo real, sendo mais adequadas para planejamento. Além disso, a incerteza inerente aos métodos probabilísticos impede que se tenha garantia de obtenção da melhor solução. Neste trabalho, expõe-se um método de reconfiguração em tempo real baseado em Teoria dos Grafos. Devido à característica determinística com resultados conservativos, mas sem empregar busca exaustiva, eliminou-se a desvantagem das flutuações estatísticas aleatórias, inerentes aos métodos probabilísticos. Adicionalmente, além de minimizar perdas de potência ativa, pode-se restaurar o funcionamento no caso de ocorrência de faltas. Um pré-processamento computacional proveniente de um fluxo de potência ótimo adaptado direciona a análise da árvore geradora do grafo de topologia para a solução otimizada. O algoritmo foi testado em sistemas contendo 7, 21, 37, 74, 96, 114 e 156 chaves, obtendo a melhor solução disponível na literatura científica, com tempos computacionais da ordem de dezenas de milissegundos.
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FLÁVIO SANTOS DE SOUZA
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Despacho Horário de Fontes de Geração Considerando a Minimização de Perdas Ativas e Custos de Geração
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Líder : THALES SOUSA
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Data: 09-dic-2020
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Resumen Espectáculo
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O aumento da participação de fontes renováveis no setor elétrico, em especial as fontes eólica e solar fotovoltaica tem chamado a atenção para a necessidade de desenvolvimento de novos modelos de planejamento e operação do sistema elétrico. Neste sentido, o presente trabalho apresenta um modelo para o despacho horário da energia elétrica produzida por fontes renováveis, eólica, hidráulica e solar, e térmica. Para modelagem matemática proposta foi utilizado o software AMPL (Modeling Language for Mathematical Programming) e para solução foi utilizado o Método de Pontos Interiores, por meio do solver Knitro. As simulações foram realizadas em um sistema de teste IEEE 30 barras, considerando duas funções objetivo, a saber: (1) minimização horária de perdas de potência ativa, e (2) minimização horária dos custos de geração de energia elétrica. As simulações foram realizadas para as 24 horas do dia e para cada hora foi determinado o montante de energia gerado, as perdas de energia e os custos de geração. Foram consideradas restrições relacionadas ao nível de tensão nas barras, limites dos taps dos transformadores, limites de fator de potência e limitações de geração. Em relação aos dados de geração das usinas eólica e solar foram consideradas usinas de grande porte conectadas ao sistema elétrico brasileiro. O modelo apresentado se mostrou eficiente na solução do problema apresentado.
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ALEXANDER LUCAS BUSSE
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CLASSIFICAÇÃO E DEDICAÇÃO DE ESTRUTURAS, SISTEMAS E COMPONENTES PARA REATORES NUCLEARES DE PESQUISA
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Líder : JOAO MANOEL LOSADA MOREIRA
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Data: 14-dic-2020
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Resumen Espectáculo
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O princípio de segurança mais importante para um reator nuclear é a capacidade de desligar e manter a usina nuclear em uma condição segura, mesmo após a ocorrência de um acidente de projeto postulado. É com base neste princípio que todas as funções são categorizadas de acordo com sua relevância para a segurança do reator. Na sequência, todas as Estruturas, Sistemas e Componentes (ESCs) da usina nuclear devem ser devidamente classificados seguindo um método claro e objetivo que permita a correlação com padrões técnicos e de qualidade para garantir a disponibilidade das funções de segurança. Muitos países, incluindo o Brasil, não possuem regulamentações claras que determinem os critérios e discriminem o processo de classificação do reator de pesquisa. A falta de uma regulamentação clara do reator de pesquisa exige que as projetistas de instalações nucleares classifiquem as ESCs usando a regulamentação do reator de potência. No entanto, dadas as características únicas dos reatores de pesquisa, os requisitos de segurança podem não ser necessariamente os mesmos que os aplicados aos reatores nucleares de potência. Isso torna a abordagem adotada tecnicamente conservadora, geralmente superdimensionada e cara. Este trabalho tem dois objetivos: a) apresentar um método objetivo para realizar a classificação de segurança de ESCs em reatores de pesquisa. b) investigar a possibilidade de utilizar a abordagem de dedicação (uso de itens comerciais para o desempenho de funções de segurança) em reatores de pesquisa, seguindo a experiência adquirida pelos operadores de reatores de potência nesta matéria. Inicialmente, é proposto um método de classificação que está em conformidade com os regulamentos nacionais vigentes e está em linha com as mais recentes diretrizes de segurança e classificação para ESCs das agências de licenciamento internacionais. Posteriormente, é realizada uma análise probabilística de segurança (APS) em um reator de pesquisa do tipo piscina para demonstrar a segurança intrínseca e a ampla disponibilidade funcional para desligamento do reator. Assim, o método proposto é exemplificado aplicando-o para a classificação de segurança da motobomba do sistema de refrigeração do núcleo do reator RMB. Aplicações similares possuem potencial de redução de custos em torno de 80% em relação aos métodos tradicionalmente aplicados para qualificação de ESCs.
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