A LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) é uma solução inovadora e madura para comunicações de longo alcance, voltada para a IoT (Internet of Things). Promovida pela LoRa Alliance, destaca-se pela eficiência energética e resiliência ao ruído, graças à tecnologia LoRa. Utilizando o protocolo P-ALOHA (pure ALOHA), um método de acesso aleatório ao canal, a LoRaWAN permite que os dispositivos transmitam dados sempre que necessário, sem qualquer coordenação ou agendamento. No entanto, a transmissão de sinais no mesmo canal, usando o agendamento baseado em P-ALOHA causará uma série de sobreposições e interferências de sinal, reduzindo significativamente a estabilidade do link e a qualidade do serviço. Consequentemente, a perda de pacotes devido a colisões de canal é o principal fator limitante da escalabilidade da LoRaWAN. Essas desvantagens destacam a importância de uma avaliação sistemática de protocolos de acesso ao meio mais eficientes em cenários massivos de LoRaWAN. Muitos protocolos de operação MAC (Media Access Control), como o NP-CSMA (Non-Persistent Carrier Sense Multiple Access) e o LMAC-2 (Lightweight Medium Access Control 2), que utilizam o mecanismo LBT (Listen Before Talk), foram propostos para aumentar a escalabilidade da LoRaWAN. Para maximizar o desempenho de uplink em cenários massivos de LoRaWAN, é proposta aqui uma modificação do protocolo NP-CSMA para LoRaWAN, a fim de aumentar a taxa de transferência e reduzir as colisões. Diferentemente do esquema CSMA usado em topologias de rede local sem fio de canal único compartilhado (WLAN/WSN), o protocolo MNP-CSMA (Modified Non-Persistent CSMA) opera em múltiplos canais. Adicionalmente, uma versão progressivamente inovadora do LMAC-2 (Lightweight Medium Access Control 2) também é proposta. Esta pesquisa avalia sistematicamente, por meio de simulações, o desempenho dos protocolos P-ALOHA, MNP-CSMA e MLMAC-2 (Modified LMAC-2) em cenários de LoRaWAN massivas. A taxa de dados, taxa de colisão, atraso e consumo de energia de cada protocolo MAC são observados. Os resultados destacam a superioridade do MLMAC-2 sobre o MNP-CSMA e o P-ALOHA em todas as métricas avaliadas, demonstrando sua eficiência na mitigação de colisões e gestão de tráfego em cenários de LoRaWAN massivas. Além disso, o MLMAC-2 reduziu significativamente o custo de energia por bit transmitido em até 3,3 vezes para SF 7 e 2,9 vezes para SF 12 em comparação com o LMAC-2, aumentando a eficiência da LoRaWAN.

O reservatório da Billings, considerado o maior da Região Metropolitana de São Paulo,
desempenha um papel crucial no abastecimento de água para a população e na geração
de energia na Usina de Henry Borden. Além disso, a usina possui uma capacidade
instalada considerável, contribuindo para o suprimento de eletricidade na região. Em se
tratando de gerenciamento de recursos hídricos e planejamento energético, as
transferências de águas dos rios Tietê e Pinheiros para a Billings são realizadas com o
objetivo de evitar inundações na cidade de São Paulo e para melhorar o aproveitamento
da Usina de Henry Borden no Estado de São Paulo. No entanto, a transferência de
águas pode provocar impactos ambientais, como a redução da qualidade da água,
tanto no rio doador quanto no receptor, o que pode comprometer o abastecimento de
água na região. Portanto, é fundamental adotar medidas adequadas de gestão e
monitoramento para minimizar os impactos das transferências de água, garantindo o uso
sustentável dos recursos hídricos e a preservação do reservatório da Billings como um
importante manancial na região. Para isso, foi criado um banco de dados para
armazenar as informações de entrada do modelo numérico implementado, que são as
vazões diárias e os compostos de qualidade de água dos rios envolvidos na
transferência. Ressalta-se que todos os dados são disponibilizados por órgãos públicos
responsáveis pela gestão de recursos hídricos no Brasil. Os resultados preliminares
apontam para a necessidade de despoluição das águas dos rios Pinheiros e Tietê, para
melhor aproveitamento na geração da usina Henry Borden, além disso, a despoluição
beneficiará a população da região metropolitana de São Paulo, que é abastecida pelo
reservatório Billings. Espera – se que os resultados desta pesquisa sirvam de auxílio aos
tomadores de decisões para melhor definirem estratégias no que tange ao setor
energético, principalmente quando relacionados às hidrelétricas, que atualmente é a
maior fonte de geração de energia do país.

Os sistemas de ar-condicionado representam 47% do uso total da energia em estabelecimentos comerciais, enquanto a iluminação representa 22% e demais cargas 31%. Ainda, quando se fala sobre o tipo de condicionadores de ar dos ambientes nestas instalações, tem-se que os aparelhos de parede e Splits Systems representam quase 76,6% do total. A tomada de decisão no âmbito de seleção de projetos de eficiência energética é uma atividade complexa e que requer um modelo estruturado que embase o decisor. Dentre os métodos utilizados para a análise de retorno de investimentos em projetos de eficiência energética, temos o método de Payback e o valor presente líquido (VPL) como os mais utilizados. Porém, apenas determinar a viabilidade econômica de um projeto pode não ser suficiente para garantir a melhor decisão. É preciso entender, no contexto do negócio, quais são os critérios que influenciam na tomada de decisão e sua representatividade em diversas dimensões. Neste trabalho objetivou-se analisar e selecionar a melhor alternativa ganhos de eficiência com climatização em estabelecimentos comerciais que satisfaçam o conjunto de critérios considerados relevantes para o negócio e seu porte pelos decisores, nas dimensões econômico-financeiras, técnicas e subjetivas ou qualitativas, através de um estudo de caso em uma instalação de pequeno porte pelo método AHP. Para isso, realizou-se uma revisão da literatura, de forma a entender as alternativas técnicas viáveis para ganhos de eficiência em relação aos tradicionais Split Systems Fixos. Seis alternativas foram identificadas, sendo que duas descartadas por questões de compatibilidade com o negócio. Foi realizado um mapeamento do estado atual do estabelecimento, com simulações de consumo, comparando o desempenho atual com o das alternativas propostas, bem como estudados seus custos associados e suas viabilidades econômicas. Entrevistas foram realizadas com um grupo de decisores da empresa para definir a construção da árvore de decisão e julgamentos dos critérios. Após a coleta de informações, a modelagem foi realizada com auxílio de um software, o IPÊ 1.0, que implementa o algoritmo do método AHP. O resultado da modelagem indicou, de acordo com o julgamento dos decisores, que a instalação de um dispositivo de controle PID seria a melhor alternativa. O método AHP mostrou-se adequado ao processo decisório do estudo, em especial por fazerem parte da solução do problema, vários critérios que devem ser analisados para a obtenção de uma hierarquização das alternativas viáveis e assim sustentando uma decisão que considera múltiplos critérios de forma consistente e racional.

Uma infraestrutura organizada e recursos energéticos disponíveis são fundamentais para que o desenvolvimento de um país seja contínuo e eficaz. Apesar do Brasil possuir muitos recursos naturais e uma grande estrutura hídrica, são necessários outros tipos de fontes de geração de energia para atender a demanda energética do país. Diante disso, a geração termelétrica possui características que a tornam capaz de garantir a complementação necessária, tornando o sistema confiável. Para isso, o planejamento da operação hidrotérmico se faz necessário para determinar a geração ótima para garantir o suprimento com eficiência, segurança e economia. Portanto, diante da complexidade do sistema, os modelos computacionais auxiliam na tomada de decisão sobre a determinação da geração ótima. Sendo assim, esse trabalho de pesquisa busca explorar uma metodologia que vise determinar a geração ótima das usinas termelétricas de parte do sistema brasileiro, a partir da complementação necessária determinada pela geração ótima de usinas hidrelétricas. Neste estudo, os dados reais do sistema brasileiro, disponíveis no deck NEWAVE, foram modelados e processados pelo Toolbox de Otimização Linear do programa MATLAB®. Após a realização dos testes, bons resultados foram apresentados e demonstraram que a metodologia proposta é eficiente para determinar a geração do sistema termelétrico.

O recurso solar tem se destacado como protagonista nos cenários atuais de incentivo à descarbonização das matrizes energéticas. Dentre as formas de extração desse potencial energético, os coletores concentradores se destacam como a tecnologia mais bem estabelecida, sendo o coletor do tipo calha parabólica (CCP) o dominante no mercado. Entre os esforços de pesquisa direcionados para intensificação da transferência de calor dos CCP, se destaca a dispersão de nanopartículas nos fluidos de transferência de calor (FTC), com resultados na literatura reportando melhorias de ate 27% no desempenho térmico do coletor. Entretanto, como efeito colateral, as nanoparticulas acarretam no aumento da potência de bombeamento do sistema. Neste trabalho, por meio da metamodelagem, foram realizadas otimizações multi-objetivas por meio do NSGA-II visando maximizar a eficiência térmica e minimizar a potência de bombeamento em um arranjo de 8 coletores de geometria variável (incluindo comprimentos, largura de espelhos, diâmetros de tubos absorvedores e diâmetros de coberturas de vidro) operando com dois nanofluidos, Al2O3-Syltherm 800 e Cu-Syltherm 800, em frações volumétricas entre 0.1 e 5% sob diferentes condições de irradiância (500 -- 1000 W/m2), temperatura de entrada (400 - 500 K) e vazão volumétrica (0.005 -- 0.01 m3/s). Resultados preliminares indicaram que frações volumétricas menores que 0.5% permitem a redução da potência de bombeamento de até 3% em comparação ao coletor de referência ET-150. A partir da seleção de geometrias indicadas nas fronteiras de Pareto, obteve-se um aumento de 1.8% na eficiência térmica do arranjo operando na condição de irradiância de 500 W/m2, temperatura de entrada de 500 K e vazão volumétrica de 0.005 m$^3$/s, ao mesmo tempo em que a potência de bombeamento resultante foi reduzida em 14.9%. Ademais, foi observado um aumento da eficiência exergética de 1.74%, e uma diminuição da taxa de destruição de exergia em 0.15%.

As fontes de energia renováveis vêm ganhando espaço nas matrizes energéticas mundiais devido ao seu amplo potencial e à possibilidade de atuar como alternativa aos combustíveis fósseis. Nesse contexto, a biomassa se apresenta como elemento importante, visto que é a principal matéria-prima para a produção de biocombustíveis, como o biometano, que pode ser utilizado para a geração de energia elétrica, térmica e mecânica. Em um trecho do Rio São Francisco, que passa pela cidade de Petrolina/PE, nota-se um aglomerado de plantas aquáticas, com predominância da espécie Eichhornia crassipes, popularmente conhecida como baronesa e aguapé. Esta planta apresenta uma alta taxa de proliferação e uma das formas de controle é a remoção mecânica por meio de escavadeiras, o que gera uma quantidade significativa de resíduos que comumente são destinados aos aterros sanitários. Deste modo, esta pesquisa teve como objetivo avaliar o potencial de produção de biometano a partir da Eichhornia crassipes. As amostras de aguapé foram coletadas no município de Petrolina e caracterizadas por meio de análise de umidade, sólidos voláteis e fixos, composição elementar, análise lignocelulósica. Posteriormente as plantas foram submetidas ao processo de biodigestão anaeróbia para avaliação do potencial de produção de biometano. O potencial bioquímico de metano foi realizado utilizando um biodigestor em batelada do tipo Automatic Methane Potential Test System (AMPTS II). Os resultados mostraram que a Eichhornia crassipes apresentou propriedades favoráveis para aplicação no processo de biodigestão anaeróbia, com teor de umidade elevado de (83,70) % e teor sólidos voláteis de (85,24) %. A razão C/N obtida, 31,59, ficou próxima da faixa considerada como ideal (20<C/N<30). O potencial teórico de produção de metano do aguapé foi de 468,33 NmLCH4.gSV^-1 e potencial bioquímico de metano na faixa de 196,12 mL CH 4 /g SV. A estimativa do volume anual de biometano produzido a partir do aguapé coletado às margens do Rio São Franscisco mostrou que esta a produção seria suficiente para atender ao consumo anual de GLP das 237 unidades de ensino do município ou de gerar cerca de 379.434,98 KWh/ano de energia elétrica, que considerando um consumo médio anual da residência de Petrolina, poderia abastecer cerca de 158 residências.

Os critérios de desempenho ambiental, responsabilidade social e governança são amplamente discutidos no âmbito de negócios nacional e internacional. Contudo, na literatura vigente, não foram encontrados métodos objetivos para avaliar o desempenho ESG (Environment, Social and Governance) das empresas do setor elétrico, especialmente que considerem os aspectos qualitativos. Uma vez que as empresas são obrigadas a divulgarem informações relacionadas ao tema de ESG, essa lacuna existente entre a disponibilidade de dados e uma metodologia de avaliação, e/ou mesmo quantificação das informações, dificultam as análises de mercado e de benchmarking, cujos resultados podem contribuir para o engajamento de empresas, bem como para a melhoria do desempenho dessas quanto ao tema, além de evidenciar os agentes que estão comprometidos com iniciativas relacionadas ao tema. Portanto este trabalho apresenta uma nova metodologia de avaliação do desempenho ESG, que possibilite uma análise de mercado e promova engajamento dos agentes do setor, utilizando inteligência computacional. A metodologia proposta utilizasistemas fuzzy  e foi aplicada em estudo de caso para empresas do setor elétrico brasileiro, utilizando indicadores sociais, ambientais e de governança corporativa publicados em seus relatórios de sustentabilidade. Os resultados obtidos, são apresentados em forma de ranking e demonstram que a escolha pela técnica se mostra eficiente e poderá contribuir para o setor na criação de estratégias de gestão que possam posicionar a empresa em um patamar de atendimento dos requisitos de ESG e consequentemente beneficiar a sociedade do ponto de vista da sustentabilidade e governança corporativa.

A energia eólica tem se destacado no Brasil, a capacidade instalada em 2023 atingiu o segundo lugar com uma participação de 15,2% (30,4 GW) na matriz elétrica. Para que a energia eólica se apresente como uma fonte de energia viável, são necessários estudos que avaliem o balanço energético da cadeia produtiva do energético. Um dos principais métodos para verificar o quão vantajoso é a utilização de um determinado energético é mensurar a quantidade de energia gerada em relação à quantidade de energia empregada durante o processo produtivo, portanto este trabalho tem o objetivo de determinar o Energy Return on Investment (EROI) no processo de conversão de energia elétrica de um parque eólico teórico localizado no litoral do Nordeste do Brasil com 15 aerogeradores de 2 MW. O Processo a ser analisado de conversão de energia elétrica através de um parque eólico se caracteriza por possuir quatro condições de contorno para o estudo energético, denominados: 1 – Etapa de processamento da matéria-prima, 2 – Etapa de fabricação do aerogerador, 3 – Etapa de montagem do aerogerador, 4 – Etapa de operação e manutenção. Como metodologia foi utilizado o EROI para relacionar à quantidade de energia utilizada nos processos de construção do aerogerador e quanto desta energia irá representar no final do processo, ou seja, até a entrega deste energético para a rede. O resultado obtido para o EROI foi de 30. Para cada unidade de energia consumida, serão disponibilizadas 30 unidades para a rede.

O setor elétrico ocupa o posto de maior emissor de gases de efeito estufa no mundo e em 2018 foi responsável por 32% das emissões no mundo. As soluções de descarbonização para esse segmento englobam a substituição de combustíveis fósseis por energia renovável que são fundamentalmente intermitentes, como a solar e eólica. Conforme o mundo intensifica os esforços na descarbonização no setor elétrico surgem as preocupações como a segurança energética.  Por isso, as agendas de descarbonização e segurança energética, precisam estar integradas nas estratégias das empresas. Dessa forma, o objetivo central desse presente trabalho foi avaliar se as estratégias de descarbonização das companhias do setor elétrico estão contemplando aspectos de segurança energética, caso não sugerir uma visão estratégica de modo a integrar esses dois desafios. Esse presente trabalho é divido em 2 Etapas: (1) Estratégia Climática para empresas do setor elétrico; (2) Estudo de caso aplicado da estratégia 3(D+S). Para cumprir com o objetivo da Etapa 1, foram avaliadas as respostas públicas para 31 questões do CDP Clima 2022, considerando 25 empresas do segmento elétrico, selecionadas através dos critérios de maturidade na agenda Mudança do Clima (Nota CDP) e relevância financeira (S&P 250 Energy). Baseado nos achados da primeira fase e referências bibliográficas, na Etapa 2 foram selecionadas tecnologias de descarbonização para substituir uma planta típica de geração de energia elétrica de 500 MW por meio de um ciclo Rankine utilizando carvão fóssil (Caso Base), considerando critérios de segurança energética. Para quantificar as emissões e construir o cenário base foi conduzida uma análise termodinâmica através do software EES®. Os 3 cenários e 11 tecnologias selecionadas, considerando sempre o fator da segurança energética como primordial, geraram 90 trajetórias que visam traduzir os caminhos de descarbonização para limitar as emissões ao longo de 10 anos em 21,5 Milhões tCO2e, para que essas tenham um alinhamento com os princípios do Science Based Targets (SBT). Através da Etapa 1 foi possível identificar que apesar das empresas trazerem alguns elementos de segurança energética em suas respostas, esse tema não está totalmente integrado com estratégia de descarbonização para nenhuma das 31 empresas avaliadas. Para uma atuação completa propõe-se expansão da estratégia 3D, já utilizada por algumas empresas, para o novo conceito criado no presente trabalho chamado de 3(D+S): Descarbonização, Descentralização e Digitalização considerando a Segurança energética e Social para uma Sociedade justa. Através das 90 trajetórias de descarbonização propostas na Etapa 2 encontraram-se 44 caminhos possíveis para respeitar o orçamento de carbono proposto e alinhados com a estratégia 3(D+S). Desse modo é possível concluir que existem rotas que podem ser utilizadas pelas empresas do setor elétrico que integrem uma redução de emissão alinhada com os princípios do SBTi e a manutenção da segurança energética.

A infraestrutura pública de carregamento de veículos elétricos (IC-VE) é essencial para a eletromobilidade uma vez que reduz o tempo de espera do motorista, e a ansiedade de alcance. Por outro lado, esse tipo de carregamento emprega carregadores de elevada potência nominal, cuja dinâmica de carregamento afeta o planejamento e a operação do sistema de distribuição de energia. Assim, o processo de planejamento deve ser revisto para estimar contingências relacionadas à alta simultaneidade e deslocamento de picos de demanda, considerando possíveis reforços na rede. No planejamento cotidiano, quando as distribuidoras recebem uma nova solicitação para conectar uma carga deste nível, é comum que sejam analisados o aumento da demanda e os novos estados operativos das instalações elétricas com base em curvas de carga. Mas atualmente, a IC-VE ainda está se desenvolvendo e os dados de medição necessários podem não caracterizar adequadamente os padrões de consumo ao longo do horizonte temporal de planejamento da expansão. É extremamente difícil prever o comportamento da demanda elétrica em um momento em que a penetração de VE ainda é incipiente, ou até nula em muitos lugares. Com base nisso, o “Método para Estimativa da Demanda em Infraestruturas de Carregamento” (MEDIC) é proposto nesta tese, com enfoque especialmente útil para grandes áreas metropolitanas. O método emprega regressões estatísticas para modelar as diferentes fases de adoção e uso de VE, enquanto os princípios de co-simulação incorporam a dinâmica real do tráfego urbano e identificam padrões de viagem considerando a melhor rota e o nível da bateria. Em última análise, uma base de dados espacial integra dados de localização e curvas de carga da IC-VE ao longo de um dia típico, ajudando a identificar qualquer reforço necessário da rede elétrica. O método foi aplicado na maior capital do Nordeste do Brasil, com frota superior a 1 milhões de veículos e 5,4 milhões de viagens diárias considerando os diversos modais de transportes. O MEDIC proporcionou um ganho de 10% no uso de EV-CI em relação à média nacional, respeitando os níveis regulamentados. As curvas de carga estimadas mostraram que a carga tende a atingir o pico entre o final da tarde e início da noite, impulsionado pela elevada taxa de circulação de veículos neste período.

O desenvolvimento de aerogeradores, que geralmente ocorre nos Estados Unidos da América, na Europa e na Ásia, inicia-se pelo desenvolvimento de um protótipo, que é utilizado no processo de certificação pelos órgãos internacionais competentes. Depois de certificado, o projeto é adaptado para atender as características específicas dos mercados-alvo. No Brasil, o projeto passa pelo processo “Tropicalização”. Este termo sintetiza os processos de ajustes e adaptação dos projetos concebidos em outros países aos padrões brasileiros. As condições ambientais das áreas eólicas brasileiras são bastante diferentes. Na Região Sul, em razão de sua proximidade com o Polo Sul, predominam ventos de rajada, com constantes mudanças na direção e com alta turbulência, enquanto na Região Nordeste, em razão da proximidade com a Linha do Equador, predominam ventos laminares, com poucas mudanças na direção e com baixa turbulência. Como o processo de Tropicalização de aerogeradores não leva em consideração as condições ambientais específicas do local onde serão instalados, a definição de parâmetros e ajustes de proteções e sistemas tende a ser a mesma, independentemente do local de instalação dos aerogeradores, assim como o planejamento de manutenção. Este trabalho apresenta uma proposta de metodologia de análise de atuação de proteção de aerogeradores, ainda não utilizada no Setor Eólico Mundial que, por meio de técnicas de ciência de dados e Inteligência Artificial (IA), correlaciona as características ambientais locais de instalação com as atuações de proteção, determinando, de forma proativa, os principais modos de falhas. Depois, com o uso da Inteligência Natural do Especialista, determina-se quais modos de falhas não são coerentes, orientando o planejamento mais adequado de intervenção e ajustes nas proteções, tendo como resultado ou a diminuição ou eliminação das atuações de proteção inadequadas e, por consequência, o aumento da disponibilidade aerogerador, seguindo o conceito de disponibilidade de acordo com a ABNT NBR 5462 (1994): “capacidade do item em realizar sua função”. A metodologia proposta foi aplicada em um Complexo Eólico localizado no Estado do Rio Grande do Sul e em dois Parques Eólicos localizados no Estado do Ceará, que possuem aerogeradores de fabricantes diferentes, de potência diferente, com configurações diferentes e instalados em locais com condições ambientais diferentes. Os resultados obtidos foram satisfatórios, comprovando a aplicabilidade e a replicabilidade da metodologia.

A utilização de Fontes de Energia Renováveis (FER) nas redes de distribuição modernas, como Geração Distribuída (GD) está ganhando espaço em relação a Geração Convencional (GC), o que impõe novos desafios no planejamento e operação. Uma abordagem promissora e a utilização de Sistemas de Armazenamento de Energia por Bateria (BESS) em coordenação com FER, visando otimizar o aproveitamento das FER e melhorar a operação da rede. Para lidar com o comportamento intermitente das FER, associados a operação do BESS, esta tese propõe um modelo Fluxo de Potência Ótimo Multi-período (MOPF) aplicado tanto ao problema de operação como ao problema de planejamento. O MOPF proposto e um problema não linear e não convexo, que envolve variáveis discretas (localização dos BESS - planejamento) e continuas (variáveis do sistema e do BESS - operação e planejamento). Essas características tornam desafiadora a solução do problema, seja por métodos aproximados ou exatos, ainda mais devido ao acoplamento temporal associado a operação do BESS. Nesse sentido, esta tese propõe uma modelagem do problema considerando gerações solar (GS), eólica (GE) e GC em redes de distribuição. Como resultado, três propostas foram apresentadas: (a) um modelo MOPF para a operação ótima de BESS com PV, WG e GC em um horizonte de 24 horas, considerando a operação do BESS com fator de potência diferente de um; (b) um modelo MOPF para a alocação e operação ótimas de BESS, trabalhando com fator de potência unitário, com PV em um horizonte de 168 horas; e (c) um algoritmo hibrido para minimizar perdas de potência ativa, considerando BESS trabalhando com fator de potência diferente de um, e alta penetração de geradores PV, visando a operação e planejamento. Os algoritmos foram implementados em AMPL e resolvidos com o solver Knitro para reduzir as perdas de potência ativa. Os testes, realizados em redes de 33 e 141 barras (Caracas), mostraram que, no sistema de 141 barras (paper 1), a coordenação de FERs e BESSs reduziu as perdas em até 77% (3,7928 MWh). No estudo da rede de 33 barras (paper 2), a alocação de 3 BESSs com operação semanal gerou uma economia de 1 MWh. No sistema de 33 barras (paper 3) foi uma redução de 42,19% (2,1811MWh) nas perdas ativas, considerando BESSs e FERs.

Neste projeto apresenta a proposta de pesquisa a ser desenvolvida como parte do programa de Pós-Graduação em Energia, ao nível de doutorado, junto ao Centro de Engenharia e Ciências Sociais Aplicadas da Universidade Federal do ABC, dentro da área de concentração Ambiente, Sociedade e Planejamento Energético, especificamente na linha de Planejamento e Operação de Sistemas Energéticos. O estudo proposto tem como principal interesse analisar a questão do nexo água, energia e alimento e a gestão de conflitos e cooperação em reservatórios de usos múltiplos especialmente em contextos onde diferentes interesses e demandas disputam o acesso e a utilização da água. No caso dos reservatórios de usos múltiplos, como o de Sobradinho, há uma diversidade de atores e setores envolvidos, como agricultura, abastecimento humano, geração de energia, entre outros. Essa variedade de usos pode gerar conflitos de interesses, uma vez que cada setor busca maximizar seus benefícios em relação ao uso da água. A gestão de conflitos nesse contexto busca equilibrar essas demandas, buscando soluções negociadas e formas de cooperação entre os diferentes atores envolvidos. Isso pode envolver a definição de regras de uso da água, distribuição equitativa dos recursos e mecanismos de resolução de conflitos. O método Transboundary Water Interaction Nexus (TWINS) foi proposto pelo autor Mirumachi em 2015 como uma abordagem para analisar as interações entre diferentes usos da água em contextos transfronteiriços. Este se baseia na interconexão entre três elementos principais: água, energia e alimentos, que são considerados cruciais para a sustentabilidade e segurança hídrica, e são analisados em conjunto para entender as implicações de suas interações. O objetivo principal é entender como as ações e decisões relacionadas à água em um reservatório de águas compartilhadas afetam os diferentes setores e atores envolvidos. O método busca identificar as sinergias e trade-offs entre os diferentes setores, levando em consideração as necessidades, demandas e interesses dos países envolvidos. Uma das principais vantagens do método é sua capacidade de fornecer uma visão abrangente e integrada das interações entre água, energia e alimentos em uma bacia hidrográfica. Ele permite a identificação de oportunidades de cooperação e compartilhamento de benefícios entre os envolvidos, bem como a compreensão dos potenciais conflitos e desafios. Quando aplicado a um reservatório de usos múltiplos, poderá ser utilizado para avaliar e planejar o gerenciamento da água de forma mais eficiente e sustentável. Ele permite analisar como a alocação de água para diferentes usos, como abastecimento humano, agricultura, geração de energia hidrelétrica, aquicultura, entre outros, pode impactar o equilíbrio e a sustentabilidade do sistema. Além disso, pode ajudar na identificação de potenciais conflitos de interesse e na promoção da cooperação entre os diversos atores envolvidos na gestão da água.

Para melhorar o desempenho de sistemas fotovoltaicos, estruturas de seguimento solar vêm sendo amplamente empregadas em usinas fotovoltaicas, assim como os módulos bifaciais que são a nova aposta do mercado solar. Na tecnologia bifacial, o processo de conversão de energia é afetado por fatores como o albedo e a altura de instalação dos módulos. A falta de estudos relativos à influência desses fatores na produtividade das usinas fotovoltaicas é uma barreira significativa para a expansão desta tecnologia no país. Este trabalho apresenta e compara resultados de simulações para uma usina fotovoltaica de 30 MW com módulos monofaciais e bifaciais, com e sem estruturas de seguimento solar na região Nordeste do Brasil e realiza uma análise de sensibilidade para determinar o efeito desses fatores na produtividade da usina. Ganhos do rastreador, ganhos bifaciais e ganhos do rastreador bifacial foram calculados e comparados para cada configuração. O ganho médio anual do rastreador é 9% para sistemas monofaciais e 8% para sistemas bifaciais. O ganho médio anual bifacial é 6,3% para sistemas fixos e 5,5% para sistemas móveis e a associação das tecnologias pode gerar ganhos entre 7 e 22%. O sistema monofacial com um rastreador solar supera um sistema bifacial inclinado fixo em 3,4%. A análise de sensibilidade demonstrou que os módulos bifaciais devem ser instalados a uma altura grande o suficiente para reduzir os efeitos de auto sombreamento, além disso, o aumento anual na produtividade das usinas bifaciais é diretamente proporcional ao albedo da superfície. Para a região, a altura ótima de instalação está entre 2,5 e 3,00 metros. Elevar a altura de instalação dos módulos em condições de baixo albedo pode maximizar os ganhos bifaciais para 8,4%. Em condições de alto albedo este ganho é maximizado entre 19% e 24%. O potencial da combinação dessas tecnologias pode aumentar a viabilidade técnica das usinas fotovoltaicas no Brasil.

O conceito dos Reatores de Sal Fundido (MSRs) tem seus estudos retomados por apresentar-se como um dos conceitos mais promissores da Geração IV para uma implantação a curto prazo, em grande parte devido às suas características sustentáveis e versáteis de seu combustível utilizado, permitindo a introdução do ciclo do tório. Apesar de toda a experiência obtida pelo ORNL e os progressos alcançados na última década, existem muitas oportunidades abertas para pesquisas relacionadas à tecnologia do sal, reprocessamento e métodos computacionais para simular esse sistema. Os MSRs, cujo conceito inovador utiliza um combustível líquido em movimento em seu núcleo, não permitem o uso de modelos comumente utilizados para descrever os processos nucleares e, portanto, novas metodologias devem ser investigadas.

Para isso, foram analisados os parâmetros neutrônicos do reator conceitual Molten Salt Reactor Heterogêneo (ou Dois-Fluidos), utilizando o código Serpent para solucionar a Equação de Transporte Linear de Boltzmann, e assim obter as densidades de potência do reator, que foram então adicionados em uma simulação do escoamento e transferência de calor, modelado com o auxílio do código CFD ANSYS-CFX®. Esta simulação tinha por finalidade a obtenção da variação de temperatura e densidade no núcleo, resultados ao quais interferem diretamente na neutrônica do reator. Os resultados evidenciaram significativas variações presentes na temperatura e densidade, e por esta razão a simplificação para um resultado homogêneo levaria a expressivos erros em algumas regiões no núcleo. Ademais, o fluxo obtido para a geometria modelada mostrou que a termalização do fluxo na região do sal fértil beneficia a produção de 233U, garantindo bons resultados operacionais para o sistema, além de uma eficiente troca de calor e geração de potência. É evidente a importância de se acoplar ambos os modelos neutrônicos e fluidodinâmica para uma análise meticulosa desse tipo de reator, fazendo-se necessário novas iterações com o objetivo de convergência dos resultados e a determinação final dos parâmetros do modelo estudado

Uma Política Nacional de Biocombustíveis que ofereça previsibilidade e sustentabilidade econômica; com efeitos ambientais e sociais; comprometendo-se na redução significativa de emissão de gases de efeito estufa; e, principalmente, isento de ônus e impostos, tanto para o produtor como para o distribuidor e todos os stakeholders envolvidos.  Neste sentido, em 2017 foi lançado o programa de descarbonização, nomeado RenovaBio. Tem como foco o aumento no consumo de biocombustíveis e sua expansão na matriz energética brasileira. O termo biocombustível é utilizado para qualquer combustível derivado de biomassa (cana-de-açúcar, soja, entre outros) e aliado às tecnologias renováveis tornam-se fundamentais, no que diz respeito ao futuro do planeta. Nesse contexto, o Brasil mostra-se altamente competitivo e próspero na produção de biocombustíveis, devido a sua abundância e diversidade de matérias primas. Deve-se ressaltar que, no Brasil, a produção de etanol a partir de cana-de-açúcar é um exemplo de atividade economicamente viável. O objetivo dessa pesquisa é investigar os impactos do Programa RenovaBio proporcionará ao Brasil como Política Nacional de Biocombustíveis nos macro e micro ambientes do setor de biocombustíveis. Para essa discussão será feito um levantamento na literatura e documentos relacionados ao setor de biocombustíveis. Com isso, espera-se aumentar a compreensão sobre o desenvolvimento econômico do setor de biocombustíveis e o impacto que os créditos de carbono podem ter no âmbito social e econômico.

Este trabalho analisa a influência da presença de geração solar fotovoltaica, conectada por meio de inversores, no desempenho dos dispositivos de proteção de um consumidor alimentado pela rede de média tensão da distribuidora local. O trabalho discute aspectos importantes relacionados às proteções exigidas para esse tipo de instalação e estabelece critérios para a modelagem dos inversores no programa computacional SINAP. Nas simulações executadas foi utilizada a base de dados de uma rede de distribuição real, bem como a representação detalhada da instalação elétrica do campus Santo André da UFABC. Após a precisa modelagem da rede elétrica e simulações de ocorrências de defeitos na mesma, foi possível analisar se a presença de geração fotovoltaica requer alterações dos critérios de parametrização das funções de proteção para atender os requisitos de coordenação, almejados e exigidos por norma. Adicionalmente, considerando os resultados observados, foram levantados alguns aspectos importantes com relação à necessidade da uniformização dos esquemas de proteção exigidos pelas distribuidoras de energia. Discussões e comentários a respeito dos resultados observados são apresentados no texto, juntamente com as simulações realizadas e alguns ensaios práticos.

O transporte pneumático pode ser definido como um processo capaz de deslocar materiais sólidos como pó ou granulados, cuja fonte de energia é o escoamento de gás. O deslocamento do particulado ocorre por diferencial de pressão ao longo de uma tubulação, de forma que o gás transporta as partículas da região de maior pressão para a região de menor pressão. Este trabalho aborda o desenvolvimento, a modelagem e a otimização de um equipamento utilizado em sistemas de transporte pneumático para uso industrial. Trata-se de um alimentador de dimensões reduzidas para abastecimento de sólidos de capacidade industrial, projetado para utilizar ar comprimido como força motriz. O principal objetivo deste trabalho é analisar e otimizar a eficiência energética desta tecnologia de manuseio de materiais sólidos por sistemas de transporte pneumático. O transporte pneumático do material particulado pesquisado aqui, dar-se-á em fase densa com aplicabilidade para uso em diferentes segmentos industriais, tais como alimentício, minério e cinzas, para o transporte de pós, sementes, pellets e granulados, haja vista que mais de 70% de todos os produtos industriais são particulados em alguma etapa. A metodologia deste trabalho parte da investigação do estado da arte do transporte pneumático através de fluido gás. A etapa experimental do projeto de pesquisa ocorreu no Laboratório de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação industrial da empresa Zeppelin Systems Latin America Equipamentos Industriais LTDA, que é conveniada à UFABC, e é responsável pelo desenvolvimento do equipamento em seu centro de PD & I, onde este projeto é chamado de Batchpump. Os experimentos iniciaram com a caracterização e o planejamento experimental em diferentes condições de operação. Foram aplicados métodos para a validação dos testes de transporte através do tratamento de dados de sensores de vazão, pressão, tempo e massa, de maneira a investigar os comportamentos dos escoamentos do alimentador pressurizado, para assim, avaliar o equipamento e sua viabilidade. Em seguida foi definida a parametrização de operação do sistema pneumático em escala industrial contínua e posteriormente a otimização da eficiência energética. Os resultados validaram o equipamento como uma alternativa prática e vantajosa em termos de espaço necessário ao vaso de pressão clássico nos projetos industriais de sistemas de transporte de materiais sólidos particulados em bateladas. O método foi testado e aplicado a um sistema de transporte pneumático industrial, composto por um vaso de pressão compacto de volume de 100 L, que introduz material em uma tubulação de 133 m de comprimento com diâmetro de 3 pol. É demonstrada a possibilidade de controlar o sistema com o mínimo de dois parâmetros de entrada: limitando a pressão e fluxo de ar de transporte, determina-se a respectiva potência consumida e taxa de transporte. A razão entre os dois últimos parâmetros determina a eficiência energética do processo. Comparativamente com o vaso de pressão usado em transporte pneumático convencional, o Batchpump traz significativas vantagens práticas tais como redução em complexidade de operação, menor dimensão do equipamento e menor custo de aquisição.

No Brasil, para realização do planejamento da operação da geração de energia elétrica do sistema hidrotérmico de potência , são utilizados modelos computacionais que necessitam de informações relacionadas ao recurso energético, como a previsão da quantidadade de água que poderá estar disponível nos reservatórios das Usinas Hidrelétricas (vazão natural afluente), do combustivel e da disponibilidade de Usinas Térmicas, bem como, da previsão de carga para o período de planejamento. Como dados de saída, os modelos produzem a programação da operação destas Usinas e o Custo Marginal de Operação, ou seja, custo por unidade de energia elétrica produzida para atender um acréscimo de carga no sistema. Destaca-se que a disponibilidade futura de água nos reservatórios está associada à aleatoriedade das vazões naturais afluentes aos mesmos, de modo que tornam-se necessários modelos de previsão de vazão que forneçam cenários de afluências cada vez mais confiaveis permitindo assim a projeção de atendimento de demanda mais confiável e segura. Portanto, pode-se perceber que há forte dependência de questões climática neste processo, pois variações nas médias da precipitação pluviométrica e temperatura, poderão impactar diretamente a disponibilidade de água para geração de energia elétrica, podendo influenciar de forma severa as tomadas de decisões operativas em sistemas com grande predominância hidrelétrica quando não se faz uma planejamento adequado do recurso energético disponivel. Baseado neste contexto, este trabalho investigou a influência da utilização de índices climáticos de teleconexões como variáveis exógenas em modelos de previsão de vazões naturais afluentes no Brasil, utilizando modelos de aprendizado de máquina e autoregressivos para catorze Usinas Hidrelétricas localizadas em diferentes regiões no território brasileiro. Os resultados alcançados indicaram que há uma significante correlação, entre os índices climáticos adotados, as localizações das usinas hidroelétirca e os modelos adotados. Finalmente, conclui-se que esta metodologia que propõe incluir índices climáticos aos modelos de previsão de vazões naturais afluentes às usina é bastante promissora e poderá auxliar os agentes do setor elétrico na tomada de decisõs e terá, como consequência, uma determinação de operação que garanta ao consumidor final mais segurança energética.

Neste trabalho é apresentada uma proposta para um Controle Preditivo Generalizado
Aplicado ao Conversor do Lado da Rede de Turbinas Eólicas para o Fornecimento de
Serviços Ancilares. Se busca permitir que o DFIG seja capaz de perceber mudanças na rede
e Gerar energia extra suficiente para ajudar a restaurar a frequência do sistema. Como
resultados da investigação, são apresentadas duas publicações, um capítulo de livro,Análise
Magnética Utilizando o Método dos Elementos Finitos para Geradores de energia Eólica,e
um artigo, Controle Preditivo Generalizado Aplicado ao Lado do Conversor de Rede,
conclui-se que o método dos elementos finitos representa uma técnica precisa e não invasiva
para analisar o funcionamento de geradores eólicos e é uma ferramenta poderosa para
o projeto de máquinas elétricas em aplicações de geração eólica. O controlador GPC
proposto é uma solução adequada para permitir o suporte de frequência de aerogeradores
baseados em DFIG em microrredes. Propõe-se continuar a investigação testando o a
estratégia de controle (GPC) para o conversor do lado da rede (GSC) com o gerador de
indução duplamente alimentado (DFIG) na bancada, verificando a capacidade de suporte
de frequência, corroborando os resultados com os resultados simulados.

A indústria têxtil demanda por processos de estamparia cada vez mais ágeis e menos agressivos ao meio ambiente. Nesse cenário, a impressão digital, com a técnica de impressão de transferência por sublimação, apresenta-se como uma opção viável para utilização em substratos têxteis de fibras sintéticas. Dentre as fibras sintéticas, destacam-se as fibras de poliamida (PA), por serem leves e macias, resistentes ao uso e com absorção moderada do suor corporal, porém, é necessário tratamento superficial antes da sublimação para apresentar bons resultados de solidez à lavagem e intensidade de cores. Esta tese aborda a modificação da superfície do substrato têxtil do PA 6.6 por ativação de plasma não térmico à pressão atmosférica para receber o tingimento pelo método de sublimação com corante disperso. A ativação da superfície da malha de PA 6.6 foi realizada com a aplicação de plasma à pressão atmosférica no equipamento Plasmatreater AS400. Os efeitos da sublimação foram avaliados pela solidez à lavagem e testes de Colorimetria. Para a verificação dos efeitos da molhabilidade da amostra de controle e da amostra tratada, a medição do ângulo de contato foi realizada na PA 6.6. Para comprovar as mudanças nos grupos funcionais da fibra, foi realizada a espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os resultados mostraram uma diminuição no ângulo de contato da superfície têxtil, resultados de 4-5 na escala de cinza para mudança de cor e na transferência para lavagem e um aumento na força de cor. Nos testes FTIR, observa-se o aumento no valor de transmitância dos grupos aromáticos, carboxílicos (C=O, 580 cm-1), amidas (N=H, 1630 cm-1) e grupos metílicos (CH 1369 a 1463 cm-1), assim como a presença de novos grupos funcionais nas bandas de 3064 cm-1 e 2860 cm-1. Estas condições permitiram a sublimação na malha de poliamida 6.6, apresentou aumento da força colorística com boa solidez à lavagem e ainda tornando o este produto têxtil uma alternativa sustentável.

A destinação e o tratamento de biomassa têm se tornado uma preocupação crescente em todo o mundo, e o Brasil, devido às suas proporções e características, é um grande produtor de resíduos desse tipo. O país se destaca mundialmente na produção de etanol e açúcar a partir da cana-de-açúcar. No entanto, durante esse processo de produção, grandes volumes de resíduos são gerados, como a vinhaça (10-15 litros por litro de etanol) e a torta de filtro (30-40 kg por tonelada de cana-de-açúcar moída). Uma grande preocupação é a destinação final inadequada desses resíduos, que têm um alto potencial poluidor.

O processo de digestão anaeróbia tem sido considerado uma forma de tratamento e recuperação energética desses resíduos. No entanto, esse processo pode apresentar limitações que podem ser superadas por meio da codigestão de diferentes tipos de substratos, proporcionando um balanço de nutrientes mais favorável. Neste estudo, realizou-se uma caracterização dos resíduos (vinhaça e torta de filtro) e avaliou-se o potencial de produção de metano por meio da mono e codigestão desses resíduos.

Foram utilizados resíduos provenientes de duas usinas diferentes do estado de São Paulo, e foram realizados ensaios para determinar a melhor relação entre vinhaça e torta de filtro nos reatores, bem como o efeito do pré-tratamento termoalcalino da torta de filtro.

 Além disso, testou-se o efeito da codigestão da vinhaça com o aguapé (Eichhornia crassipes), uma planta considerada invasora devido à sua capacidade de proliferação em cursos d’água.

O transporte pneumático é amplamente utilizado por diversos segmentos industriais. Suas vantagens englobam flexibilidade nas rotas de transporte, transporte em longas distâncias, redução de poluentes, quando comparados com transportes mecânicos. Entre suas desvantagens, é possível destacar seu alto consumo energético devido a utilização de grandes quantidades de ar comprimido. Estudos para melhorar a eficiência dos sistemas de transporte pneumático são realizados constantemente, porém a inexistência de modelos unificados indica a necessidade de analisar diversos modelos. Entre estes estudos, destacam-se os estudos que impactam o consumo energético, a queda de pressão e velocidade do gás. Foi realizado uma revisão sistemática da literatura coletando artigos de três bases acadêmicas e graduando-os de acordo com palavras chave a fim de obter equações experimentais preditivas de velocidade, queda de pressão e o fator de fricção de sólidos. Houve coleta de dados experimentais com um sistema de transporte pneumático com um protótipo de alimentador de sólidos desenvolvido pela empresa Zeppelin Systems Latin America, chamado de ejetor pressurizado Batchpump. Este protótipo é similar a um pequeno vaso de pressão, para transporte de material em bateladas de 100L. A instalação de transporte era composta de uma tubulação de 133m de comprimento e 3 polegadas de diâmetro, 5 curvas de 90º e uma curva de 180º, todas de raio longo, para transporte de calcário calcítico moído. As equações coletadas na bibliografia foram confrontadas, identificando o que cada autor considerava diretamente ou inversamente proporcional, e identificou-se que a maioria das equações convergiam neste quesito, mesmo com alteração da intensidade desta influência, por se tratar de equações experimentais. Calculou-se os coeficientes experimentais de cada equação de fricção de sólidos e constatou-se a inadequação de utilizar este fator de fricção de sólidos como uma constante, sendo necessário utilizar equação de predição de comportamento com base em outras variáveis, como razão de sólidos e velocidade. Esta alteração implicou uma redução do erro médio de 35% para 10%, o que impacta na capacidade de predição de um sistema de transporte e consequentemente na otimização deste sistema, tendo uma maior possibilidade de trabalhar em pontos de maior eficiência energética

O sistema elétrico brasileiro, tipicamente hidrotérmico, possui um perfil operacional formulado pela estratégia básica de otimização econômica, buscando determinar quais unidades geradoras termoelétricas e quais quantidades de energia cada uma deve produzir, a fim de suprir a demanda a custos mínimos. O custo do combustível das unidades termoelétricas no problema do despacho econômico (DE), pode ser modelado através de uma função quadrática, entretanto, deve considerar efeitos realísticos observados no funcionamento das unidades, sobretudo secundários, tais como: o efeito do ponto de válvula, operações com múltiplos combustíveis e zonas de operações proibitivas. Estes efeitos impõem ao problema de DE um maior nível de complexidade. Assim, o problema pode apresentar funções não lineares, não convexas, descontínuas e não diferenciáveis; logo, é essencial o emprego de ferramentas confiáveis de otimização, capazes de prover celeridade e precisão na obtenção de valores ótimos do problema abordado. Neste cenário, o presente trabalho tem como objetivo realizar o emprego de otimização clássica, implementada a partir de programação matemática e baseada em Programação Não Linear Inteira Mista. A modelagem proposta foi implementada em linguagem de programação AMPL. A otimização é alcançada utilizando o solucionador Knitro com o uso o algoritmo Branch-and-Bound para tratar as variáveis discretas. Nas análises, foram utilizados sistemas testes amplamente adotados pela literatura especializada, onde unidades termelétricas são modeladas considerando suas restrições operacionais. Os resultados obtidos, quando comparados com outros trabalhos que empregam diversas técnicas de otimização, demonstram que a técnica alcançou êxito considerável na otimização dos sistemas analisados, com resultados superiores ou próximos aos obtidos pelas técnicas abordadas no estudo comparativo, e com tempos de processamento satisfatórios. Um sistema teste foi proposto para analisar diversas restrições realísticas, com o objetivo mensurar os erros introduzidos na solução, quando restrições realísticas são negligenciadas na modelagem do problema. Outra contribuição é o emprego de plataformas conhecidas e consolidadas na área de programação, o ambiente de programação AMPL e a ferramenta Knitro ao despacho econômico, a fim de aplicar suas potencialidades ao problema de otimização proposto.

O armazenamento de energia hidrelétrica por bombeamento é a tecnologia em escala mais difundida e madura disponível atualmente. Provavelmente continuará sendo uma solução competitiva para sistemas de energia modernos baseados na alta penetração de energias renováveis, como solar fotovoltaica e eólica. O objetivo geral deste trabalho é analisar a possibilidade de implementar usinas hidrelétricas por bombeamento com água do mar (UHBAM) no litoral brasileiro. Para isto, foram avaliados quais os melhores locais para construção de UHBAM na costa brasileira considerando os impactos ambientais relacionados a este tipo de empreendimento. Foi tomado um estudo de caso em que se apresenta a relação ideal no dimensionamento do reservatório, das bombas e turbinas contendo simulações do fluxo diário de energia e água. Por fim, foi analisada a viabilidade técnica e regulatória relacionadas ao sistema híbrido proposto. Devido ao interesse em aproveitar as águas do oceano, foi adotada a topologia T4 que considera o próprio mar como reservatório inferior. Os resultados do estudo de caso mostram que existem 44 locais na costa litoral de São Paulo que atendem os requisitos de altitude e distância para implementação deste tipo de tecnologia.

Este trabalho aborda o problema da previsão de vazões naturais afluentes aos aproveitamentos hidrelétricos e às bacias hidrográficas. Considerando que não se contemplam a construção de novas usinas hidrelétricas com reservatórios, o tempo necessário para recuperar os reservatórios das usinas existentes entre as épocas chuvosas e secas é cada vez maior, portanto, a previsão de vazões deve ser feita com a maior acurácia possível. A metodologia empregada pelos modelos utilizados para o planejamento e operação do Sistema Interligado Nacional é compatível com modelos de previsão de vazões e de geração de cenários hidrológicos. Dentre os modelos utilizados para previsão de vazões, valem citar os modelos físicos, estatísticos e os baseados em sistemas inteligentes. Apesar de esses modelos serem constantemente aprimorados, a acurácia obtida para algumas usinas e bacias hidrográficas apresentam grandes desvios, que, consequentemente, são incorporados aos modelos de planejamento e operação. Os efeitos econômicos desses desvios aumentam o custo de geração da energia elétrica, que aumenta o valor da tarifa paga pela sociedade. Neste contexto, com a motivação de se obter resultados melhorar a acurácia na etapa de previsão de vazões, propõe-se dois modelos de aprendizado de máquina: um baseado na metodologia de Time Delay Neural Network (TDNN), e outro baseado na metodologia Long Short Term Memory (LSTM). O primeiro foi desenvolvido em código aberto na linguagem Java, e para o segundo foi feita a implementação de uma aplicação desenvolvida em Python ao caso das bacias hidrográficas brasileiras. Ambas as metodologias aplicadas obtiveram resultados superiores aos modelos físicos e estatísticos atualmente em uso.

O aumento da demanda de energia, mundialmente, tem tornado cada vez mais urgente e necessário o gerenciamento do consumo de energia elétrica nas residências. A redução do custo de eletricidade é um dos grandes desafios da demanda energética e está diretamente relacionada às medidas de eficiência energética. Uma forma de reduzir o custo de energia das residências é utilizar técnicas para o monitoramento e controle automático de cargas através do conceito de rede inteligente. Uma parte dessa inteligência pode ser implementada através de técnicas de otimização bioinspiradas de baixa complexidade, como o algoritmo genético, otimização por colônia de formigas, algoritmo de polinização de flores ou otimização por enxame de partículas. Especificamente, a otimização por enxame de partículas tem se destacado na solução de problemas de resposta de demanda pela sua eficiência em gerar soluções otimizadas, apresentando resultados robustos e esforços computacionais reduzidos. Neste contexto, o presente trabalho propõe o uso da técnica de otimização por enxame de partículas para reduzir os gastos com eletricidade em residências, levando em consideração as restrições de operação das cargas, definidas pelo consumidor e pelo operador da rede, e a aplicação de um programa de DR baseado em preços estabelecido pela concessionária. Adicionalmente, é proposto um método complementar para permitir o uso de veículos elétricos para o fornecimento de energia nas residências nos horários de tarifa intermediária e de pico de modo a reduzir o consumo de energia da rede e os gastos com eletricidade.

O uso de sistemas que geram energia limpa e renovável, é uma das interferências que, a longo prazo, podem substituir o uso de energia proveniente de fontes finitas fósseis. Essa medida contribui para a preservação dos recursos naturais e redução da concentração de gases poluentes na atmosfera, o que auxilia no controle do efeito estufa e aumento da qualidade de vida. No Brasil, mesmo as regiões com menores índices de radiação solar apresentam grande potencial de aproveitamento energético, fator importante para a implantação de sistemas que utilizam energia solar. No ABC Paulista há duas usinas solares fotovoltaicas instaladas (Santo André e São Bernardo do Campo), porém há poucos trabalhos publicados a respeito do potencial solar dessa região. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a caracterização do potencial solar do ABC Paulista para geração de energia elétrica utilizando dados de radiação solar observados em Estações Meteorológicas Automáticas (EMAs) no ABC e em seu entorno. Também se utilizou dados de radiação solar derivados de reanálise climática do modelo TerraClimate e dados de radiação calculados pelo programa SunData v.3.0.  Após a extração e tratamento dos dados de radiação solar, os dados foram apresentados em séries de média horária e média mensal para irradiância solar (W/m²), e séries de média diária, média mensal e média anual para irradiação solar (kWh/m²).Com base nos dados observados de irradiância solar, os maiores valores encontrados foram nas EMAs Ribeirão Pires, São Bernardo do Campo (UFABC), São Bernardo do Campo (CETESB), Santo André-Camilópolis, Vila Vitória, Paraíso e Tanque de Detenção, respectivamente. Para os dados observados de irradiação solar, as maiores médias foram encontradas nas EMAs Ribeirão Pires, IAG, Mirante, Interlagos, São Bernardo do Campo, Santo André-Camilópolis, Vila Vitória, Paraíso e Tanque de Detenção. Enquanto que para os dados do programa SunData v3.0, os municípios que apresentaram maiores médias foram São Caetano do Sul, Diadema, São Bernardo do Campo/ Santo André, Mauá/ Rio Grande da Serra e Ribeirão Pires. Em conclusão a esse estudo, haverá a validação do programa SunData v3.0 e do modelo numérico TerraClimate, através dos valores obtidos pelas EMAs. Também serão apresentados três cenários (conservador, otimista e pessimista), quantificadores do potencial de energia solar nos municípios do ABC Paulista.

O sistema elétrico de potência atravessa um momento de mudanças. Alterações na legislação tornaram possível a conexão de geradores distribuídos (GDs) na rede e unidades que apenas consumiam potência passam a injetá-la na rede. A geração fotovoltaica vem crescendo nos últimos anos e já é a fonte mais utilizada como geração distribuída no Brasil. Uma das principais preocupações ao se conectar um GD na rede é o ilhamento não-intencional, que ocorre quando uma porção da rede contendo GD e cargas permanece eletrificado, porém eletricamente isolado do restante da rede. Neste caso, o fornecimento de energia do GD não tem supervisão da rede. Quando tal situação não é identificada pelas proteções existentes, além de problemas com a qualidade da energia, podem ocorrer acidentes, já que há uma parte da rede que está energizada indevidamente. Este trabalho visa apresentar e comparar duas metodologias para a detecção de ilhamento de geradores fotovoltaicos. A primeira metodologia é baseada em redes neurais artificiais (RNAs), sendo a detecção realizada por meio de uma análise do sinal de tensão no ponto de conexão entre a instalação considerada e a concessionária. Já a segunda metodologia proposta utiliza Transformada Discreta de Wavelet (TDW) para detectar o ilhamento, também analisando o sinal de tensão no ponto de conexão com a concessionária.

No final deste trabalho, são apresentados os resultados dos algoritmos propostos diante de situações de ilhamento, bem como testes para delimitar os limites de operação de cada algoritmo, sendo possível constatar o bom desempenho de ambas as técnicas. Os algoritmos responderam corretamente em 100% dos casos práticos avaliados, mesmo frente a situações de baixo desbalanço de potência. O tempo de detecção foi baixo para ambas as técnicas, ficando entre 0,06 s e 0,09 s.

O estudo experimental em engenharia permite validar modelos e analisar fenômenos complexos. Nesse sentido, a montagem de um aparato experimental é essencial e envolve a aplicação de várias técnicas de engenharia e um conhecimento profundo do que se quer estudar experimentalmente. Devido a não haver modelos analíticos de elevada predição, o estudo de turbinas de eixo vertical Savonius se baseia em uma abordagem numérica e experimental. Nesse sentido, a utilização de canais aerodinâmicos em estudos de turbinas eixo vertical do tipo Savonius permite a aquisição de dados de dinâmica de turbinas capazes de validar estudos teóricos ou até mesmo de mostrar fenômenos de difícil modelagem. O presente trabalho consiste em controlar e automatizar um canal aerodinâmico para realizar testes experimentais em microturbinas eólicas do tipo Savonius. Para isso, foram construídos modelos da dinâmica da turbina, do dispositivo de frenagem e do sistema de geração eólica do canal aerodinâmico disponíveis no Laboratório de Energias Renováveis da UFABC. Estes, quando compilados, permitiram a construção de um controlador capaz de operar turbinas em diferentes pontos de operação de forma estável, sendo possível a aplicação de cargas mecânicas para a verificação de parâmetros aerodinâmicos. Como resultado da automação e controle do canal, foi possível obter resultados da dinâmica de partida da turbina, modelar esse fenômeno e validá-lo com os resultados apresentados na literatura.

Muitos estudos vêm sendo produzidos sobre aplicações de sistemas de aquecimento solar em processos industriais, para identificar usos potenciais e justificar ou motivar sua expansão. No entanto, embora haja casos relatados dessa aplicação em diferentes setores industriais, eles ainda são poucos, diante do parque industrial existente. Várias barreiras que dificultam ou impedem maior divulgação e aplicação dos sistemas de aquecimento solar foram identificadas: complexidade para integração aos processos industriais existentes; falta de conhecimento de empresários e demais tomadores de decisão sobre essa tecnologia, o que os leva a nem mesmo considerá-la como uma possibilidade; escassez de ferramentas computacionais de cálculo fáceis de serem utilizadas por pessoas não técnicas, para dimensionamento, custeio e análise de viabilidade preliminares dos projetos. Assim, o objetivo geral deste trabalho de pesquisa é propor uma metodologia para selecionar, dimensionar, integrar e estimar a viabilidade financeira de sistemas de aquecimento solar para aplicação em processos industriais, visando criar meios de ajudar a superar, ao menos em parte, as barreiras mencionadas. Para o dimensionamento da área do campo de coletores solares necessária, foi utilizado o Método da Carta F (F-Chart); finalmente, para realizar a análise econômica do projeto foi aplicado Método do Custo do Ciclo de Vida (Life Cycle Cost - LCC). Para a seleção do ponto de integração do sistema de aquecimento solar ao processo industrial foram consideradas as recomendações do Integration Guideline – IEA SHC Task 49. Os parâmetros geográficos, demográficos e climáticos do estado de São Paulo foram obtidos em coleta de dados secundários em fontes públicas. Para testar a metodologia e a ferramenta de projeto, foi apresentado um estudo de caso em uma indústria. Os principais resultados obtidos mostraram que para o caso estudado, a demanda de calor do processo foi estimada em 3.866 MJ/dia, a área estimada para o campo de coletores solares foi de 465m², fração solar f= 0,823 para coletores de placas planas; 399m², f=0,682 para coletores de tubos evacuados; área coletora de 443m² e 465m² para coletores de calha parabólica e linear Fresnel, respectivamente, para fração solar f=0,70. O sistema de coletores de placas planas mostrou-se o mais viável financeiramente, projetando para um Ciclo de Vida de 20 anos VPL = R$3,88 milhões e payback descontado de 5 anos ao custo médio ponderado de capital de 9,2%. A redução de consumo e gasto anual de Gás Natural foi estimada em 42,9m³/ano e R$ 220,76mil, porém com uma limitação à temperatura de aquecimento em relação à demanda de temperatura do processo. O sistema de coletores de tubos evacuados supera essa limitação e projeta VPL = R$3,55 milhões, payback de 6 anos, redução de consumo e gasto de Gás Natural em 42,0m³/ano e R$ 216,2mil ao ano.

O gerenciamento de resíduos sólidos tornou-se nas últimas décadas um tema de
grande preocupação para os gestores públicos de todo o mundo, dado que, cada vez são
produzidos mais resíduos de diferentes tipos, muitos de complexo tratamento e eliminação.
Como parte da solução deste problema, a gestão integrada e sustentável dos resíduos sólidos
urbanos (GIRS) considera as ações relacionadas à prevenção, geração, coleta, disposição
e reaproveitamento dos resíduos como as apropriadas para o correto gerenciamento dos
mesmos. No entanto, estas ações têm sido tratadas setorialmente e de maneira desarticulada,
obstruindo uma visão global do problema. Na atualidade, o uso de ferramentas como a
análise de ciclo de vida- ACV, tem auxiliado aos gerentes e governantes, na escolha do
sistema de gestão de residuos mais adequado; que se adapte às necessidades, normas e
regras especificas de cada lugar. No caso da gestão dos RSU, esta ferramenta permite
medir o impacto ambiental produzido pelos sistemas de coleta, tipos de tratamentos e
disposição dos RSU; auxiliando assim, aos tomadores de decisão na escolha da estratégia
correta para a gestão dos residuos. Este trabalho tem como objetivo avaliar e comparar o
desempenho ambiental dos processos de tratamento e disposição final dos RSU na região
do grande ABC, como parte do gerenciamento integrado dos residuos sólidos urbanos, com
o intuito de selecionar a estratégia de gestão mais apropriada para a localidade.

Este trabalho tem como objetivo apresentar 2 técnicas para implementação de PLLs na sincronização de redes monofásicas e trifásicas, na condição de falhas nos sistemas de distribuição, como afundamentos de tensão simétricos e assimétricos, desequilíbrio, distorções harmônicas e mudanças de frequência. O primeiro deles usa a técnica OCF como mais uma alternativa para estimar a sequência positiva do vetor de tensão no quadro αβ estacionário. A segunda técnica é apresentada como um novo método para calcular a posição angular da tensão da rede baseado em um conjunto discreto de ângulos, através do uso do FPS. As tensões de sequência positiva extraídas do filtro OCF são então tratadas por um algoritmo que é implementado com a técnica FPS para estimar o ângulo de fase. Sendo assim, para aprimorar o desempenho do algoritmo de PLL utiliza-se o filtro OCF para um procedimento de filtragem, baseado na estrutura de um SOGI, utilizando esse filtro para filtrar as tensões αβ estacionárias geradas diretamente pela estrutura do SOGI. Já o emprego da segunda técnica, FPS, tem a vantagem de o SRF-PLL não empregar controladores PI e, portanto, não sendo necessário o cálculo dos seus ganhos. Resultados obtidos em bancada com emprego de sinais afetados por diferentes distorções harmônicas e com tensões de afundamento semelhantes às obtidas em redes de energia sob condições de falhas validam as contribuições.

A humanidade tem engendrado esforços consideráveis na busca por fontes renováveis de energia, tanto pela segurança energética, pois fontes renováveis provém disponibilidade a longo prazo, como também pela redução do consumo dos combustíveis fósseis, grande gerador de gases do efeito estufa. Entre as diversas fontes renováveis disponíveis atualmente está o biogás, gerado naturalmente durante a decomposição anaeróbia da matéria orgânica. O biogás é composto principalmente por metano e dióxido de carbono, sendo produzido através de um complexo mecanismo onde atuam diversos grupos de micro-organismos, paralela e sequencialmente. Com o objetivo de maximizar a produtividade do biogás e aumentar seu teor de metano, de onde provém seu uso como fonte energética, é comum que sejam testadas diferentes combinações de substratos – matéria-prima do processo de biodigestão – ou que seja adicionado um inóculo catalisador da atividade detritívora. Essa tem sido uma grande fonte de pesquisa, e há diversos trabalhos publicados nessa área. Entretanto, a pesquisa da digestão anaeróbia requer mão de obra qualificada, equipamento específico e atenção diária, consumindo tempo e recursos preciosos. Adicionalmente, existem diversos modelos matemáticos, estatísticos e computacionais que têm o objetivo de prever a quantidade e a qualidade do biogás produzido a partir de características físicas e químicas dos substratos e inóculos utilizados. Entretanto, os modelos mais simples tendem a ser específicos de uma certa combinação de insumos, e os modelos mais completos exigem um grande número de parâmetros para uma adequada configuração, o que dificulta sua utilização. A proposta deste trabalho é desenvolver um simulador computacional do processo de biodigestão anaeróbia em escala laboratorial, que seja genérico o suficiente para ser utilizado com uma vasta gama de substratos e inóculos e ao mesmo tempo simples de ser utilizado, produzindo resultados satisfatórios de previsão e acompanhamento da produção de biogás a partir de um reduzido conjunto de parâmetros. O BioSim, simulador computacional de biodigestão anaeróbia, utiliza uma técnica de inteligência artificial denominada Simulação e Modelagem Baseada em Agentes, sendo composto de um banco de dados de substratos e inóculos, um módulo de configuração do experimento (com os parâmetros da pesquisa), o biodigestor virtual, onde são simuladas as reações bioquímicas da digestão anaeróbia, e um módulo de saída de dados, que fornece informações detalhadas do processo de produção de biogás. O BioSim permite a inclusão de um número virtualmente ilimitado de modelos de previsão e dados sobre substratos, podendo constituir assim uma base de informações rica e versátil sobre o processo de biodigestão anaeróbia. Nesse sentido, este trabalho procura contribuir de duas formas para o desenvolvimento da pesquisa científica: por um lado, pretende disponibilizar a pesquisadores na área de biogás uma plataforma amigável para previsão de experimentos de produção de biogás em escala laboratorial, e, de outro lado, acrescenta aos modelos de previsão já existentes uma nova opção, utilizando inteligência artificial aplicada à simulação da digestão anaeróbia.

Nos anos de 1970, em função da crise do petróleo, as discussões relacionadas ao
desenvolvimento sustentável, sob o ponto de vista estratégico, tornaram-se frequentes. A partir
desse período, o setor energético passou a ser analisado também de forma mais estratégica por
diversos motivos, entre eles configuram o desperdício e a ineficiência da sua produção e uso.
Na década de 1990 houve a criação da ANEEL que culminou na lei 9991/2000 que estabeleceu
regras quanto ao investimento em projetos de Eficiência Energética e P&D por parte das
concessionárias de energia elétrica. No período de 2008 a 2018 houve um investimento da
ordem de R$4.803.079.644,16 em projetos de eficiência energética no país divididos em
diversas tipologias. Percebe-se que os critérios e indicadores considerados mais relevantes para
análise dos projetos são os quantitativos, porém existem outros indicadores não quantitativos
relevantes para o desenvolvimento e análise desses projetos contemplados no Programa de
Eficiência Energética. Ao longo do tempo, ajustes foram realizados na lei, tendo como foco os
projetos voltados para a tipologia baixa renda. O objetivo deste estudo é realizar uma análise
estratégica de projetos de eficiência energética, da tipologia baixa renda, do período
compreendido entre 2016 e 2018, e estruturar um modelo de balanced scorecard com foco na
gestão estratégica de projetos por parte das distribuidoras de energia e da ANEEL.
Para tanto foi realizada pesquisa bibliográfica e documental acerca do tema eficiência
energética, lei 9991/2000 e programa de eficiência energética, além da busca de dados oficiais
da ANEEL acerca do assunto. A seguir iniciou-se o desenvolvimento do ranking dos projetos
aprovados no período de 2016 e 2018, utilizando os métodos de análise multicritério AHP e
TOPSIS, identificando assim o perfil dos mesmos e suas performances relacionados a critérios
estabelecidos como relevantes pelos atores do processo. A partir disso, como resultado desse
estudo, foram desenvolvidas duas estruturas de Balanced Scorecard que poderão auxiliar no
gerenciamento estratégico de indicadores para análise de eficácia da Lei nº 9.991 e do PEE,
bem como dos projetos implementados. Esses modelos de gerenciamento estratégico podem
ser utilizados pelos atores envolvidos no PEE, tendo como parâmetro a lei 9991/2000 dentro
do contexto do Programa de Eficiência Energética, levando em consideração fatores
quantitativos e qualitativos, tais como aspectos regionais, ambientais, econômicos e técnicos.

Este trabalho apresenta uma abordagem híbrida, que combina uma técnica de programação matemática exata com uma técnica meta-heurística bioinspirada, para otimizar a rede de distribuição com penetração de geração fotovoltaica (GF). A abordagem considera a reconfiguração da rede de distribuição (RRD) e o ajuste do fator de potência dos inversores fotovoltaicos, visando minimizar as perdas na rede. A metodologia utiliza a meta-heurística particle swarm optimization (PSO) para RRD, em que as variáveis de decisão são discretas, e um fluxo de potência ótimo (FPO) para ajuste do fator de potência dos inversores fotovoltaicos e manutenção dos limites de operação da rede, sendo este conjunto formado por variáveis contínuas. A abordagem híbrida proporciona bom desempenho, visto que aproveita as melhores características de ambas as técnicas. A abordagem híbrida foi comparada com duas propostas: uma exata, que utiliza um FPO associado à técnica de Branch and Bound; e uma aproximada, que utiliza a meta-heurística PSO. As metodologias foram implementadas utilizando a linguagem de modelagem algébrica AMPL® e resolvidas utilizando o solver KNITRO®. Os testes foram realizados em um sistema de distribuição de 33 barras com a adição da GF. A abordagem considera as variações nas potências geradas pelos sistemas fotovoltaicos e as variações nas cargas ao longo do dia. Os resultados indicam que a combinação do controle do inversor fotovoltaico e RRD podem reduzir as perdas de potência ativa, tendo sido obtido em alguns casos uma redução superior a 37%.

Diferentemente, dos geradores síncronos, os geradores eólicos, devido ao acoplamento à rede elétrica por conversores de eletrônica de potência, não apresentam resposta inercial. O crescente aumento de geração eólica conectada à rede elétrica provoca a redução da inércia do sistema, resultando em excursões de frequência maiores em casos de distúrbios no sistema. Com isso, um requisito que vem sendo adotado pelos operadores do sistema de vários países, inclusive já está presente no brasileiro, denominado de inércia sintética, requer suporte de frequência pelos geradores eólicos. Este requisito tem o objetivo de reduzir a frequência mínima alcançada pelo sistema em caso de distúrbios. Para provimento deste suporte, os geradores injetam parte da energia cinética de seu rotor na rede elétrica até que os reguladores de velocidade dos geradores síncronos restabeleçam a frequência. Após este restabelecimento, os geradores eólicos recuperam a energia liberada durante o período de suporte de frequência. Neste trabalho, é realizada uma análise do suporte de frequência realizado por geradores eólicos que empregam geradores de indução duplamente alimentados, dando ênfase no requisito atualmente em vigência pelo Operador Nacional do Sistema. Para isso, são realizadas simulações no ANATEM, software do CEPEL.

No Brasil, grande parte da energia elétrica é proveniente de geração hidroelétrica que tem como combustível a água, que de acordo com a Agência Nacional de Águas, apesar da abundância de água existente no país, há um desequilíbrio entre oferta de água em uma região e a demanda por esta na mesma região. Portanto, o gerenciamento dos reservatórios brasileiros enfrenta conflitos que envolvem a geração de energia elétrica e os usos múltiplos da água, tais como abastecimento de uma região ou mesmo navegação. A industrialização e o desenvolvimento econômico, em algumas regiões também, intensificaram o uso dos recursos hídricos, e contribuíram com o aumento da poluição das águas, uma vez que não se faz o tratamento adequado após seu uso para retornar aos rios e mananciais. A transferência de água entre rios e bacias é uma estratégia interessante para solucionar o conflito de usos múltiplos e o desequilíbrio entre oferta e demanda, além de proporcionar um melhor aproveitamento da produtibilidade de usinas hidroelétricas. A transferência de água provoca impactos ambientais tanto na bacia doadora quanto na bacia receptora, assim sendo, os impactos positivos da transferência devem superar os impactos negativos. Este trabalho analisou os  parâmetros de qualidade de água nos rios envolvidos no processo de transferência de água, usando o Índice de Qualidade das Águas (IQA), para que se possa fazer um estudo do ganho energético e econômico desta transferência. Inicialmente foi aplicada a metodologia de pesquisa bibliográfica e estudo de informações contidas em um modelo computacional desenvolvido para o planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de potência, o qual auxilia na definição da quantidade ótima de água a ser transferida entre rios e/ou bacias para que a usina hidroelétrica possa gerar ao longo do período de planejamento. Em seguida, foi identificado os aspectos ambientais gerados quando se opta pela transferência de água com o objetivo de aumentar a eficiência energética de uma usina. Para a transferência de água, determinada, foram calculadas as novas concentrações dos parâmetros do IQA, após a mistura de rios, e o novo IQA do rio receptor. O estudo foi feito para a transferência de água dos Rios Pinheiros e Tietê para o reservatório Billings, e apontou a necessidade de despoluição das águas para melhor aproveitamento da produtibilidade da usina de Henry Borden. A despoluição beneficiará a população da região metropolitana de São Paulo que é abastecida pelas águas dos reservatório Billings. A última etapa deste estudo foi o desenvolvimento de um módulo, em linguagem Java, que acoplado ao módulo que determina a transferência ótima de água entre rios e bacias, poderá dimensionar o impacto ambiental provado por este processo de tal forma a balizar a tomada de decisão dos agentes envolvidos nesta operação.

A geração distribuída foi regulamentada no Brasil em 2012 por meio da Resolução Normativa nº 482/2012, complementada posteriormente pela Resolução Normativa nº 687/2015, ambas estabelecidas pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), que proporcionaram um aumento crescente do número de unidades de geração distribuída a partir de então. Porém, essa expansão se deve predominantemente a instalações de unidades geradoras fotovoltaicas que corresponderam em junho de 2021 a 99,9% de todas as unidades geradoras de geração distribuída no país. O gás natural tem sido subutilizado neste meio, representando, no mesmo período, apenas 0,00002% das unidades geradoras. Este trabalho se propôs a analisar o cenário da micro e mini cogeração distribuída a gás natural, dos pontos de vista técnico, financeiro e regulatório, para compreender os principais desafios à sua expansão, então, suscitar alguns novos modelos e serviços aplicados ao setor elétrico que podem ajudar a viabilizar a micro cogeração a gás natural. Este estudo está delimitado à área de concessão da Companhia de Gás de São Paulo – Comgás, e os segmentos avaliados foram os hotéis, hospitais, academias/clubes e condomínios residenciais. As análises realizadas foram feitas com base em levantamento bibliográfico e por manipulação de dados disponibilizados pela ANEEL e Comgás. Os resultados apontaram que existe um potencial técnico considerável para a aplicação da tecnologia de micro e mini cogeração a gás natural na área de estudo, principalmente nos segmentos de academias/clubes e condomínios residenciais, que se beneficiam frente à concessionária de energia elétrica por seus perfis de demanda específicos (demanda térmica da mesma ordem de grandeza da elétrica). Além de um potencial técnico, a viabilidade financeira da implantação da tecnologia foi positiva nos casos analisados, apontando períodos de payback entre 3,1 e 5,4 anos, considerando uma tecnologia com duração média de 10 anos. Os principais desafios associados ao desenvolvimento da tecnologia foram a falta de políticas de incentivo, no Brasil, voltadas à aquisição e instalação do equipamento, isenção de taxas e impossibilidade de venda da energia gerada, que além de reduzir os benefícios da aplicação, muitas vezes a inviabilizam. Soma-se à ausência dessas políticas, o custo do gás natural comparativamente ao da eletricidade, a necessidade de nacionalização dos equipamentos, bem como a difusão dos conhecimentos de sua operação e manutenção, principais fatores que traduzidos em custos, torna difícil a viabilidade financeira. Por fim, novos modelos de aplicação do setor elétrico tais como, Microrredes, Virtual Power Plants e Resposta da Demanda foram identificados como possíveis modelos propulsores da viabilização da aplicação dos microgeradores a gás e de si próprios, beneficiando tanto o consumidor que o instala quanto o sistema elétrico como um todo.

Novas fontes de potência reativa têm sido conectadas nas redes de transmissão para melhorar o perfil de tensão e minimizar as perdas elétricas do sistema. Dentre essas fontes, os parques eólicos são uma opção para fornecer a energia reativa e contribuir com o controle dos níveis de tensão. Porém, a potência fornecida ao sistema por esses parques eólicos sofre variações por causa da velocidade do vento. Além disso, o sistema elétrico precisa de um maior suporte de potência reativa em alguns horários do dia por causa dos diversos padrões de consumo de energia elétrica dos habitantes. O objetivo deste trabalho é caracterizar as variações da velocidade do vento e da demanda correlacionadas por meio da teoria de Cópula, a fim de analisar as mudanças dos valores injetados de potência reativa que podem causar desvios no valor eficaz da tensão em cada barramento do sistema elétrico. A metodologia desenvolvida utiliza a distribuição de Weibull e Gamma para caracterizar os valores esperados da velocidade do vento e demanda de energia elétrica, respectivamente, durante a operação dos sistemas de transmissão. Essas distribuições são correlacionadas pela teoria de Cópula para criar uma nova distribuição de probabilidade que considere a possibilidade de ter variações correlacionadas de vento e com a demanda em um ponto de operação do sistema elétrico. A fim de analisar os impactos de tais variações no gerenciamento de reativos, os valores da distribuição obtida pela teoria Cópula são inseridos como dados de entrada em um modelo de fluxo de potência ótimo para obter uma amostra e criar intervalos de confiança dos valores de potência reativa injetada e de tensão em cada barramento do sistema elétrico. A metodologia proposta foi testada em um sistema de 140 barras da Espanha para analisar as variações de longa duração da tensão por causa de mudanças nos valores da velocidade do vento e demanda. Os resultados encontrados na proposta podem ajudar os operadores dos sistemas elétricos, nos estudos realizados dentro da análise da operação dos sistemas elétricos.

Petróleo e seus derivados têm um papel primordial na indústria moderna e a demanda por este energético tem relação direta com o desenvolvimento econômico, representando 33,1% da oferta de energia interna brasileira. Verificar a capacidade desta fonte prover excedente energético para a sociedade é imprescindível para segurança energética. O indicador de eficiência energética Energy Return on Investment (EROI), uma relação entre a energia obtida e a energia investida em um processo produtivo de um energético, é amplamente utilizado para esta finalidade. O EROI da produção de petróleo e derivados global tem diminuído com o passar do tempo devido às taxas de esgotamento dos reservatórios, tecnologias cada vez mais energointensivas para exploração e produção em reservatórios mais profundos em diversos países. No Brasil, este indicador teve um aumento entre os anos de 2010 e 2013 com o advento do pré-sal brasileiro e apresentam tendência de baixa a partir de 2014. O EROI médio da produção brasileira de petróleo, petróleo importado pelo Brasil, petróleo refinado domesticamente, diesel e gasolina brasileiros entre 2010 e 2019 foram respectivamente 28,43, 2,34, 23,92, 7,61 e 4,27. Em comparação com os dados encontrados para localidades, como EUA e China, o EROI de petróleo cru e diesel brasileiros se encontram acima da média, enquanto o da gasolina e petróleo importado se encontram abaixo da média.

O acesso à rede de transmissão por geradores e distribuidores é essencial na configuração desverticalizada do mercado de energia elétrica. Agentes reguladores buscam melhorar a relação entre os usuários da rede e seus operadores visando otimizar os investimentos, aumentar a confiabilidade e diminuir as tarifas. Nesse contexto, surge a necessidade de prever a utilização das redes de transmissão com a maior precisão possível para sinalizar corretamente para os planejadores e reduzir os custos tarifários dos usuários. Esse trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia de obtenção dos montantes de potência nos pontos de conexão entre os usuários e a rede de transmissão, além de um sistema de busca pelo menor encargo provável ou pelo nível de risco assumido. Para tanto, utilizou-se um método de fluxo de potência probabilístico por método numérico, com a busca pelo menor valor de encargo, juntamente com o risco associado. As entradas foram modeladas como variáveis aleatórias com funções de distribuição de probabilidade conhecidas. Altas concentrações de geradores eólicos foram consideradas e modeladas como distribuições do tipo Weibull. Dois sistemas conhecido, um de 6 barras e outro padrão IEEE-14 modificado foram utilizados como estudos de caso. Os resultados apresentaram os montantes por risco e por menor valor, servindo como ferramenta auxiliar à tomada de decisão pelos usuários. O método apresentado mostrou-se como uma interessante proposta para situações que necessitem de uma previsão dos montantes de uso do sistema de transmissão em médio e longo prazo, com a presença de geradores eólicos em especial.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um novo código computacional para realizar uma análise termohidráulica de reatores PWR com elementos combustíveis de varetas denominado THUNDER (Thermal-Hydraulic Unit of Numerical Development for Elements with Rod-bundles). Neste trabalho são apresentados os modelos físicos e matemáticos usados no código para desenvolver uma análise em regime permanente e transiente  do núcleo de um reator nuclear PWR. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia foram estabelecidas com base nas condições operacionais e geométricas do núcleo para fluxo monofásico e bifásico usando os modelos de subcanal e volume de controle, considerando arranjo quadrado para quatro tipos de subcanais (central, central com barra combustível, lateral, e do canto). THUNDER tem a capacidade de realizar uma análise tridimensional do núcleo inteiro, resolvendo simultaneamente as equações de conservação para cada volume de controle. Para o tratamento do fluxo bifásico, o código usa o modelo “drift flux model”. O código fornece informação detalhada das condições operacionais do núcleo e.g. temperaturas do refrigerante, revestimento e combustível, queda de pressão do núcleo, velocidade do refrigerante, fração de vazios, qualidade termodinâmica, fluxo crítico de calor, e começo da ebulição pelicular (DNBR). O código foi validado considerando dados experimentais do benchmark “PWR subchannel and bundle tests based on the OECD/NRC (PSBT)”, e cálculos realizados por outros códigos computacionais. A validação foi realizada para um elemento combustível de feixe de barras 5x5, baseada principalmente no cálculo da fração de vazios obtendo uma discrepância absoluta com os dados experimentais de 0.04 para regime permanente e 0.05 para regime transitório. Finalmente o THUNDER foi usado para avaliar os principais parâmetros termohidráulicos nos reatores nucleares Angra 2 (3.771 MWth). THUNDER reproduziu os resultados razoavelmente bem em relação ao benchmark assim como para resultados reportados para o reator de Angra II, indicando que o código executa uma análise termohidráulica para reatores com elementos combustível tipo vareta com um bom critério de aceitação.

Novas tecnologias têm sido desenvolvidas para a exploração de petróleo e gás natural, com
grande influência na geopolítica mundial. Tal desenvolvimento tem instigado até no maior
consumidor mundial de petróleo, os EUA, a intenção de se tornar autossuficiente em
combustíveis fósseis. Os bons resultados se devem à tecnologia conhecida como fraturamento
hidráulico, ou simplesmente fracking, que causa polêmica, devido às suspeitas de
contaminação do meio ambiente e seus impactos sociais e econômicos, tanto nos EUA como
na Argentina, únicos países que exploram o petróleo não convencional em larga escala no
mundo. Desperta, assim, o interesse da comunidade acadêmica, proporciona estudos que
visam o desenvolvimento de pesquisas que busquem respostas sobre os impactos sociais,
ambientais e econômicos da nova técnica. O objetivo desta pesquisa investigativa foi levantar
os impactos que envolvem a exploração do petróleo não convencional, já que o Brasil
demonstra interesse nesse procedimento, especificamente no Pontal do Paranapanema – SP.
Para alcançar o objetivo proposto, este trabalho contou com pesquisas de campo nos EUA,
Argentina e Brasil, que já teve áreas licitadas para a sua exploração. Além disso, a pesquisa
buscou dados qualitativos através do discurso do sujeito coletivo - DSC, com pessoas que
vivem o dia a dia da exploração nos EUA e Argentina, procurando trazer dados mais
próximos possíveis da realidade. A partir das informações coletadas nos países mencionados,
elaborou-se um diagnóstico da situação do petróleo não convencional para determinar os
possíveis impactos que a região do Pontal do Paranapanema-SP sofrerá, caso opte pela
exploração. Os resultados mostraram que o Brasil não tem necessidade de explorar uma fonte
energética tão controversa e perigosa, devido aos impactos negativos de ordem social,
ambiental e econômica.

Este trabalho apresenta uma metodologia aplicada para se realizar um in core fuel management (ICFM) em reatores do tipo PWR utilizando-se algoritmos genéticos (AG’s). O ICFM consiste em definir um padrão de recarga durante os ciclos operacionais do reator, ou seja, encontrar o melhor arranjo de elementos combustíveis (EC’s), novos e parcialmente queimados, que otimiza a performance do reator atendendo seus critérios de segurança. Para isso, a metodologia proposta baseia-se em desenvolver uma interface no qual o AG possa interagir com o código de simulação de física de reatores, este que detém as características neutrônicas de cada EC e que deve ser confiável e rápido. Então, se fez necessário desenvolver, através de uma técnica já consolidada na literatura, um código nodal de malha grossa que resolve numericamente a equação de difusão multigrupo para 2 grupos de energia, nêutrons rápidos e térmicos, em duas dimensões. Neste tipo de código, é preciso que cada EC, representado por um nó, seja homogeneizado e representado por suas constantes multigrupo, para cada passo de queima do reator. Para isso, foi utilizado o sistema SCALE, desenvolvido pela the Reactor and Nuclear Systems Division (RNSD) of the Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Toda qualificação e validação dos resultados obtidos da homogeneização dos EC’s pelo SCALE junto com o código nodal foram realizados comparando-os com o um benckmark da Almaraz Nuclear Power Plant disponibilizado pela IAEA e por outros benchmarks encontrados na literatura.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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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O investimento global em energia solar fotovoltaica atingiu seu mais alto patamar em 2017, ficando próximo dos 150 bilhões de dólares americanos, com quase 100 GW de capacidade instalada adicional. O Brasil nesse mesmo ano ficou entre os dez líderes mundiais com 0,9 GW em capacidade instalada adicional. A tecnologia solar fotovoltaica é considerada de capital intensivo e sujeita a fatores de incerteza, portanto demandam avaliações financeiras com objetivo de mitigar riscos. O objetivo do presente estudo é avaliar a viabilidade financeira de sistema fotovoltaico instalado em região de alto potencial de degradação, por meio de métodos determinísticos tradicionais, tais como, Valor Presente Líquido e Taxa Interna de Retorno, combinados com o método probabilístico Monte Carlo. Os principais fatores que podem influenciar a viabilidade financeira foram identificados, classificados e quantificados. O nível de degradação pode variar em até 30% e em uma análise determinista o VPL foi 36% maior considerando a degradação menor, no entanto, o risco do projeto ser inviável diminuiu 4 pontos percentuais, de 34% para 30%.  Em uma análise mais detalhada dos fatores influenciadores chegou-se a conclusão de que a degradação é um fator que pode impactar a viabilidade financeira e aumentar o risco, no entanto o fator financeiro preço da energia fotovoltaica em leilões no Brasil e valor de investimento do sistema fotovoltaico são fatores de maior influência e ambos estão declinando nos últimos dois anos, fato que requer uma análise mais cuidadosa e detalhada para evitar riscos. 

A vinhaça é um efluente gerado durante a produção do etanol, na etapa de destilação. Seu principal destino é limitado em função das características da vinha e do solo, que se recebe uma carga excessiva pode contaminar os lençóis freáticos, outra alternativa é a biodigestão. Graças a sua composição que é rica em matéria orgânica e apresenta elevado potencial nutritivo, alguns trabalhos indicam a possibilidade de utilizá-la como meio de cultura e fonte de carbono orgânico para produção de microalgas, que são microrganismos capazes de realizar a fotossíntese para obtenção de energia e converter o dióxido de carbono em biomassa, pela rota autotrófica, ou ainda oxidar o carbono orgânico que esta dissolvido no meio de crescimento para obter a energia necessária para seu crescimento. A produção da biomassa de microalgas pode ser destinada para diversas finalidades como produção de proteína para ração animal, produção de suplementos nutricionais como astaxantina, produção de lipídios para extração e subsequente conversão em biodiesel. Quando destinadas para a produção de energéticos apresenta como vantagens a não competição por terras férteis de cultivo, rápido crescimento e cultivo/colheita continua ao longo do ano, além da fixação do CO₂ que foi emitido nas etapas subsequentes da produção, podendo apresentar um balanço negativo de dióxido de carbono, fixando mais desse gás do que emitindo. Por se tratar de uma biomassa cultivada em meio líquido, apresenta grande teor de umidade favorecendo a produção de biocombustíveis pela rota úmida, como gaseificação hidrotérmica supercrítica, frente a produção pela rota seca (extração de óleos da microalga seca), como a transesterificação. Assim sendo, a gaseificação hidrotérmica supercrítica de microalgas, se torna uma alternativa interessante para a destinação da vinhaça além de diminuir as emissões de dióxido de carbono na atmosfera decorrentes da produção de etanol. Entretanto ainda faltam informações relativas a produtividade que as microalgas apresentariam em um cultivo em larga escala utilizando a vinhaça como meio de nutriente, seu consumo energético, a vazão de gás gerada bem como qual seria o rendimento energético do processo. Assim sendo, este trabalho deve como objetivo avaliar qual seria a eficiência de conversão energética para o processo de gaseificação hidrotérmica supercrítica da microalga, a partir de seu cultivo em vinhaça utilizando o dióxido de carbono proveniente da etapa de fermentação, bem como identificar qual dessas duas correntes seria a limitante para o cultivo. Para isso foi desenvolvido um modelo matemático em Scilab, pelo acoplamento de diferentes modelos já publicados, capaz de representar o cultivo das microalgas utilizando a vinhaça como meio de cultura e o dióxido de carbono proveniente da fermentação além de considerar aspectos construtivos e operacionais do pond, permitindo estimar a produtividade do sistema de cultiva, massa de dióxido de carbono fixada e consumo energético no processo de produção da microalga (cultivo mais recuperação da biomassa produzida). Para o processo de gaseificação hidrotérmica supercrítica, foi realizada uma modelagem do processo em questão no simulador comercial Aspen Plus, tomando como base o modelo apresentado por Molina (2018), o qual nos permitiu estimar a eficiência energética apresentada pelo processo em questão, operando em condições para produção de gás com elevado teor de metano e elevado teor de hidrogênio. Como resultados o modelo de cultivo das microalgas conseguiu acompanhar a influência climática no cultivo demonstrando o grande impacto existente pela temperatura do ambiente e a irradiação no pond, ele ainda estimou uma produtividade média de 0,113 kg.m^-3.d^-1 de forma a obter uma produção de 900kg de microalga por dia e uma fixação de 173,471 t de CO₂ durante o período de safra, momento do ano que ocorre a produção de vinhaça. O consumo energético pelo processo de cultivo das microalgas indicou o valor de 614.022,35 em todo período, valor equivalente a 3,14 MJ.kg^-1X, obtendo um NER de 0,14 o que indica um elevado valor de viabilidade energética. Caso o cultivo em questão fosse destinado ao uso completo da vinhaça e do dióxido de carbono, a vinhaça seria o insumo limitante. No processo de gaseificação, foi obtida uma vazão final de 1,38kg.h^-1 de H₂ para as condições operacionais de 750ºC e 225bar com um poder calorifico de 39,71 MJ.kg^-1 e uma eficiência de 41,24%, e para as condições operacionais visando a produção de gás de síntese rico em metano (450ºC e 350bar) foi obtido uma vazão de 8,48 kg.h^-1 com um PCI de 49,98 MJ.kg^-1, ocasionando uma eficiência energética de 47,87%. Com base nisso, podemos notar que o cultivo de microalgas em vinhaça e CO₂ para gaseificação hidrotérmica supercrítica da mistura obtida, apresentou um balanço energético positivo e que é uma alternativa válida a ser considerada para se destinar a vinhaça e o dióxido de carbono gerados durante a produção do etanol.

A cada ano a geração de resíduos sólidos urbanos tem aumentado. Uma alternativa viável de tratamento visando a recuperação energética para estes resíduos é a digestão anaeróbia de sua fração orgânica. Uma das condições que favorecem esse processo é a adaptação ao substrato dos microrganismos contidos em inóculos. O objetivo deste trabalho foi submeter diferentes inóculos à aclimatação, alimentando-os com uma composição de fração orgânica de resíduos sólidos urbanos do município de Santo André para posterior análise de produção de metano através de ensaios de potencial bioquímico de metano. Os inóculos também foram avaliados de acordo com sua capacidade máxima de produção de metano, por meio de ensaio de atividade metanogênica específica. Da caracterização inicial do substrato, chegou-se a relação C/N média igual a 19,39%; teor de carboidratos de 49,82%, de lipídeos igual a 21,37% e de 14,35% de proteínas. A atividade metanogênica específica para o inóculo Dacar foi de 0,118 gDOQ_CH4.gSTV^-1.dia^-1 e do GOP de 0,147 gDOQ_CH4.gSTV^-1.dia^-1. Já o potencial bioquímico de metano elementar teórico médio do substrato foi de 472,54 mlCH₄/gSV. O potencial bioquímico de metano teórico médio baseado na composição centesimal do substrato foi de 347,79 mlCH₄/gSV. Ao final dos ensaios de digestão anaeróbia observou-se um aumento de 5,8% na produção de metano para o inóculo Dacar (226,22 mlCH₄/gSV) e de 5,08% para o inóculo GOP (213,59 mlCH₄/gSV) em relação ao PBM para os mesmos inóculos sem aclimatação. Também notou-se uma redução de 5 dias no período de estabilização da produção de gás. O pH medido ao início e final dos ensaios não sofreu nenhuma alteração brusca que interferiu de forma prejudicial no processo, sendo suas médias: entre 7,20 e 8,08 (pH inicial) e o entre 7,18 e 8,10 (pH final). A alcalinidade no geral cumpriu seu papel de tamponamento do sistema. Através da observação em microscopia de fluorescência foi confirmada a presença microrganismos dos gêneros Methanosarcina e Methanosaeta, ambos metanogênicos acetoclásticos. Também foram observados representantes do gênero Methanobrevibacter, arqueias metanogênicas hidrogenotróficas.

No Brasil, os resíduos sólidos urbanos ainda são motivo de muita preocupação, uma vez que, de acordo com a ABRELPE, apenas 59,1% dos resíduos coletados possuem destinação ambientalmente adequada. O aproveitamento energético de RSU através do biogás gerado pela digestão anaeróbia em aterro sanitário é uma forma de geração de energia que deve ser considerada, principalmente para aumentar a diversidade da matriz energética brasileira. Tendo em vista a grande preocupação com os resíduos sólidos urbanos (RSU) e as suas possíveis destinações, este trabalho tem como objetivo realizar um estudo para o aproveitamento energético de RSU em um aterro sanitário localizado no município de Piracicaba, interior do estado de São Paulo. Foi realizada uma análise decisória multicritério na avaliação da sustentabilidade, visando identificar os impactos em indicadores da dimensão ambiental (emissão de CO₂ equivalente e área mobilizada), dimensão social (mortalidade devido à poluição) e dimensão técnico-econômica (confiabilidade da geração de energia e eficiência energética) Para o cálculo da estimativa do potencial energético do biogás gerado neste aterro, serão utilizados dados da literatura e do software LanGEM, que apresentará a geração de metano e dióxido de carbono do aterro em questão. Por fim, serão analisados os possíveis fatores que limitam a expansão da geração de energia em aterros sanitários através dos RSU no Brasil.

A descoberta de enormes reservas de gás não convencional, ou conhecido também como shale gas, vem gerando grande expectativa no mercado mundial de energia. Os EUA têm a maior reserva mundial de shale gas, e são os pioneiros na sua exploração e produção. O objetivo desta pesquisa é investigar quanto ao potencial de exploração e produção de shale gas (ou gás de folhelo) sob o ponto de vista do processo tecnológico, meio ambiente, infraestrutura e aspectos regulatórios, na Argentina na região de Vaca Muerta. Estas variáveis serão consideradas à luz da experiência norte-americana. Atualmente, o mundo está dividido nesta questão, pois existem uma série de incertezas relacionadas ao processo de extração denominado de “fracking” em determinadas estruturas geológicas e principalmente no tocante ao meio ambiente onde vários órgãos ambientais atestam a contaminação de lençóis freáticos e terremotos oriundos da injeção de aditivos químicos, areia e água nos poços para a retirada do gás de xisto. A hipótese adotada para esta dissertação será a de que a Argentina, ainda que possua a segunda maior reserva de gás de folhelho do mundo, não conseguirá no curto e médio prazo (10 anos), desenvolver estes recursos de forma satisfatória e transformá-los em reservas / produção à luz de como se deu na experiência nos Estados Unidos. Quanto à forma de abordagem, a pesquisa é uma combinação entre qualitativa e quantitativa, sendo também exploratória e descritiva tendo como foco a principal região de Shale Gas da Argentina – Neuquén. Desta forma, o trabalho pode favorecer a ampliação do conhecimento desta fonte energética tanto no Brasil como na Argentina o qual contribuirá também para o debate sobre as variáveis de sucesso preponderantes para a produção sustentável desta importante fonte energética. 

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Este trabalho apresenta um algoritmo inteligente para a detecção e localização de faltas em sistemas de alta tensão de corrente contínua (HVDC – High Voltage Direct Current) com tecnologia baseada em conversores comutados por linha (LCC – Line Commutated Converter), conhecidos como sistemas LCC-HVDC. Para a detecção da falta são usados os valores eficazes das tensões de fase na entrada da subestação retificadora, além dos sinais de tensão e corrente na linha DC. Já para a localização da falta é utilizada somente uma janela com amostras do sinal da tensão DC pós-falta, resultando em um esquema de detecção e localização que dispensa links de comunicação, operando apenas com sinais locais.  As duas funções mencionadas são executadas por redes neurais artificiais (RNAs), sendo a função de localização baseada no conceito de similaridade. O algoritmo é desenvolvido e avaliado por meio do sistema LCC-HVDC referência do CIGRE e, posteriormente, validado por um segundo sistema operando com a mesma tecnologia. O algoritmo desenvolvido foi avaliado considerando centenas de diferentes casos de falta nos dois sistemas HVDC adotados neste estudo, mostrando-se rápido e preciso, mesmo para faltas em diferentes distâncias da linha DC, distintos carregamentos do sistema HVDC e uma ampla faixa de valores de resistência de falta. Depois de validado em ambiente computacional, o sistema é implementado em hardware e testado por meio do RTDS (Real Time Digital Simulator), mostrando-se uma alternativa viável para aplicações práticas.

Edifícios são um dos maiores consumidores de energia no mundo, consumindo em torno de 30-40% de toda a energia gerada nos países desenvolvidos. Assim, considerar uma metodologia para desenvolvimento de edifícios sustentáveis (com menor consumo de energia) mas ao mesmo tempo seguros é essencial. Com o surgimento das certificações verdes, formas de reduzir o consumo de energia e água começaram a ser estudados, sendo que atualmente a certificação verde chamada Living Building Challenge (LBC), criada nos Estados Unidos da América é a maior referência quanto a edificações net zero ou consumo externo zero de energia e água. O consumo zero se baseia na geração local de energia por meios sustentáveis e na captação de águas pluviais, uso de estratégias de gerenciamento de água, tratamento e uso de águas cinzas, de modo a atender as necessidades da edificação ao longo de todo o período de operação. Para isto diversas técnicas como telhados e paredes verdes, arquitetura bioclimática, módulos fotovoltaicos, alagados construídos, banheiros secos, entre outros são aplicados. Para a aplicação da metodologia na cidade de São Paulo, esta deve atender a Lei 16.402 de março de 2016 que rege o parcelamento do solo, assim como o Decreto 63.911 que trata sobre a prevenção e combate a incêndios no Estado de São Paulo. Este trabalho teve como objetivo estudar as diversas técnicas usadas em edifícios net zero para desenvolver uma metodologia que possa ser aplicada a edifícios comerciais localizados na cidade de São Paulo, atendendo à normatização LBC, o Decreto 63.911 e a Lei 16.402. A metodologia foi testada com três modelos de prédios comerciais, um edifício de médio porte de uma única empresa, um edifício comercial de grande porte de escritórios e um shopping center alocados dentro da cidade de São Paulo. A metodologia proposta provou ser eficiente, contudo, para que um edifício possa ser totalmente independente de água e energia de redes externas, se fez necessário modificar o padrão atual de construção, utilizando a arquitetura bioclimática, optando-se por prédios com menor altura e usando a máxima taxa de ocupação do solo.

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A coordenação hidrotérmica pode ser definida como um problema para determinar o uso otimizado dos recursos hidroelétricos e térmicos disponíveis durante um horizonte de planejamento. Em sistemas hidrotérmicos de geração com predominância de usinas hidroelétricas, como é o caso do sistema brasileiro, busca-se substituir, na medida do possível, a geração termoelétrica por geração hidráulica de forma a minimizar o custo da operação do sistema. Portanto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um módulo de geração para um sistema de suporte à decisão aplicado ao problema da coordenação hidrotérmica denominado de Energ.IA. Neste módulo foi desenvolvido um otimizador baseado em inteligência computacional, por meio do emprego de um algoritmo de Otimização por Enxame de Partículas (PSO) combinado com um Fluxo em Rede com arcos capacitados. Além disso, levou-se em consideração as usinas hidroelétricas individualizadas, utilizando dados reais, tanto das características construtivas das usinas quanto das vazões afluentes naturais. O algoritmo proposto possibilita também o uso da transferência de água entre rios e bacias na otimização da política operacional dos reservatórios das usinas hidroelétricas, em contribuição ao planejamento da operação do sistema hidrotérmico brasileiro. O módulo desenvolvido ainda integra um banco de dados com informações sobre o sistema hidroelétrico, uma interface gráfica para facilitar a definição dos dados de otimização e a visualização das características de todas as usinas hidroelétricas do Sistema Interligado Nacional (SIN). Foram realizados diversos estudos de caso considerando 1 uma usina hidroelétrica, 2 usinas e 4 usinas em cascata e um estudo com uma cascata de 7 usinas em formato de Y. A transferência de água entre rios foi analisada por meio de dois estudos de caso considerando 4 usinas hidroelétricas, considerando diferentes cenários hidrológicos. Além dos estudos relativos ao desempenho do algoritmo, foi realizado um estudo considerando o custo da produção da energia elétrica com o uso da transferência e sem o seu uso. Também foi realizado estudos relativos à emissão de CO₂, caso a energia decorrente da transferência de água fosse realizada por usinas termoelétricas. Os resultados apresentados se mostraram satisfatórios acompanhando a tendência do que se tem encontrado na literatura em todos os estudos de caso considerados.

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Caracterização dos Rejeitos Plásticos oriundos dos resíduos úmidos e secos do município de Santo andré, visando seu aproveitamento energético 

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