VII Seminário da Pós-graduação em Engenharia Elétrica · Conhecimento” Prof. Dr. Denizar...

VII Seminário da Pós-graduação em Engenharia Elétrica

Realizado em 02 de outubro de 2017 na Faculdade de Engenharia (FEB), UNESP – Campus de Bauru

Avenida Engenheiro Luiz Edmundo Carrijo Coube – 14-01

CEP: 17033-360 – Vargem Limpa – Bauru/SP

E-mail: [email protected]

Bauru – São Paulo

http://www4.feb.unesp.br/posgrad_elet/index.php

Anais do VII Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

02 de outubro de 2017

Bauru – São Paulo

VII Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (1. :2017: Bauru, SP)

Anais [recurso eletrônico] do VII Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Elétrica realizado em Bauru, no ano de 2017: organizado por Paulo Roberto Aguiar, Fabrício Guimarães Baptista, André Luiz Andreoli e José Alfredo Covolan Ulson. – Bauru: UNESP/FEB, 2017

100 p.: il.

Disponível em: ISSN:

1. Mecatrônica. 2. Sistemas de Energia. I. Aguiar, Paulo Roberto. II. Baptista, Fabrício Guimarães. III. Andreoli, André Luiz. IV. Ulson, José Alfredo Covolan. V. Título.

Mensagem da Comissão Organizadora do Seminário

O “VII Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Elétrica” é um evento promovido pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) da UNESP – Campus de Bauru. Tem por objetivo integrar os alunos e apresentar os trabalhos de pesquisa, dissertação e tese desenvolvidos pelos alunos e docentes do programa, possibilitando um fórum de discussão e avaliação das pesquisas.

Em sua sétima edição, o Seminário foi realizado no dia 02 de outubro de 2017, na Faculdade de Engenharia (FEB) da Universidade Estadual Paulista – UNESP, campus de Bauru. Na abertura do evento, o Seminário contou com a palestra proferida pelo Professor Doutor Denizar Cruz Martins do Departamento de Engenharia Elétrica e do Instituto Nacional de Eletrônica de Potência – INEP, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), intitulada “Eletrônica de Potência para Sistemas Distribuídos e Fontes Sustentáveis: a Fronteira do Conhecimento”. Também, durante o evento, os participantes tiveram a oportunidade de ouvir o Dr. Sérgio Sartori, Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento da Empresa Máquinas Agrícolas Jacto, o qual proferiu a palestra “Pesquisa cientifica e desenvolvimento tecnológico nas empresas e a interação universidade empresa no Brasil”

A participação dos alunos nas apresentações teve como foco mostrar os resultados e avanços nos seus trabalhos de mestrado e doutorado. No entanto, os alunos que ingressaram no primeiro semestre de 2017 apresentaram apenas o resumo de seus Projetos de Pesquisa por meio de pôsteres, e os alunos que ingressaram antes de 2017 fizeram apresentações orais do desenvolvimento de seus trabalhos.

Os alunos que fizeram apresentações orais encaminharam o resumo expandido de seus trabalhos. Os demais alunos (ingressantes no primeiro semestre de 2017) encaminharam o resumo e o pôster. Também ficou aberta a possibilidade dos alunos recém-ingressantes (segundo semestre de 2017) submeterem resumo, mas foi opcional. Todos os resumos e pôsteres foram revisados por pesquisadores da FEB, os quais emitiram parecer para correções e aprimoramentos dos mesmos. Durante as apresentações orais e por pôsteres, houve a avaliação por docentes do Programa. Certificados foram emitidos para as melhores apresentações. A participação dos docentes do Programa também foi de extrema importância, pois mostra o grau de interesse e compromisso pelo Programa e Seminário, bem como proporciona incentivo aos seus alunos a participarem das palestras e das apresentações de seus colegas. A Comissão Organizadora do Seminário agradece o apoio fornecido pela FEB – UNESP-Bauru, bem como a Pró-Reitoria de Pós-Graduação – PROPG - da UNESP pelo apoio financeiro concedido por meio de edital para esse fim. A Comissão também agradece a Seção de Pós-Graduação da FEB, pelo apoio imprescindível para a realização deste importante evento. Por fim, a Comissão não poderia de esquecer de agradecer os docentes e discentes do Programa, pela participação e compartilhamento das suas contribuições científicas para o desenvolvimento da ciência e tecnologia do nosso país, bem como para o fortalecimento do PPGEE.

A Comissão Organizadora

Organização do VII Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Faculdade de Engenharia (FEB), Universidade Estadual Paulista – UNESP, Campus de Bauru

Comissão Organizadora – Corpo Editorial

Prof. Dr. Paulo Roberto de Aguiar Coordenador do Programa

Prof. Dr. Fabricio Guimarães Baptista Vice-Coordenador do Programa

Prof. Dr. André Luiz Andreoli Membro do Conselho

Prof. Dr. José Alfredo Covolan Ulson Membro do Conselho

Equipe de Apoio

Alessandra Karine dos Santos Contador Supervisora da Seção Técnica de Pós-graduação

Célia Cristina do Espirito Santo Graminha Assistente Administrativo

Mauro Alves Rodrigues Assistente Técnico Administrativo

Patrícia Souza de Lima Assistente Administrativo

Bruno Albuquerque de Castro Aluno de Doutorado

Felipe Aparecido Alexandre Aluno de Mestrado

Guilherme Augusto Marabezzi Clerice Aluno de Doutorado

Marco Aurélio Rocha Aluno de Mestrado

Wenderson Nascimento Lopes Aluno de Mestrado

Programação

CREDENCIAMENTO – 8h30min

ABERTURA – 8h45min

PALESTRA – 9h às 10h

“Eletrônica de Potência para Sistemas Distribuídos e Fontes Sustentáveis: a Fronteira do Conhecimento”

Prof. Dr. Denizar Cruz Martins Departamento de Engenharia Elétrica

Instituto Nacional de Eletrônica de Potência - INEP Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)

COFFEE BREAK E APRESENTAÇÃO DE PÔSTER – 10h às 10h45min

APRESENTAÇÃO ORAL (discentes) – 10h45min às 12h10min

ALMOÇO – 12h10min às 14h

PALESTRA – 14h às 16h

“Pesquisa científica e desenvolvimento tecnológico nas empresas e a interação universidade empresa no Brasil” Dr. Sérgio Sartori

Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento Máquinas Agrícolas Jacto

COFFEE BREAK – 16h às 16h30min


INTERVALO – 18h10min às 19h30min


Anais do VII Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

Sumário MECATRÔNICA .................................................................................................................................. 1

ANÁLISE DE FENOMENO PULL IN EM UM SISTEMA MICRO ELETROMECÂNICO .......... 2

INTEGRAÇÃO DE RFID E INTERNET DAS COISAS PARA O MONITORAMENTO DE PROCESSOS DE MANUFATURA ................................................................................................... 4DETECÇÃO DE DANO ESTRUTURAL BASEADA NA TÉCNICA DA IMPEDÂNCIA ELETROMECÂNICA EM AMBIENTES RUIDOSOS ..................................................................... 6ATRATOR LORENZ: ESTUDO DE CAOS E DE HIPERCAOS ..................................................... 8

MONITORAMENTO DO FENÔMENO DA QUEIMA NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE AÇOS POR MEIO DE SINAIS DE VIBRAÇÃO ............................................................................ 10SISTEMAS SHM BASEADOS NA IMPEDÂNCIA ELETROMECÂNICA EM APLICAÇÕES COM BAIXA RELAÇÃO SINAL-RUÍDO ...................................................................................... 12FERRAMENTA DE ANÁLISE E PROJETO DE SISTEMAS INSTRUMENTADOS DE SEGURANÇA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ........................................................................ 14

ANÁLISE DE SISTEMAS DE MEDIÇÃO PARA DETECÇÃO DE DANO BASEADA NA IMPEDÂNCIA E/M UTILIZANDO TRANSDUTORES PIEZELÉTRICOS ................................. 16

AUTOMAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS EM NUVEM COM APLICAÇÕES DE INTERNET DAS COISAS INDUSTRIAL (IIOT) ........................................................................... 18CONTROLE DE POTÊNCIA ATIVA E REATIVA DE UM SISTEMA DE ENERGIA EÓLICA CONECTADO À REDE BASEADO EM DFIG .............................................................................. 20AVALIAÇÃO DA AUTOPERTURBAÇÃO DA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA EM ESTABELECIMENTOS ASSISTENCIAIS DE SAÚDE ................................................................ 22

ESTRATÉGIA DE CONTROLE INTEGRADO DE TENSÃO E FATOR DE POTÊNCIA EM UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ......................................................... 24

CONTROLE DE NÍVEL EM UM SISTEMA DE TRÊS TANQUES ACOPLADOS UTILIZANDO COMPUTADOR ANALÓGICO E CONTROLADOR LQG/LTR .................................................. 26SISTEMA DE RECONHECIMENTO DE FALHAS EM ESTRUTURAS SUBMERSAS DE UMA UHE UTILIZANDO TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DE IMAGENS .................................. 28INVESTIGAÇÃO DO CONTEÚDO HARMÔNICO DO SINAL DE EMISSÃO ACÚSTICA NA DRESSAGEM DE REBOLOS DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO COM DRESSADOR DE PONTA ÚNICA .............................................................................................................................................. 30SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA COMPENSAÇÃO DE HARMÔNICOS ............................. 32

EM GERAÇÃO DISTRIBUÍDA ...................................................................................................... 32SISTEMAS DE MONITORAMENTO DA INTEGRIDADE ESTRUTURAL EM DRESSADORES USANDO IMPEDÂNCIA ELETROMECÂNICA ........................................................................... 34

DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO ELETROMECÂNICO PARA DIAFRAGMAS PIEZELÉTRICOS UTILIZADOS EM SISTEMAS DE SHM ......................................................... 36

UM MODELO PARA A APLICAÇÃO DA INTERNET DAS COISAS INDUSTRIAL ............... 38

IDENTIFICAÇÃO DA QUEIMA EM PEÇAS RETIFICADAS PELO MÉTODO DA IMPEDÂNCIA ELETROMECÂNICA ............................................................................................ 40

DETECÇÃO DE FALHAS BASEADO EM MODELO APLICADO NO CONVERSOR TIPO BOOST .............................................................................................................................................. 42

SISTEMAS DE ENERGIA ................................................................................................................. 44COORDENAÇÃO HIDROTÉRMICA VIA PROGRAMAÇÃO ESTOCÁSTICA LINEAR EM DOIS ESTÁGIOS PARA MERCADOS POOL DE ELETRICIDADE ........................................... 45

MÉTODO DE PONTO INTERIOR E PENALIDADE NA RESOLUÇÃO DO FLUXO DE POTÊNCIA ÓTIMO REATIVO COM VARIÁVEIS DE CONTROLE DISCRETAS ................... 47CARACTERIZAÇÃO DE CARGAS NÃO-LINEARES EM CIRCUITOS TRIFÁSICOS A 3 E 4 CONDUTORES ................................................................................................................................ 49UMA ABORDAGEM DETERMINÍSTICA PARA O PROBLEMA MULTIOBJETIVO E NÃO-DIFERENCIÁVEL DE DESPACHO COM PERDAS ..................................................................... 51

SISTEMAS INTELIGENTES UTILIZADOS NA RECONFIGURAÇÃO DE SMART HOME COM FOCO EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ........................................................................................ 53

MODELO DE OTIMIZAÇÃO MULTIOBJETIVO DE MINIMIZAÇÃO DE CUSTO E EMISSÃO CONSIDERANDO FONTES DE ENERGIA EÓLICA E TÉRMICA ............................................ 55A RESOLUÇÃO DO PROBLEMA DE FLUXO DE POTÊNCIA ÓTIMO COM RESTRIÇÃO DE SEGURANÇA UTILIZANDO PROGRAMAÇÃO ESTOCÁSTICA E MÉTODO DE PONTOS INTERIORES .................................................................................................................................... 57MODELO MATEMÁTICO PARA PLANEJAMENTO DO PLANTIO E COLHEITA DA CANA-DE-AÇÚCAR E DA CANA-ENERGIA .......................................................................................... 59RESOLUÇÃO DO PROBLEMA DE FLUXO DE POTÊNCIA ÓTIMO REATIVO POR MEIO DA MINIMIZAÇÃO DO GAP DE INTEGRALIDADE ........................................................................ 61

ASPECTOS DO EMPREGO DO BIG DATA EM SISTEMAS INTELIGENTES DE GERAÇÃO DISTRIBUÍDA .................................................................................................................................. 63

ESTUDO E PROPOSIÇÃO DE METODOLOGIA DE ANÁLISE E GERENCIAMENTO DE ENERGIA EM REDES INTELIGENTES DE ENERGIA ............................................................... 65DESAGREGAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA APLICADO NA AVALIAÇÃO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ........................................................................................................... 67SOLUÇÃO DO PROBLEMA DE MÁXIMO CARREGAMENTO UTILIZANDO VÁRIAVEIS DE CONTROLE DISCRETAS ............................................................................................................... 69

ESTUDO DA ESTABILIDADE ASSINTÓTICA DOS PONTOS CRÍTICOS DA DINÂMICA NÃO LINEAR DE UM BIODIGESTOR INDIANO ................................................................................. 71

OTIMIZAÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO EM UMA INDÚSTRIA GRÁFICA ................. 73POLITICAS ESTRATÉGICAS EM CONSERVAÇÃO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA ALEMANHA .................................................................................................................................... 75

PROCEDIMENTO DE EQUILÍBRIO DE MERCADOS DE ENERGIA E RESERVA COM RESTRIÇÕES DE SEGURANÇA EM SISTEMAS HIDROTÉRMICOS ...................................... 77

MODELO ESTOCÁSTICO DE OTIMIZAÇÃO PARA O PROBLEMA DE PORTFÓLIO DO MERCADO POOL DE ENERGIA ................................................................................................... 79CONVERSOR DO TIPO FONTE-Y EM APLICAÇÕES CC-CA .................................................. 81

COMPENSAÇÃO DISTRIBUÍDA DE HARMÔNICOS EM MICRORREDES MONOFÁSICAS DE BAIXA TENSÃO ....................................................................................................................... 83

RESUMOS RELATIVOS ÀS APRESENTAÇÕES POR POSTÊRES .......................................... 85

DETECÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DE PLANTAS DANINHAS POR MEIO DE REDES NEURAIS PROFUNDAS ................................................................................................................................... 86

MODELO MATEMÁTICO PARA MINIMIZAÇÃO DOS CUSTOS COM ENERGIA ELÉTRICA NA OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA ........................................ 87IMPACTO DO SMART HOME EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .............................................. 88

RESOLUÇÃO DO PROBLEMA DE FLUXO DE POTÊNCIA ÓTIMO REATIVO COM VARIÁVEIS DISCRETAS E RESTRIÇÕES DE ATUAÇÃO DE DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE TENSÃO ..................................................................................................................................... 89

ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE TÉCNICAS PARA GESTÃO DE DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE USINAS VIRTUAIS ........................................................ 90

ANÁLISE E CONTROLE DE UM SISTEMA DE COLHEITA DE ENERGIA VIA TÉCNICA DE LINEARIZAÇÃO EXATA ............................................................................................................... 91IMPACTO NA QUALIDADE DE ENERGIA PARA A INTEGRAÇÃO DE USINAS EÓLICAS NO SIN .............................................................................................................................................. 92APLICAÇÕES DE CONVERSORES BASEADOS EM REDES DE IMPEDÂNCIA EM SISTEMAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA RENOVÁVEIS ..................................... 93

MODELOS DE OTIMIZAÇÃO PARA PLANTIO E COLHEITA DE CANA-DE-AÇÚCAR E CANA-ENERGIA CONSIDERANDO-SE GRAUS-DIA ............................................................... 94

ESTUDO DOS EFEITOS DA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA SOBRE A CONFIABILIDADE DOS EQUIPAMENTOS MÉDICO-HOSPITALARES ................................. 95MÉTODOS HÍBRIDOS DE PONTOS INTERIORES/EXTERIORES E DE APROXIMANTES DE FUNÇÃO EM PROBLEMAS MULTIOBJETIVO DE DESPACHO ECONÔMICO E AMBIENTAL COM RESTRIÇÕES DE SEGURANÇA E REPRESENTAÇÃO DAS PERDAS E DA TRANSMISSÃO ........................................................................................................................ 96

RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS MULTIOBJETIVO DE DESPACHO ECONÔMICO/AMBIENTAL EXPLORANDO MÉTODOS DE PROGRAMAÇÃO POR METAS E DE PONTOS INTERIORES/EXTERIORES ................................................................................ 97

MODELO DE AUTO-PRODUÇÃO DE COMPANHIAS GERADORAS PRICE-MAKERS DE MATRIZ HIDROTÉRMICA EM MERCADOS POOL DE ENERGIA .......................................... 98

Índice de Autores ............................................................................................................................... 99

Promoção, Apoio e Suporte Técnico ............................................................................................... 100

1

MECATRÔNICA

2

ANÁLISE DE FENOMENO PULL IN EM UM SISTEMA MICRO ELETROMECÂNICO

Dailhane Grabowski Bassinello

Aluna do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. José Manoel Balthazar Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

Neste trabalho é considerada a dinâmica não linear de um sistema micro eletromecânico. A instabilidade Pull – In é um efeito inerentemente não linear e sua análise tem extrema importância no momento de projetar novos dispositivos MEMS e NEMS. O diagrama de bifurcação é aplicado para demonstrar o fenômeno Pull - In. Os resultados numéricos mostraram que os parâmetros estudados são significativos, indicando que a resposta pode ser um comportamento caótico ou periódico. PALAVRAS-CHAVE: Pull – In, Não Linear, MEMS, Caos. 1 INTRODUÇÃO

Em sistemas micro eletromecânicos (MEMS), as não linearidades podem surgir de uma

variedade de fontes, como mecanismos de amortecimento e amortecimento, e elementos de circuito resistivo, indutivo e capacitivo. Um exemplo interessante de não linearidade nos sistemas MEMS foi demonstrado em Tusset et. al. 2012, onde é possível observar que a força eletrostática não linear depende do tamanho do intervalo entre os dois eletrodos. Outros exemplos de análise dinâmica nos sistemas MEMS podem ser observados em Sabarathinam e Thamilmaran 2017.

A dinâmica de atuação de sistemas micro eletromecânicos, normalmente apresenta comportamento altamente não linear, levando a uma bifurcação sela – nó chamada de Pull – In [Zang et. al. 2014]. O desempenho de um atuador MEMS é geralmente bastante limitado devido a sua instabilidade, devido a força eletrostática aumentar de forma mais rápida que a força da mola.

2 SISTEMA MICRO ELETROMECÂNICO

O sistema micro eletromecânico aqui estudado neste trabalho é representado como uma

micro viga acionada eletrostaticamente propostos por Moon, (2000). O sistema é composto por duas placas fixas e uma placa móvel entre elas, a qual é aplicada uma tensão 𝑉(𝑡) que é composta por uma tensão de polarização 𝐷𝐶, 𝑉' e uma tensão alternada 𝐴𝐶, 𝑉)sin(𝑤𝑡). A tensão 𝐷𝐶 aplica uma força eletrostática na viga e geralmente muda a posição de equilíbrio. As placas têm as funções de fornecer eletrodos para formar um capacitor armazenando energia elétrica, e fornecer elasticidade ou rigidez mecânica. 3 FENÔMENO PULL – IN

A carga elétrica que atua em uma placa de capacitor é composta por uma tensão de

polarização contínua e uma tensão alternada. O componente DC aplica uma força elétrica a uma placa, desviando-a para uma nova posição de equilíbrio, enquanto um componente AC vibra a placa em torno da posição de equilíbrio.

3

A carga elétrica combinada leva a um aumento contínuo na deflexão da microestrutura e, consequentemente, ao aumento das forças elétricas em um circuito de feedback positivo. Este comportamento continua até que um contato físico seja feito com o eletrodo estacionário. Esse fenômeno de instabilidade estrutural é conhecido como pull-in.

Consideramos a variação do parâmetro (tensão alternada 𝑉) , considerando que 𝑉) ∈0,10 . Na figura 1 pode-se observar a região onde ocorre o fenômeno Pull – In.

Como pode ser visto na Fig. 8, o efeito de puxar.

Figura 1 – Diagrama de bifurcação onde pode ser visto o fenômeno pull – in.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste trabalho mostramos que o ressonador MEMS estudado do tipo Comb – Drive apresenta dinâmica não linear sendo altamente influenciado pelo fenômeno eletrostático Pull – In como pode ser observado no diagrama de bifurcação.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Moon, F.C. (2000). Applied Dynamics-With Applications to Multibody and Mechatronic

Systems. Wiley-Interscience, New York. Sabarathinam, S., Thamilmaran, k.. (2017) Implementation of analog circuit and study of

chaotic dynamics in a generalized Duffing type MEMS resonator. Nonlinear Dynamics. Volume 87, Issue 4, pp 2345–2356.

Tusset, A.M., Balthazar, J.M., Bassinello, D.G., Pontes Jr., B.R. and Felix,J L P. (2012). Statements on chaos control designs, including a fractional order dynamical system, applied to a MEMS comb-drive actuator. Nonlinear Dynamics 69: 1837-1847.

Zhang W.M., Yan H., Peng Z. K., Meng G. (2014). Electrostatic pull-in instability in MEMS/NEMS: A review." Sensors and Actuators A: Physical 214: 187-218.

0 5 10-10

-5

0

5

10

Vi

x 1

Pull-in Regime

4

INTEGRAÇÃO DE RFID E INTERNET DAS COISAS PARA O MONITORAMENTO DE PROCESSOS DE MANUFATURA

Heverton Bacca Sanches

Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Eduardo Paciência Godoy Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

O conceito da Indústria 4.0 está relacionado à evolução dos sistemas produtivos através da interconexão e integração total entre tecnologias de automação industrial e tecnologia da informação visando a obtenção de maior eficiência, qualidade e produtividade. Uma tendência recente no ambiente industrial tem sido a utilização conjunta da Identificação por Rádio Frequência (RFID) e a da Internet das Coisas (IoT) na busca da melhoria dos seus processos de manufatura. Resultados iniciais da implementação desta proposta em um FMS apontam potencial para uso da solução para o monitoramento e melhoria da eficiência do processo de manufatura. PALAVRAS-CHAVE: RFID, Internet of Things, Industry 4.0, Manufacturing.

1 INTRODUÇÃO

Devido a sua alta capacidade em acelerar processos de produção e manufatura, a

automação industrial tornou-se essencial para as indústrias que planejam melhorar seus processos e obter assim uma maior eficiência e qualidade dentro de menores custos e tempos. Dessa forma, a indústria tem evoluído de forma a incorporar novas tecnologias e consequentemente obter maior produtividade (SAUTER et al., 2011).

A Indústria 4.0, também chamada de Quarta Revolução Industrial, é um novo conceito que representa uma evolução dos sistemas produtivos atuais a partir da convergência entre novas tecnologias de automação industrial e tecnologia da informação (TI) (BERGER, 2014). 2 METODOLOGIA

A proposta deste trabalho é o desenvolvimento de uma solução de automação para o

monitoramento dos tempos de produção de um sistema de manufatura flexível (FMS) através da integração entre RFID e IoT. Usando etiquetas RFID fixadas nos pallets que circulam nas estações de trabalho e nas peças produzidas no FMS, será possível a medição dos tempos de produção de cada peça produzida no FMS. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU DISCUSSÕES

Um crescente número de empresas tem utilizado RFID e IoT na busca da melhoria dos

seus processos de manufatura (NGAI et al., 2012). RFID é uma tecnologia que tem ganhado destaque para as soluções de gerenciamento de estoques e logística (LU et al., 2006). A flexibilidade e potencial da tecnologia de RFID tem atraído também o interesse de outras áreas de aplicação como automação de manufatura e melhoria de processos em linhas de produção (NGAI et al., 2012 e AKBARI et al., 2015).

LU et al., 2006, usa o sistema de RFID para identificar os insumos do sistema de manufatura, e assim planejar a produção, operação e qualidade do produto final. NGAI et al.,

5

2012, mede com a implementação de um processo de manufatura baseado em RFID, a produtividade dos empregados de uma empresa têxtil. SAEZ et al., 2015, implementa a comparação de um sistema real com um sistema simulado, por meio de medição dos eventos discretos do sistema de automação e assim propõe uma performance esperada para o sistema de manufatura. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Foi possível observar que o sistema pode ser implementado e funcionar como o proposto,

sendo capaz de fazer as leituras RFID das antenas conectadas ao leitor, identificando as etiquetas alocadas nos pallets e nas peças do FMS. Ademais os dados RFID foram usados pelo programa desenvolvido em LabVIEW para calcular os tempos de produção dos processos/peças do FMS, os quais foram enviados ao ScadaBR via comunicação Web Service, ficando acessível de forma padronizada e interoperável. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AKBARI, A.; MIRSHAHI, S.; HASHEMIPOUR, M., (2015). Application of RFID system for the process control of distributed manufacturing system, in Electrical and Computer Engineering (CCECE), 2015 IEEE 28th Canadian Conference on, vol., no., pp.497-501, 3-6 May. Berger, R. (2014). Industry 4.0 – The new industrial revolution, Strategy Consultants, 2014. Disponível em:<https://www.rolandberger.com/media/pdf/R oland_Berger_TAB_Industry_4_0_20140403.pd f>. Acesso em: Novembro, 2015. LU, B.H., BATEMAN, R.J. AND CHENG, K. (2006). RFID enabled manufacturing: fundamentals, methodology and applications, Int. J. Agile Systems and Management, Vol. 1, No. 1, pp.73–92. NGAI, E.W.T.; CHAU, D.C.K.; POON, J.K.L.; CHAN, A.Y.M.; CHAN, B.C.M.; WU, W.W.S. (2012). Implementing an RFID-based manufacturing process management system: Lessons learned and success factors, Journal of Engineering and Technology Management, Volume 29, Issue 1, January–March 2012, Pages 112130. SAEZ, M., MATURANA, F., BARTON, K., TILBURY, D. (2015). Real-Time Hybrid Simulation of Manufacturing Systems for Performance Analysis and Control. 2015 IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), pp.527-531, Aug 24-28. Sauter, T.; Soucek, S.; Kastner, W.; Dietrich, D., (2011). The Evolution of Factory and Building Automation, in Industrial Electronics Magazine, IEEE, vol.5, no.3, pp.35-48, Sept.

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DETECÇÃO DE DANO ESTRUTURAL BASEADA NA TÉCNICA DA IMPEDÂNCIA ELETROMECÂNICA EM AMBIENTES RUIDOSOS

Leandro Melo Campeiro Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Fabricio Guimarães Baptista Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

A técnica da impedância eletromecânica (E/M) tem sido amplamente estudada para detectar danos estruturais em aplicações de monitoramento de integridade estrutural. Embora vários estudos reportem sua eficácia, problemas práticos, como os efeitos de ruído do ambiente e vibração, precisam ser abordados para permitir o seu uso. Este trabalho apresenta a análise experimental dos efeitos de ruído e vibração na detecção de danos estruturais em sistemas de monitoramento de integridade estrutural baseados na técnica da impedância E/M. Os experimentos foram realizados em uma barra de alumínio usando dois diafragmas piezelétricos, sendo que um deles foi usado para obter as assinaturas de impedância elétrica e o outro foi usado como atuador para introduzir ruído e vibração. Para o dano, foi fixada uma pequena massa metálica. A função de coerência e índices de dano foram utilizados para avaliar os efeitos de ruído e vibração, os quais afetam significativamente o limiar do menor dano detectável, que pode ser compensado pelo aumento do sinal de excitação do transdutor. PALAVRAS-CHAVE: Monitoramento de integridade estrutural, ruído, vibração, dano. 1 INTRODUÇÃO

É de grande relevância pesquisar e desenvolver sistemas capazes de monitorar e detectar danos estruturais ainda em estágio inicial. Esses sistemas são conhecidos como sistema de monitoramento de integridade estrutural ou SHM (Structural Health Monitoring). Os sistemas de SHM são formados por uma rede de sensores, um dispositivo de aquisição, armazenamento e processamento dos dados, além de possuir um método de detecção de dano estrutural. Para este trabalho, a técnica da impedância eletromecânica (E/M) foi a utilizada.

Sistemas de SHM, que utilizam o método E/M, apresentam problemas práticos que têm limitado seu uso em aplicações reais. Os problemas mais críticos são as variações de impedância causadas pela operação dos equipamentos e pelas condições ambientais, como, ruídos (TAKAHASHI, 2016) e vibrações (BASTANI et al., 2012).

O objetivo deste trabalho foi analisar os efeitos das vibrações e de ruído nas assinaturas de impedância em aplicações de SHM baseadas no método E/M, uma vez que a pesquisa dos efeitos ambientais é relevante para o correto diagnóstico da estrutura.

2 METODOLOGIA

Para avaliar os efeitos da vibração e de ruído na detecção de danos com base no método E/M, os experimentos foram realizados em uma barra de alumínio com dimensões de 110 mm x 76 mm x 3 mm a qual foi apoiada na bancada sobre blocos de borracha. Foram utilizados dois transdutores piezelétricos fixados a estrutura com cola a base de cianoacrilato.

A aquisição e a geração dos sinais foram realizadas utilizando um dispositivo DAQ NI-USB-6366 com uma taxa de amostragem de 2 MS/s. As assinaturas de impedância foram obtidas na faixa de frequência de 0 a 500 kHz com passos de 2 Hz por meio da geração de um sinal chirp. As vibrações, inseridas usando um sinal chirp, e o ruído pseudo-aleatório variaram em amplitude de 1 Vpp a 50 Vpp para obter diversas relações sinal-ruído.

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Os efeitos da vibração e de ruído foram analisados pelo cálculo da função de coerência e pela análise das assinaturas de impedância usando os índices RMSD (root-mean-square deviation – desvio da raiz média quadrática) e CCDM (correlation-coefficient deviation metric – desvio do coeficiente de correlação). O dano estrutural foi induzido na barra colando-se uma esfera de aço com aproximadamente 1 mm de diâmetro e massa de 15 mg, a 100 mm do centro do transdutor. Todas as medições foram realizadas fazendo-se a média de 5 medidas sob todas as condições. 3 DISCUSSÕES Conforme mencionado anteriormente, a função de coerência foi utilizada para analisar o quanto a vibração e o ruído distorcem o sinal recebido pelo transdutor. O ideal é que seu resultado seja 1, porém, foi observado que esse valor decai com o aumento da intensidade das perturbações inseridas, indicando baixa correlação entre os sinais de excitação e resposta. Para os índices de dano, calculados com subfaixas de 10 kHz nas medições de impedância com vibrações, foram observadas variações maiores que 3000% nos índices RMSD para a parte real e sob vibração intensa (50Vpp). Já no índice CCDM, um comportamento diferente foi observado, as vibrações de baixa frequência causaram variações de impedância em frequências mais altas. Uma análise semelhante foi realizada com a adição de ruído e foi observado que, mesmo em baixa intensidade, o ruído interfere nos índices. Para o índice RMSD, que dependendo da intensidade aplicada, foi observado variações de 600% para um ruído de 1 Vpp e 25000% para uma perturbação de 50 Vpp. Para o CCDM, os valores facilmente atingiram 1, indicando baixíssima correlação e, além disso, os índices aumentaram com a frequência, provavelmente devido à relação sinal-ruído ser menor. Para analisar a viabilidade em detectar danos, um pequeno dano foi introduzido na barra. Os resultados mostraram que os índices sob efeitos apenas de ruído e vibração apresentaram valores maiores do que aqueles com dano. Porém, uma forma de compensar os efeitos das perturbações foi aumentar a amplitude do sinal de excitação, obtendo-se uma redução de 94% para o índice RMSD e 99,2% para o índice CCDM. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste trabalho foi possível concluir que os efeitos de ruído, mesmo que em baixo nível, provocaram variações significativas nas assinaturas de impedância e, consequentemente, nos índices de danos, dificultando a detecção de danos incipientes. Outro resultado importante é que a vibração externa de baixa frequência pode causar variações nas assinaturas de impedância em altas frequências e que esses efeitos podem ser compensadosaumentando-se a amplitude do sinal de excitação no transdutor piezelétrico. Portanto, a análise experimental apresentada neste artigo pode motivar a pesquisa e o desenvolvimento de técnicas mais avançadas de processamento de sinais e índices de danos mais eficientes sob condições de vibrações e ruído, as quais ocorrem tipicamente em aplicações reais. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BASTANI, A.; AMINDAVAR, H.; SHAMSHIRSAZ, M.; SEPEHRY, N.; Identification of temperature variation and vibration disturbance in impedance-based structural health monitoring using piezoelectric sensor array method, Structural Health Monitoring 2012; 11(3): 305–314. http://dx.doi.org/10.1177/1475921711427486 TAKAHASHI, Y.; Evaluation of environmental noise by analyzing faint random vibration in structural health monitoring, The Journal of the Acoustical Society of America 2016; 140: 2958-2958 http://dx.doi.org/10.1121/1.4969133

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ATRATOR LORENZ: ESTUDO DE CAOS E DE HIPERCAOS

Ranulfo Acir de Oliveira Resende Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. José Manoel Balthazar

Orientador – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, Brasil

RESUMO Este trabalho apresenta o resultado de simulações de caos e hipercaos baseadas em referências clássicas do oscilador Lorenz. As simulações calcularam os expoentes de Lyapunov, identificando os respectivos estados de caos e hipercaos. Foram realizadas implementações de caos em circuitos analógico e digital, com microcontrolador. Os resultados permitem prosseguir a pesquisa na investigação do controle de caos e hipercaos. PALAVRAS-CHAVE: Controle Realimentado. Expoentes de Lyapunov.

1 INTRODUÇÃO

O estudo do caos e do hipercaos possui aplicações em aeronáutica, comunicações, processos

químicos, até em sistemas biológicos. Nosso trabalho apresenta simulações de caos e hipercaos e uma implementação em circuito

analógico de caos baseados em (CUOMO et al.,1993), e hipercaos em (MACEK et al.,2010). As simulações do sistemas estudados apresentaram Expoentes de Lyapunov coerentes com caos e hipercaos.

Foram realizadas implementações para o caos em circuito analógico e, também, em microcontrolador baseada em (CHIU et al.,2013). As implementações apresentaram formas de onda qualitativamente coerentes com o esperado, possibilitando futuras investigações em controle.

Na seção 2, apresentamos a metodologia e os fundamentos teóricos do trabalho. A seção 3 apresenta os resultados das simulações e a implementação.

2 METODOLOGIA

O sistema Lorenz caótico é descrito em (CUOMO et al.,1993), na equação (1). O sistema Lorenz hipercaótico é descrito em (MACEK et al.,2010), equações (4) a (7). Os sistemas foram simulados no ambiente integrado de estudo de sistemas dinâmicos,

desenvolvido inicialmente em (RESENDE, 2015) e aprimorado na pesquisa de doutorado. 3 RESULTADOS

Os resultados são apresentados nas figuras (1) a (3).

4 CONCLUSÕES Este trabalho apresentou o resultado de simulações de sistemas caóticos e hipercaóticos

baseados no oscilador Lorenz. As simulações e, igualmente, as implementações em circuito analógico e digital para o caos, foram coerentes com a teoria, permitindo prosseguir em pesquisa no controle de caos e hipercaos. REFERÊNCIAS

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CHIU, R., MORA-GONZALEZ, M.; LOPEZ-MANCILLA D. “Implementation of a Chaotic Oscillator into a Simple Microcontroller”. Em: IERI Procedia 4.Supplement C. 2013 International Conference on Electronic Engineering and Computer Science (EECS 2013), pp. 247 –252. 2013. CUOMO, K. M.; OPPENHEIM, A. V.; STROGATZ, “Synchronization of Lorenz-based chaotic circuits with applications to communications”. Em: IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing 40.10, pp. 626–633. 1993. MACEK, W. M.; STRUMIK, M., “Model for hydromagnetic convection in a magnetized fluid”. Em: Phys. Rev. E 82 (2), p. 027301. 2010. RESENDE, R. A. O., “Estudo da Dinâmica de Populações Utilizando a Técnica de Polinômios de Colocação”. Diss. de mestrado. Faculdade de Engenharia, Campus Bauru, Universidade Estadual Paulista – Unesp. 2015.

(a) x

(b) xy

Figura – 1 : Resultados de Simulações de Caos. Fonte: os autores.

(a) x

(b) xy

Figura – 2 : Resultados de Simulações de Hipercaos. Fonte: os autores.

(a) Implementação Analógica de Caos (b) Implementação com uC Figura – 3 : Resultados de Implementações. Fonte: os autores.

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MONITORAMENTO DO FENÔMENO DA QUEIMA NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE AÇOS POR MEIO DE SINAIS DE VIBRAÇÃO

Felipe Aparecido Alexandre


Prof. Dr. Paulo Roberto Aguiar Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

A retificação, dentro dos processos de usinagem, é um processo de acabamento amplamente utilizado na indústria, sendo uma das últimas fases na cadeia de usinagem. O fenômeno de queima é uma das piores falhas que podem ocorrer na retificação de aços. Desta forma, um sistema de monitoramento capaz de identificar a ocorrência deste fenômeno, além de detectar o momento do início do mesmo, é de grande importância. Este trabalho propõe um método para detecção do fenômeno de queima e o momento de sua ocorrência no processo de retificação de aços com rebolo de óxido de alumínio. Um acelerômetro (sensor de vibração) foi instalado no suporte da peça. Técnicas de processamento digital de sinais e índices de danos foram aplicados. Para melhor fundamentar o estudo, testes de dureza, inspeção visual e metalografia foram executados. Os resultados mostram que o método proposto é efetivo para detecção do fenômeno de queima. PALAVRAS-CHAVE: Retificação, Monitoramento, Danos térmicos, Vibração.

1 INTRODUÇÃO

O processo de retificação é muito utilizado na fabricação de peças dos mais diversos

tipos de materiais, exigindo resultados como baixa rugosidade, controle dos erros dimensionais e forma da peça, máxima vida útil da ferramenta e custos mínimos (EUZEBIO et al., 2012). O principal objetivo desse processo é obter peças com acabamento superficial de alta qualidade.

Os danos mais comuns no processo de retificação são a queima, trincas e tensões residuais (DOTTO; AGUIAR; BIANCHI, 2002). A principal causa de danos nos metais é a entrada térmica excessiva gerada pelo contato entre os grãos abrasivos do rebolo e a superfície da peça, provocando a queima da superfície. A queima pode causar endurecimento ou amolecimento da peça, como também aumento na fragilidade, tensões residuais indesejáveis de tração, fissuras e redução da resistência a fadiga (AGUIAR; DOTTO; BIANCHI, 2005)

Uma maneira de garantir a qualidade, obter os resultados esperados e evitar danos no processo de manufatura é o monitoramento do processo através de sensores, com o intuito de deduzir o valor real dos eventos (rugosidade, danos térmicos, trincas, tensões residuais) e, assim, atuar sobre o processo, de modo a minimizar ou eliminar tais erros.

O objetivo principal deste trabalho foi propor um método para a detecção do início do fenômeno de queima e a condição superficial de peças de aço na retificação, por meio do uso de acelerômetro e sensor de potência. O processamento digital dos sinais utilizou ferramentas de análise no domínio da frequência, além de outras técnicas, no intuito de inferir uma correlação entre as condições das peças e os sinais coletados e, por conseguinte, estabelecer o início do fenômeno de queima. 2 METODOLOGIA

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Os ensaios foram realizados em uma máquina retificadora tangencial plana equipada com um rebolo de óxido de alumínio. As peças de aço ABNT 1045 foram utilizadas como material para análise da ocorrência de queima. A aquisição da vibração foi feita por um acelerômetro fixado ao suporte da peça. Os sinais foram amostrados por um osciloscópio, com frequência de amostragem de 2 MHz. Após a aquisição dos sinais, os mesmos foram posteriormente processados no software Matlab®. O processamento de sinais consistiu de análises no domínio da frequência, como a PSD – Power Spectral Density, aplicação da transformada de STFT – Short Time Fourier Transform, e do índice RMSD – Root Mean Square Deviation em janelas de resolução fixa. Em relação as análises superficiais, medidas de dureza Vickers, metalografia e fotos de alta resolução da superfície da peça foram efetuadas para auxiliar na identificação do início do fenômeno de queima. 3 RESULTADOS

Os resultados alcançados por meio do processamento digital de sinais mostram que as

aplicações da STFT nos sinais de vibração, amostrados durante o processo de retificação, indicam com relativa precisão a região da peça onde houve o início do fenômeno de queima. Esse resultado é corroborado pela aplicação do índice RMSD em janelas fixas de 16.384 amostras dos sinais de vibração. O processamento digital de sinais quando comparado aos resultados da superfície da peça (Vickers, Metalografia e fotografias de alta resolução) são coerentes. Assim, a vibração possui relação direta com a ocorrência de queima, tornando-se uma alternativa ao monitoramento por emissão acústica (EA). 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados mostram que as condições de retificação influenciam de forma direta nos sinais, alterando os espectros de frequência. Após o tratamento digital de sinais, por meio da aplicação da STFT, é possível identificar a região do início da ocorrência do fenômeno de queima. Por fim, a aplicação do índice RMSD no sinal apresentou bons resultados, reforçando a análise conjunta dos dados observados (fotografia da superfície da peça, dureza Vickers, STFT e RMSD).

O método proposto apresentou resultados confiáveis no que tange a identificação do fenômeno de queima. Finalmente, ressalta-se a utilização do acelerômetro para o monitoramento do processo de retificação, visto que muitos trabalhos adotam para o mesmo fim o sensor de emissão acústica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGUIAR, P. R.; DOTTO, F. R. L.; BIANCHI, E. C. Study of thresholds to burning in surface grinding process. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Science & Engineering, v. XXVII, n. 2, p. 150–156, 2005. DOTTO, F. R. L.; AGUIAR, P. R.; BIANCHI, E. C. In-process thermal damage detection in grinding with monitoring via Internet. Seventh International Conference on Control. Automation, Robotics and Vision, v. 1, p. 270–275, 2002. EUZEBIO, C. D. G. et al. Monitoring of grinding burn by fuzzy logic. (ABCM, Ed.)ABCM Symposium Series in Mechatronics - Vol. 5. Natal, RN: ABCM, 2012

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SISTEMAS SHM BASEADOS NA IMPEDÂNCIA ELETROMECÂNICA EM APLICAÇÕES COM BAIXA RELAÇÃO SINAL-RUÍDO

Bruno Albuquerque de Castro


Prof. Dr. Fabrício Guimarães Baptista Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

Os sistemas de monitoramento de integridade estrutural (SHM) têm como objetivo a detecção de danos estruturais em estágio inicial e, desta forma, garantir a segurança e a redução de custos com manutenção. Entre as várias técnicas existentes para a detecção de dano, a técnica da impedância eletromecânica (E\M) se destaca pela sua metodologia simples e por utilizar transdutores piezelétricos de baixo custo. Todavia, esta técnica se torna limitada em aplicações onde os níveis de ruído ou de vibração são significativos. Portanto, o objetivo deste trabalho é propor uma nova técnica de processamento digital de sinais, baseada no critério de Hinkley com o propósito de se minimizar a influência do ruído no diagnóstico correto de danos em materiais compósitos, os quais são muito utilizados na indústria aeroespacial. PALAVRAS-CHAVE: Impedância Eletromecânica, SHM, FRF, Critério de Hinkley.

1 INTRODUÇÃO

O uso de técnicas não destrutivas para o monitoramento e diagnóstico de falhas

estruturais, conhecidos como sistemas de SHM (Structural Health Monitoring), tem como objetivo garantir um elevado grau de desempenho e segurança estrutural nos campos relacionados a engenharia civil, naval e aeroespacial. Uma das técnicas mais promissoras em SHM é a técnica da impedância eletromecânica (E/M). Entretanto, sua aplicação se torna limitada em ambientes cujo nível de ruído ou de vibração estrutural são significativos (TAKAHASHI, 2016). Tomando-se como base essa problemática, o objetivo deste estudo é propor um novo método de identificação e classificação de danos baseado no critério estatístico de Hinkley de forma a se minimizar, em relação a técnica tradicional, o efeito do ruído no diagnóstico de falhas em materiais compósitos do tipo fibra de carbono.

2 METODOLOGIA

A medição da impedância eletromecânica neste estudo se baseou na técnica proposta

por Baptista e Vieira Filho (2009). Sendo assim, um diafragma piezelétrico de baixo custo (modelo 7BB-20-6, Murata®) foi acoplado a uma chapa de fibra de carbono de dimensões 300 x 500 x 1,04 mm por meio de uma cola a base de cianoacrilato. Por meio de uma placa de aquisição de dados (NIUSB-6211) o transdutor foi excitado por um sinal chirp x(t) de amplitude 1 V e range de 0-65 kHz com um passo de frequência de 2 Hz, e, concomitantemente foi realizada a leitura do sinal de resposta y(t) do transdutor para o sinal chirp. A taxa de aquisição ajustada foi de 250 kHz. Para a geração de ruídos brancos aleatórios, que variaram de 0,1 V a 10 V de pico a pico, um outro diafragma de mesmas características foi acoplado na outra extremidade da chapa. Três danos foram induzidos de forma a se comparar a identificação e classificação do dano estrutural na placa contaminada com ruído. Deste modo, foram feitos furos de 1 mm, 5 mm e 10 mm de diâmetro, os quais representam, em percentual de área danificada, 0,0005%, 0,01% e 0,05%, respectivamente. Uma vez aplicada a técnica da

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impedância na placa contaminada com ruído, os sinais de excitação e resposta foram processados via método tradicional, que se baseia na função resposta em frequência (FRF), bem como pela nova forma proposta: o critério estatístico de Hinkley. Após este processamento, para cada metodologia, a quantificação do grau de avaria foi realizada por meio do desvio do coeficiente de correlação (CCDM) que comparou duas assinaturas contaminadas com ruído: a primeira, extraída da chapa íntegra (baseline) e, a segunda, após a inserção dos danos descritos.

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A técnica da impedância E/M tem como fundamento o estudo do sinal de resposta y(t)

mediante a excitação do sensor por um sinal chirp x(t). A forma tradicional de se processar estes sinais é baseada na FRF que utiliza um estimador espectral 𝐻4, conforme se verifica na Equação 1. Para o cálculo deste estimador é necessário se obter o espectro de potência cruzado 𝑆67(𝑓) dos sinais se excitação e resposta e o auto espectro do sinal de excitação 𝑆66(𝑓).

𝐻4 𝑓 = 𝑆67(𝑓)𝑆66(𝑓)

(1)

Já o critério de Hinkley pode minimizar a influência do ruído no sinal ponderando a energia de cada amostra do sinal de resposta 𝑦; na energia total média 𝑦 do sinal por meio de uma soma cumulativa, conforme Equação 2 (Markalous, Tenbohlen, Fazer, 2008).

𝑆)< = 𝑦;= − 𝑦)

;?@

(2)

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Para análise via FRF, o índice CCDM cresceu com o aumento do tamanho do dano

apenas na faixa de 0 a 10 kHz, possibilitando a identificação e classificação do dano. Já o critério de Hinkley apresentou esta característica para quatro bandas distintas: de 0 a 10 kHz, de 10 a 20 kHz, de 20 a 30 kHz e de 50 a 60 kHz. Ambos os resultados se deram para ruídos menores ou iguais a amplitude do sinal chirp. Para ruídos maiores que 1 V, a classificação e a identificação de danos ficaram prejudicadas. Sendo assim, o critério de Hinkley apresentou maior quantidade de bandas que identificaram e quantificaram o tamanho do dano na placa.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BAPTISTA F. G.; VIEIRA FILHO, J. “A New Impedance Measurement System for PZT-Based Structural Health Monitoring”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 58, no. 10, pp. 3602–3608, 2009.

MARKALOUS, S.; TENBOHLEN, S.; FESER, K. “Detection and Location of Partial Discharges in Power Transformers using Acoustic and Electromagnetic Signals”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol.15, n. 6, pp. 1576-1583, 2008

TAKAHASHI, Y. “Evaluation of environmental noise by analyzing faint random vibration in structural health monitoring” The Journal of the Acoustical Society of America, 2016.

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FERRAMENTA DE ANÁLISE E PROJETO DE SISTEMAS INSTRUMENTADOS DE SEGURANÇA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Caio Cesar Policelli Amalfi


Prof. Dr. Eduardo Paciência Godoy Orientador – Depto de Engenharia de Controle e Automação – Unesp – Sorocaba

RESUMO

A alta complexidade atrelada às necessidades de segurança e confiabilidade dos processos industriais têm demandado a implantação de sistemas automáticos de segurança. Esses sistemas, conhecidos como Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS), são responsáveis pela segurança operacional do processo dentro de limites seguros através da monitoração de valores e parâmetros quando houver condições de risco. Os SIS são concebidos com diferentes Níveis de Integridade de Segurança (SIL) de acordo com o risco do processo. O desafio na implantação desses sistemas é que o procedimento de projeto de um SIS é complexo e pouco difundido, além de existirem diversos métodos de cálculo e análise de riscos aceitos pelas normas de segurança. A motivação para este trabalho visa automatizar o projeto de SIS no que diz respeito à redução da quantidade de tarefas manuais que podem causar erros e aos cálculos necessários e também à diminuição do tempo de projeto. PALAVRAS-CHAVE: Confiabilidade, Falhas, SIS, SIL. 1 INTRODUÇÃO

A automação é uma realidade consolidada dentro de ambientes industriais, reduzindo

os custos da produção e aumentando tanto a qualidade quanto a competitividade das empresas. Atualmente, devido à crescente utilização da automação dentro do ambiente industrial, sistemas de segurança específicos tornaram-se indispensáveis para assegurar o desempenho e integridade das plantas e das malhas de controle (CATELANI et al., 2012). Estes sistemas de segurança, comumente denominados de Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS – Safety Instrumented Systems), consistem em um conjunto de métodos de engenharia, hardware e software, especialmente desenvolvidos para prevenir e mitigar possíveis falhas e riscos capazes de afetar a integridade dos equipamentos, dos funcionários envolvidos e até mesmo do meio ambiente (IEC 61511-MOD, 2014). 2 METODOLOGIA

O objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta de análise e projeto de SIS,

com programação voltada para Web, capaz de realizar um estudo de riscos e falhas de um processo industrial e calcular um valor para a seleção do nível de integridade de segurança (SIL). Os principais métodos utilizados por esta ferramenta são:

• Estudo de Riscos e Falhas HAZOP, Estudo de Riscos e Operabilidade; • Criação das árvores de falhas com suas respectivas funções lógicas; • Obtenção do SIL através da análise das árvores de falhas; • Definição de uma SIF para o SIL obtido.

3 DISCUSSÕES

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A proposta deste trabalho consistiu no desenvolvimento de uma ferramenta de análise e projeto de um Sistema Instrumentado de Segurança (SIS), utilizando para isso programação em HTML, PHP e JavaScript, principais linguagens para programação web existentes atualmente, além de uma estruturação em banco de dados MySQL, devido ao seu desempenho, segurança e também quanto à aplicabilidade. Tal ferramenta é voltada para Web, permitindo ao usuário o acesso através de qualquer navegador em qualquer lugar do mundo, uma vez que será disponibilizada na Internet inicialmente num servidor de hospedagem gratuito para testes e depois em um domínio próprio. A ferramenta proposta sistematiza e descreve um procedimento adequado, usando técnicas normativas, para realização das etapas necessárias para o projeto de um SIS.. A ferramenta funciona usando 4 módulos:

• Módulo 1: Análise de Riscos; • Módulo 2: Árvore de Falhas; • Módulo 3: Cálculo do SIL; • Módulo 4: Definição da SIF.


A ferramenta desenvolvida é inovadora e proporciona uma contribuição importante para

esta temática, pois não foi encontrada na revisão bibliográfica realizada nenhuma ferramenta que englobasse todos os procedimentos requeridos para a análise e projeto de SIS. Isso representa um diferencial da ferramenta proposta em relação a outras soluções disponível na literatura, pois a mesma automatiza e auxilia nas etapas de projeto de um SIS, reduzindo principalmente tempo para execução dessas tarefas. Outro fator importante é que a ferramenta foi desenvolvida em ambiente Web, o que facilita seu uso e disseminação (sem a necessidade de instalação de software ou gerenciamento de permissões de acesso em empresas). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CATELANI, M.; CIANI, L.; LUONGO, V. (2012), “A new proposal for the analysis of Safety Instrumented Systems”. 2012 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference, Graz, pp. 1612-1616.

IEC61508 (2010). Functional Safety of electrical / electronic / programmable electronic safety-related systems – Part 2: Requirements for electrical / electronic / programmable electronic safety-related systems. IEC – International Electrotechnical Commission, Geneva.

IEC61511-Mod (2014). Functional Safety – Safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector – Part 3: Guidance for the Determination of Required Safety Integrity Levels. IEC – International Electrotechnical Commission, Geneva.

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ANÁLISE DE SISTEMAS DE MEDIÇÃO PARA DETECÇÃO DE DANO BASEADA NA IMPEDÂNCIA E/M UTILIZANDO TRANSDUTORES PIEZELÉTRICOS

Danilo Ecidir Budoya



RESUMO

Os sistemas de monitoramento de integridade estrutural, também conhecidos como SHM do termo em inglês Structural Health Monitoring, permitem a detecção de dano estrutural ainda em estágio inicial em diversos tipos de estruturas, aumentando a segurança dos usuários e reduzindo os custos com manutenção. Para tal, são necessárias técnicas minimamente invasivas à estrutura, conhecidas como NDT (nondestructive testing – teste não destrutivo) ou NDE (nondestructive evaluation – avaliação não destrutiva). Entre as várias possibilidades, o método da impedância eletromecânica (E/M) destaca-se por sua metodologia simples e por utilizar transdutores piezelétricos pequenos, leves e de baixo custo. Para este trabalho, foram realizados experimentos visando comparar a precisão e sensibilidade à presença de danos de dois sistemas que atuam de formas diferentes quanto à excitação e aquisição de sinais dos transdutores piezelétricos. Os resultados indicam diferenças quanto aos parâmetros comparados que devem ser consideradas no desenvolvimento de sistemas de SHM baseados na impedância E/M. PALAVRAS-CHAVE: SHM, Impedância eletromecânica, Transdutores piezelétricos. 1 INTRODUÇÃO

Sistemas de monitoramento de integridade estrutural, também conhecidos como SHM,

têm ganhado grande destaque no meio acadêmico e industrial, pois permitem a detecção de dano estrutural ainda em estágio inicial em diversos tipos de estruturas, aumentando a segurança dos usuários e reduzindo os custos com manutenção (FARRAR; WORDEN, 2013). Para tal, são necessários sistemas de monitoramento que utilizam técnicas minimamente invasivas conhecidas como NDT ou NDE, uma vez que a interrupção total de operação das estruturas é indesejável.

Dentre as técnicas NDT, a impedância eletromecânica (E/M) destaca-se por sua metodologia simples e por utilizar transdutores piezelétricos pequenos, leves e de baixo custo. As técnicas de aquisição de sinais utilizadas no sistema proposto por Baptista e Vieira Filho (2009) e no circuito integrado AD5933, da Analog Devices, abrangem grande parte das aplicações de sistemas de SHM baseados na impedância E/M. Para realizar uma análise em uma determinada faixa de frequência, tais sistemas diferenciam-se quanto ao tipo de sinal de excitação aplicado, uma vez que primeiro possui um único sinal dinâmico do tipo chirp, e o segundo, diversos sinais senoidais para abranger todas as frequências desejadas.

A precisão das medições é fundamental nas aplicações de SHM, já que a detecção e quantificação do dano são realizadas pela comparação de duas assinaturas de impedância. Dessa forma, medições imprecisas podem impossibilitar a detecção de danos em estágio inicial ou ocasionarem diagnósticos falso-positivos. Portanto, neste trabalho, os dois sistemas de implementação da técnica da impedância E/M, citados anteriormente, são analisados e comparados estatisticamente pela precisão das medidas e sensibilidade para detectar danos estruturais.

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2 METODOLOGIA Para este trabalho, foram realizados dois experimentos visando-se determinar a precisão

das medições e a sensibilidade à presença de danos em uma estrutura monitorada. Para isso, os dois sistemas apresentados na Seção I foram ambientados no software LabVIEW e igualmente configurados para que as comparações sejam fidedignas. Os materiais utilizados foram um dispositivo de aquisição de dados NI-USB-6361, um diafragma piezelétrico 7BB-20-6 da Murata Manufacturing, uma barra de alumínio de 79 cm x 7,5 cm x 0,3 cm (estrutura monitorada) e dois objetos para simularem a presença de danos na estrutura ao serem fixados na mesma: uma porca de aço de 0,8 cm x 1,4 cm e uma esfera de aço de diâmetro de 0,1 cm.

Para o primeiro experimento, foram realizadas vinte medições da impedância elétrica do diafragma piezelétrico, com cada sistema. Em sequência, para uma determinada faixa de frequência, foi calculado o desvio padrão das medições referentes a cada um dos sistemas. No segundo experimento, foram realizadas dez medições com a barra sem danos e outras dez com cada um dos danos apresentados anteriormente, para cada sistema. Em seguida, utilizando-se sempre como referência uma baseline (assinatura para estado íntegro) da estrutura para cada sistema, foram calculados os índices CCDM (correlation coefficient deviation metric – métrica do desvio do coeficiente de correlação) para cada medição de cada sistema, que indica a presença ou não de danos na estrutura monitorada.

3 DISCUSSÕES

Os resultados do primeiro experimento indicam que o sistema com sinal de excitação

senoidal possui uma precisão maior que o sistema com sinal de excitação do tipo chirp para toda a faixa de frequência analisada, que foi de 44 kHz a 44,3 kHz (região contendo um pico de ressonância), uma vez que o desvio padrão, ponto a ponto, nesta faixa de frequência, foi sempre maior para o sistema com sinal de excitação chirp. Para o segundo experimento, os índices CCDM obtidos para o sistema de sinal de excitação senoidal para os diferentes danos foram maiores em todas as medições do que os índices CCDM obtidos para o sistema com sinal de excitação chirp. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com base nos resultados obtidos neste trabalho, é possível concluir que a precisão nas

medições de impedância elétrica dos transdutores piezelétricos proporciona uma maior sensibilidade à presença de danos na estrutura monitorada. Além disso, mostrou que ambos os sistemas analisados estão aptos a aplicações de sistemas de SHM e que, sob as configurações utilizadas neste trabalho, o sistema com sinal de excitação senoidal apresentou melhor precisão e sensibilidade à presença de danos na estrutura monitorada. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BAPTISTA, F. G.; VIEIRA FILHO, J. A new impedance measurement system for PZT-based structural health monitoring. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, v. 58, n. 10, p. 3602–3608, 2009. FARRAR, C. R.; WORDEN, K. Structural health monitoring: a machine learning perspective, John Wiley & Sons, Ltd., 2013.

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AUTOMAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS EM NUVEM COM APLICAÇÕES DE INTERNET DAS COISAS INDUSTRIAL (IIOT)

Jeferson André Bigheti


Prof. Dr. Eduardo P. Godoy Orientador – Depto de Engenharia de Controle e Automação– Unesp – Sorocaba

RESUMO

Este trabalho apresenta uma arquitetura de automação e controle de processos em nuvem baseada na aplicação de WNCS integrados a um servidor Web. Os sistemas de controle se comunicam via protocolos MODBUS, COAP e o servidor Web é implementado usando as ferramentas scadaBR e NODE.JS. Dois estudos de caso são apresentados o controle via rede de uma malha de vazão com o protocolo MODDUS e outro de uma malha de nível para o protocolo COAP via simulação em Hardware-in-the-Loop (HIL). PALAVRAS-CHAVE: Computação em nuvem, COAP, MODDUS e WNCS. 1 INTRODUÇÃO

As indústrias estão mudando para melhorar seus processos e dessa forma obter uma

maior eficiência e qualidade dentro de menores custos e tempos. Onde o chão de fábrica está cada vez mais automatizado, com robôs realizando diversas atividades que antes eram feitas de forma manual. As máquinas já conversam entre si e conosco utilizando o conceito da Internet das Coisas (IoT). Expressões como big data, descentralização, virtualização, automatização e internet das coisas são conceitos de automação da Indústria 4.0, também chamada de Quarta Revolução Industrial, a qual representa uma evolução dos sistemas produtivos atuais a partir da convergência entre novas tecnologias de automação industrial e tecnologia da informação (TI) (BERGER, 2014). A qual propõe conectar máquinas, sistemas e pessoas ao processo produtivo. Isso irá permitir maior personalização de produtos, utilização mais eficiente de recursos, menor margem de erro, controle de matérias-primas, além de uma logística de distribuição melhorada. O grande desafio, portanto, é promover a integração entre essas tecnologias, visando a obtenção de uma nova realidade produtiva, onde tudo estará conectado para que as melhores decisões de produção, custo e segurança sejam tomadas, tudo sob demanda e em tempo real. 2 METODOLOGIA

Este artigo apresenta uma proposta de arquitetura de automação com o uso da tecnologia

IoT entre dispositivos para sensores e atuadores com interconexão feita por um servidor M2M com o modulo ESP8266 acessando serviços de automação e controle em nuvem. A arquitetura é baseada na aplicação de sistemas de controle via rede (WNCS) com o uso do protocolo MODBUS e COAP via comunicação WiFi. A troca de informação entre o modulo ESP8266 com o servidor M2M Web é feita com os protocolos MODBUS e COAP. Os servidores de aplicação M2M utilizados são o scadaBR e NODE JS. Os sensores e atuadores também são módulos ESP8266 com protocolo COAP e MODBUS embarcados e acessando as variáveis de controle via Acess Point (AP). O controle da malha proposto neste trabalho será feito pelo pidPLUS, sendo esse um serviço em nuvem implementado no software labview. O meio de acesso ao controlador pidPLUS foi utilizado a tecnologia REST e SOAP. As variáveis de controle serão acessadas em um banco de dados mySQL através de comunicações WiFi com o

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protocolo COAP e MODBUS. As variáveis do processo são disponibilizadas em nuvens, via banco de dados, e podem ser acessadas no servidor para diferentes finalidades. Este estudo de caso será implementado em duas malhas uma de vazão e uma outra de nível para o protocolo COAP via simulação em Hardware-in-the-Loop (HIL) para teste do funcionamento dos módulos ESP8266, onde o controlador está fisicamente separado do processo e as variáveis serão registradas em um banco de dados em um Servidor via WiFi através dos protocolos MODBUS e COAP. 3 DISCUSSÕES

Neste trabalho foi estudado a aplicação dos protocolos Modbus TCP/IP e COAP via

Wi-Fi para comunicação com um servidor Web implementados nos servidores M2M scadaBR e NODE.JS. Usando uma comunicação via Web Service com o scadaBR e NODE.JS, foi implementado um controlador PIDPlus (LabVIEW) que acessa as variáveis de controle e comanda o processo através da nuvem. Os resultados apresentados validam o desenvolvimento da arquitetura de automação e controle na nuvem proposta neste artigo. Verificou-se que o controle via rede da malha de vazão e nível (simulação), usando comunicação Modbus TCP/IP, COAP e web service SOAP e REST se mostrou adequado e pode ser aplicado ao estudo de caso da planta piloto. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A integração das tecnologias de automação e informática como a IoT através da

arquitetura de automação e controle em nuvem apresentada neste trabalho permitirá a análise e tomada de decisões com base nos dados disponíveis em nuvem, possibilitando o monitoramento e melhoria da eficiência do processo. Este trabalho apresenta resultados preliminares, mas que permitem vislumbrar potenciais de aplicação da arquitetura desenvolvida, que serão estudados em trabalhos futuros, como: Aplicações de controle em nuvem; Fornecimento de serviços de identificação de sistemas e controle avançado usando dados históricos disponíveis no servidor web do processo; Monitoramento, telemetria e otimização de processos através de serviços na nuvem; Virtualização de controladores e oferecimento de serviços de redundância ou backup de controladores com custo reduzido; Possibilidade de redução de custo e hardware utilizado, além de tempo de desenvolvimento de aplicações com o uso de serviços disponibilizados como serviços de comissionamento virtual. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BERGER, R. (2014). Industry 4.0 – The new industrial revolution, Strategy Consultants, 2014. . Acesso em: Novembro, 2015. DECOTIGNIE, J. D. (2005). Ethernet-based real-time and industrial communications. Proceedings of the IEEE, v. 93, n. 6, pp. 1102-1117. HEGAZY, T. and HEFEEDA, M. (2015). Industrial Automation as a Cloud Service, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, Vol.26, No.10, pp.2750-2763, Oct. 1.

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CONTROLE DE POTÊNCIA ATIVA E REATIVA DE UM SISTEMA DE ENERGIA EÓLICA CONECTADO À REDE BASEADO EM DFIG

Marco Aurélio Rocha


Prof. Dr. Paulo José Amaral Serni Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. André Luiz Andreoli

Coorientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO Este trabalho apresenta a análise, modelagem e controle vetorial de um sistema de geração eólica baseado em um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG, em inglês – Doubly Fed Induction Generator), equipado com um conversor back-to-back para gerenciamento da potência absorvida ou entregue à rede elétrica, por meio de compensação de reativos. Para atingir este objetivo, a modelagem do sistema, bem como o projeto dos controladores foram desenvolvidos no ambiente de simulação Matlab®/Simulink®. Os resultados obtidos permitiram avaliar o desempenho dos compensadores, de modo que o fator de potência foi mantido unitário para variações abruptas de carga e para cargas dinâmicas; a máxima potência oriunda do vento foi extraída e gerada. PALAVRAS-CHAVE: geração eólica, compensação de reativos, filtro ativo de potência. 1 INTRODUÇÃO

A crescente demanda por energia elétrica com o mínimo impacto ambiental é um dos

grandes desafios enfrentados hoje no setor energético. A energia eólica é considerada uma das mais importantes e promissoras fontes de energia renovável de todo o mundo, principalmente devido a sua viabilidade econômica, baixa relação custo/benefício de exploração e por apresentar um rápido desenvolvimento tecnológico, crescendo exponencialmente ao longo dos anos. Entretanto, esse tipo de geração causa problemas no sistema de distribuição de energia ao qual está conectado, como instabilidade da rede e problemas de qualidade de energia. Com o objetivo de desenvolver sistemas de energia eólica conectados à rede de distribuição eficientes e economicamente viáveis, diferentes algoritmos de controle aplicados ao DFIG tem sido propostos em literatura (MOREIRA et al., 2017).

Tendo em vista o contexto exposto acima, este trabalho propõe uma nova estratégia de controle vetorial orientado pelo fluxo do estator para sistemas de energia eólica conectado à rede de distribuição baseados em DFIG, para controle de potências ativa e reativa no ponto de acoplamento comum (PAC) em um sistema com carga dinâmica variável, com o intuito de manter o fator de potência unitário e obter o ponto de máximo rastreio de potência. 2 METODOLOGIA

Esse trabalho propõe um modelo computacional, desenvolvido no ambiente de

simulação Matlab®/Simulink®, de um sistema eólico conectado à rede, tendo um DFIG como máquina primária com um conversor back-to-back conectado ao sistema de distribuição e alimentando o circuito do rotor. Com o intuito de obter uma potência de saída satisfatória e qualidade na energia gerada, estratégias de controle foram propostas e implementadas no

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mesmo ambiente de simulação. O controle do conversor do lado do rotor (RSC) realiza a regulação de torque e de potência ativa e reativa, enquanto que o conversor do lado da rede (GSC) mantém a tensão do link CC constante e produz fator de potência unitário para o ponto de vista da rede.

Para este trabalho, foi adicionado ao PAC um motor de indução de 1,1 kW com variação do torque aplicado. Foi adicionado à entrada do sistema perfil de vento variável. 3 DISCUSSÕES

Os resultados para o perfil de carga adotados indicam que os controladores propostos

tiveram uma resposta adequada, uma vez que tanto o RSC quanto o GSC mantiveram o sistema funcionando corretamente, ou seja, o controlador RSC manteve o torque regulado e a velocidade controlada para qualquer variação de vento. Já o GSC garantiu que a tensão de link CC se mantivesse em um valor praticamente constante, com uma pequena variação, e ainda foi garantido que a potência reativa da rede fosse zerada, mantendo o fator de potência próximo a unidade. Para o perfil de carga testado foi possível observar que a taxa de distorção harmônica (THD) da tensão do PAC foi menor que 10%, conforme exigido pela norma brasileira regulamentada em (ANEEL, 2017). 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Pela análise dos resultados obtidos, é possível concluir que o controlador de ângulo de

passo realizou a extração da máxima potência para uma velocidade de vento variável, em que a potência ativa controlada seguiu instantaneamente a de referência, não apresentando nenhuma perda para variações de vento. O RSC garantiu a regulação do torque, mantendo a velocidade do gerador controlada, o GSC manteve o link CC regulado na tensão de referência, apresentando pequena variação de amplitude e garantiu que a potência reativa da rede fosse nula para qualquer perfil de carga instalada, mantendo sempre um fator de potência próximo a unidade. O uso do controlador PR na malha de corrente do GSC mitigou harmônicos gerados pelo retificador, fazendo com que a malha de corrente se tornasse mais estável. Desta forma, pode-se concluir que a estratégia de controle proposta se apresentou satisfatória, uma vez que os objetivos foram atendidos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEEL. Agência Nacional de Energia Elétrica - Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional - PRODIST: Módulo 8 - Qualidade da Energia Elétrica. 2017. MOREIRA, A. B. et al. Power control for wind power generation and current harmonic filtering with doubly fed induction generator. Renewable Energy, v. 107, p. 181–193, jul. 2017.

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AVALIAÇÃO DA AUTOPERTURBAÇÃO DA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA EM ESTABELECIMENTOS ASSISTENCIAIS DE SAÚDE

Nilton José Saggioro


Prof. Dr. Paulo José Amaral Serni Orientador – Depto de Engenharia de Controle e Automação – Unesp – Sorocaba


Co-Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO Este trabalho propõe-se a apresentar uma metodologia para avaliação da autoperturbação na qualidade da energia elétrica em Estabelecimentos Assistenciais de Saúde – EAS. Partindo da caracterização das principais cargas sensíveis e também das cargas perturbadores existentes em EAS, propõe elaborar uma metodologia que permita a identificação prévia, quantificação e mitigação de problemas relacionados à qualidade da energia elétrica, assegurando maior qualidade à energia fornecida aos equipamentos ‘eletromédicos’ e segurança ao paciente. PALAVRAS-CHAVE: Qualidade Energia, Saúde, Autoperturbação. 1 INTRODUÇÃO

O advento da eletrônica de potência possibilitou um aprimoramento no controle da

energia atuando na amplitude, frequência e na forma de onda da tensão fornecida aos equipamentos de conversão de energia. Essas alterações programadas na forma de onda fornecida a um determinado equipamento, a depender das características do sistema elétrico, podem também produzir distorções indesejadas na forma de onda da tensão de alimentação de outro equipamento, fato esse chamado de ‘perturbação’. Notadamente na área de saúde, conforme RAMOS [1], os chamados equipamentos ‘eletromédicos’ necessitam de alta qualidade de energia elétrica para seu correto funcionamento e ao mesmo tempo eles próprios prejudicam a qualidade da energia elétrica. Assim, a partir do levantamento de dados característicos de equipamentos presentes em um estabelecimento assistencial de saúde (EAS), o trabalho proposto apresentará uma metodologia para avaliação da perturbação no interior das instalações, oriundas de seus próprios equipamentos.

2 METODOLOGIA

A metodologia proposta para o trabalho completo consiste das seguintes etapas: i)

revisão bibliográfica sobre qualidade de energia; ii) análise de normas e recomendações sobre qualidade de energia e instalações elétricas de EAS; iii) estudo dos fundamentos teóricos da autoperturbação; iv) levantamento das características de cargas típicas de EAS quanto à qualidade de energia; v) desenvolvimento de metodologia de avaliação da auto perturbação em EAS; vi) avaliação da aplicabilidade dos parâmetros de qualidade de energia preconizados por normas e recomendações aplicáveis a pontos internos da instalação de EAS; vii) resultados e conclusões.

Nesse trabalho, ainda em fase inicial, serão apresentadas algumas informações obtidas durante a revisão bibliográfica, análise das normas e levantamento das características das cargas

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típicas, mais especificamente de um equipamento de tomografia computadorizada, obtidas através da literatura. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Conforme apresentado por RAMOS [1] em 2009, um equipamento de tomografia computadorizada cujo valor RMS da corrente é de 22,5 A, o espectro harmônico apresenta como componentes significativas as de terceira ordem (15%), quinta (8%), nona (5%) e décima primeira (8%). A presença desse conteúdo harmônico produzirá distorções de tensão que poderão se tornar indesejadas na alimentação de outros equipamentos no interior do próprio EAS. A norma NBR IEC 60601-2-44:2017 [2] apresenta preocupação com esse fato recomendando que cuidados deverão ser tomados quanto à “Resistência Aparente da Rede de Alimentação Elétrica”, assim entendida como uma alusão à impedância da rede até o ponto de conexão do equipamento. Por outro lado, mas ainda no sentido de assegurar condições operacionais satisfatórias quanto ao nível de harmônicos admitidos no Ponto de Acoplamento Comum – PAC de uma instalação, a ANEEL, através do PRODIST – Módulo 8 [3] preconiza valores de distorção harmônica de tensão de terceira ordem de 6,5%. Considerando-se que os equipamentos individualmente produzem distorções de corrente e que algumas normas tratam de distorções de tensão, pretende-se desenvolver uma metodologia que permita correlacionar esses valores e identificar previamente possíveis problemas produzidos a outros equipamentos oriundos da instalação de um novo equipamento em um EAS. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Entre as expectativas de resultados desse trabalho, tem-se: a) A identificação dos

equipamentos mais suscetíveis a problemas de qualidade de energia em um EAS; b) A caracterização e quantificação dos problemas de qualidade de energia produzidos por esses equipamentos; c) A inter-relação entre os problemas produzidos e sentidos por esses equipamentos, a partir das características da rede elétrica que os alimenta; d) A elaboração de uma metodologia para identificar e mensurar essa inter-relação; e) A definição de possíveis ações mitigadoras de problemas de autoperturbação; f) A verificação da aplicabilidade de parâmetros definidos por normas e recomendações para o Ponto de Acoplamento Comum (PAC) a pontos no interior da instalação.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] RAMOS, M.C.G. Uma contribuição para a área de saúde por meio da verificação do

impacto da qualidade de energia e das instalações elétricas nos equipamentos eletromédicos. 2009. 253 p. Tese (Doutorado em Engenharia) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2009.

[2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. Equipamento

eletromédico - Parte 2-44: Requisitos particulares para a segurança básica e desempenho essencial dos equipamentos de raios X para tomografia computadorizada: NBR IEC 60601-2-44. Rio de Janeiro, 2017. 67 p.

[3] AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL. Procedimentos de

Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST. Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica – Revisão 8. Brasília, 2016. 90 p.

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ESTRATÉGIA DE CONTROLE INTEGRADO DE TENSÃO E FATOR DE POTÊNCIA EM UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

Rafael F. Mariano



Prof. Dr. Eduardo Paciencia Godoy

Coorientador – Depto de Engenharia de Controle e Automação – Unesp – Sorocaba

RESUMO Este trabalho apresenta uma estratégia de controle integrado de tensão e fator de potência em um sistema de distribuição utilizando uma rede de comunicação sem fio. O objetivo da estratégia proposta é viabilizar a aplicação de um controle Volt/Var com os benefícios de reduzir as perdas elétricas, demanda de consumo quando o sistema está em situação de sobrecarga e minimizar problemas relacionado a sobretensão e subtensão, como benefício secundário permite uma rica finte de dados do sistema e possibilita implementação de projetos pilotos para controle integrado de tensão e fator de potência, visto da simplicidade na proposta de implementação que é de uma solução local e não centralizada como é atualmente aplicada esse tipo de estratégia. PALAVRAS-CHAVE: Perdas elétricas, Redes inteligentes, Fator de potência, Tensão. 1 INTRODUÇÃO

A proposta desse projeto é um controle integrado de tensão e fator de potência, com o

intuito de aprimorar o controle dessas variáveis no sistema de distribuição de energia elétrica. O método de controle integrado de tensão e fator de potência permite uma aplicação segura de banco de capacitores a jusante de reguladores de tensão, além de reduzir as perdas elétricas.

Além disso, com o controle integrado é possível a aplicação do conceito de redução de tensão dentro de limites determinados por normas regulamentadoras, com o objetivo de reduzir a demanda, principalmente em horário de pico, onde o sistema de energia é mais exigido. Da perspectiva do consumidor, tem-se uma redução no consumo de energia, já para a distribuidora uma redução na quantidade de energia comprada da geradora, além de adiar ou evitar a aquisição de equipamentos para suprir uma demanda temporária. 2 METODOLOGIA

O método de controle de tensão e fator de potência proposto consiste na integração dos

dispositivos que controlam equipamentos como banco de capacitores, reguladores de tensão e transformadores com comutador sob carga, além de sensores de tensão que podem ser instalados ao longo da rede de distribuição de energia. A integração desses equipamentos é feita via uma rede de comunicação sem fio, que permite a troca de informações entre os dispositivos e envio de dados em tempo real. A topologia baseia-se na comunicação entre os equipamentos alocados na rede de distribuição, sendo um dos equipamentos denominado como controlador, que tem a função de receber todas as informações dos demais dispositivos e determinar a operação desses dispositivos, dessa forma, possibilitando ter-se apenas um dispositivo controlador e os demais sendo apenas placas de aquisição e dados com atuadores, possibilitando

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dessa forma a viabilidade para implementação de um controle integrado de tensão e fator de potência, 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU DISCUSSÕES

A estratégia de controle integrado de tensão e fator de potência busca analisar as

variáveis, tensão, corrente e fator de potência do sistema como um todo, e não de uma forma individual.

Equipamentos como reguladores de tensão, transformadores sob carga, banco de capacitores, e sensores instalados na rede de distribuição fornecem as informações da tensão e da corrente para um controlador capaz de integrar esses dados e tomar a decisão do melhor ponto de operação da rede, permitindo um maior fator de potência e uma redução das perdas elétricas no sistema de distribuição, bem como a manutenção do nível da tensão dento dos limiteis aceitáveis.

A estratégia de controle integrado proposto possui uma função secundária de reduzir o nível da tensão com o intuito de diminuir a demanda de consumo de energia, principalmente no horário de pico, onde o sistema é mais exigido. Essa estratégia tem como base o fato de que a maioria das cargas no sistema de distribuição consomem menos energia quando a tensão é reduzida 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O controle integrado de tensão e fator de potência proposto, apresenta uma melhor

regulação de tensão, pois permite uma retroalimentação ao controlador do transformador regulador, evitando uma sobtensão como ocorre no método de controle local, onde não existe uma comunicação entre os equipamentos instalados na rede. Além disso, permite a aplicação de apenas um controlador para comandar tanto o regulador de tensão como o banco de capacitores, o outro dispositivo é utilizado apenas para aquisitar os dados do sistema e enviá-los ao controlador e também receber a informação enviada pelo controlador para alterar a derivação do transformador. A estratégia de utilizar apenas um controlador é simplificar os demais dispositivos instalados na rede, dessa forma, contribuir para uma redução de custos e viabilizar um sistema integrado, visto que atualmente, os equipamentos automáticos instalados na rede exigem sofisticados controles locais. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AHAMADI, H.; MARTI, V. A framework for volt-var optimization in distribution systems, IEEE Transactions of Smart Grid, vol. 6, No. 3, 2015. ULUSKI, R. VVC in the smart grid era, IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2010. CERVIN, A., HENRIKSSON, D., OHLIN, M. Truetime 2.0 beta – Reference manual. Department of Automatic Control, Lund University, 2010. SCHNEIDER, K., TUFFNER, F., FULLER, J., SINGH, R. Evaluation of conservation voltage reduction on a national level, US Department of Energy, Pac Nowest Nat. Lab, 2010.

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CONTROLE DE NÍVEL EM UM SISTEMA DE TRÊS TANQUES ACOPLADOS UTILIZANDO COMPUTADOR ANALÓGICO E CONTROLADOR LQG/LTR

Rodolfo G. Machado



Prof. Dr. Átila Madureira Bueno

Co-orientador – Depto de Engenharia de Controle e Automação – Unesp – Sorocaba

RESUMO Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma ferramenta de simulação e controle com várias plataformas interconectadas por meio de protocolo de comunicação industrial OPC. A parte simulada da planta consiste em um sistema LabVIEW que utiliza as mesmas equações dinâmicas propostas pelo fabricante da bancada física de controle de nível, sendo que um dos tanques é implementado via computador analógico baseado em amplificadores operacionais. A malha é fechada então por meio do aplicativo matemático Scilab no qual foi instalada uma biblioteca para comunicação com processos industriais. Nesse aplicativo existe um algoritmo para calcular as matrizes do controlador LQG/LTR e um laço de comunicação e controle. PALAVRAS-CHAVE: controle multivariável, computação analógica, dinâmica não-linear. 1 INTRODUÇÃO

A computação analógica (Ogata, 1982) oferece uma alternativa aos simuladores digitais

e pode ser utilizada para verificar o comportamento de um sistema dinâmico sem os efeitos indesejáveis da amostragem do sinal em tempo discreto. Além disso, não existe o erro relacionado ao método numérico de solução das equações diferenciais.

Este trabalho tem como objetivo apresentar um método de simulação baseado em plataformas integradas e que se comunicam via protocolo OPC. A parte linear será implementada eletronicamente por meio de um circuito com amplificadores operacionais na configuração de integradores (Malvino, 1997). Eventualmente, tal circuito poderá conter subsistemas não lineares que sejam implementáveis eletronicamente, como multiplicadores, extratores de raiz quadrada ou grampeadores. O restante não linear e os parâmetros variantes no tempo serão calculados computacionalmente e enviados ao circuito na forma de ganhos reajustáveis. O controlador, previamente calculado via método LQG/LTR, consiste em um sistema linear de tempo discreto. 2 METODOLOGIA

O simulador do sistema de tanques acoplando é desenvolvido em LabVIEW por meio

das informações constantes no manual do fabricante da bancada existente (Amira 2002). Basicamente, para cada tanque, existe uma equação diferencial de primeira ordem para cálculo no nível e para cada conexão existe uma equação algébrica não linear para determinar a vazão. O último tanque antes do reservatório não está no aplicativo, mas sim implementado eletronicamente com amplificadores operacionais e multiplicadores, nas funções de integradores, somadores, inversores e extratores de raiz quadrada. O controlador é

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implementando em Scilab, recebe os sinais dos níveis dos tanques e envia o sinal de controle para duas bombas que repõem o fluido do reservatório para os tanques. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

O computador analógico pode ser considerado um solucionador de equações

diferenciais em tempo contínuo. Um sistema linear de segunda ordem, por exemplo, pode ser representado por um circuito com dois integradores mais as manipulações matemáticas necessárias como somadores e inversores. Obtém-se assim todos os estados necessários ((d2/dt2)x(t), (d/dt)x(t), x(t)).

Quando necessário, os ganhos nas equações são implementados escolhendo valores apropriados para os resistores da configuração de realimentação negativa do amplificador operacional. Inversões de sinais são obtidas quando resistores de valores iguais são implementados na referida configuração. Somadores são concebidos com resistores em paralelo na entrada do circuito. O controlador é determinado conforme (Cruz, 1996) e (Sinha, 2007). 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste trabalho foi proposto um método de simulação e controle baseado em

computadores analógicos. Assim, espera-se obter uma resposta sem os efeitos indesejados da quantização do sinal ou dos erros do método numérico. Já foram concluídos e testados os módulos do LabVIEW e o controlador LQG/LTR em Scilab através de outro módulo que simula o circuito eletrônico do computador analógico e fecha a malha. A etapa final será montar eletronicamente o circuito e desenvolver as rotinas de aquisição de dados (entradas e saídas analógicas). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMIRA. DTS 200 – Laboratory setup – three tanks system. Duisburg, 2002. CRUZ, J.J. Controle robusto multivariável. EdUSP, São Paulo, 1996. MALVINO, A.P. Eletrônica. v. 2, 4ª. ed. Makron Books, SãoPaulo, 1997. OGATA, K. Engenharia de controle moderno. Prentice/Hall do Brasil, Rio de Janeiro, 1982. SINHA, A. Linear systems: optimal and robust control. CRC Press, Boca Raton, 2007.

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SISTEMA DE RECONHECIMENTO DE FALHAS EM ESTRUTURAS SUBMERSAS DE UMA UHE UTILIZANDO TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DE IMAGENS

Rogério Thomazella

Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Paulo Roberto de Aguiar Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

Neste trabalho é apresentado um sistema de identificação de falhas em estruturas metálicas submersas de uma usina hidroelétrica de energia - UHE por meio da aquisição e processamento de imagens obtidas através do emprego de um veículo submersível remotamente operado – ROV. A análise e diagnóstico dos sistemas inspecionados é realizada por um sistema de processamento automatizado com capacidade de identificação de pontos críticos devido à falhas e problemas estruturais. Como resultado desta metodologia, obtém-se uma redução do tempo no trabalho de diagnóstico, tornando-o menos subjetivo. Adicionalmente, este sistema contribui para a otimização do emprego de mergulhados nestas tarefas e, consequentemente, mitigando os riscos atrelados à operação de mergulho. PALAVRAS-CHAVE: ROV, Inspeção de UHE, Processamento imagens, 1 INTRODUÇÃO

A exposição das turbinas à cavitação, vibração, instabilidade e carregamentos repetidos

torna o material estrutural susceptível à ocorrência de fadiga a qual gera por sua vez nucleações, trincas, dentre diversos outros problemas. Surge então a necessidade de se realizar inspeções periódicas para análise da turbina, antevendo a incidência de problemas severos que podem acarretar na parada imprevista de máquinas. A realização de inspeções subaquáticas por equipes de mergulhadores nas partes fixas e móveis das turbinas hidráulicas, além de ser dificultosa, oferece grandes riscos, além da dificuldade de interpretação das imagens em busca de um diagnóstico preciso. O caráter subjetivo de um diagnóstico realizado por mergulhadores, no ato da inspeção, contribui para ainda mais para a redução na assertividade do processo. Em face disso, o emprego de ferramentas computacionais inteligentes e especializadas no diagnóstico por processamento de imagem tornam-se necessárias neste tipo de aplicação.

2 OBJETIVO

Neste trabalho é apresentada uma proposta de desenvolvimento de um sistema para identificação de anomalias em estruturas metálicas de turbinas hidráulicas utilizando diagnóstico por imagens.


O reconhecimento de padrões é um problema de engenharia típico e ao longo dos anos

vem sendo tratado tipicamente através do emprego de redes neurais artificiais em suas diversas topologias, porém recentemente uma grande atenção tem sido dada às chamadas técnicas de aprendizado em profundidade, do inglês Deep Learning, as quais objetivam aprender informações de maneira não supervisionada de modo similar ao processamento hierárquico do cérebro humano. Tais técnicas têm obtidos resultados surpreendentes nas mais variadas tarefas

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tidas como bastante difíceis, tais como reconhecimento de pessoas em imagens com oclusão e objetos, bem como reconhecimento de padrões em ambientes com ruído demasiadamente alto. Dentre as principais técnicas de aprendizado em profundidade, podem ser citadas as Redes Neurais por Convolução, do inglês Convolutional Neural Networks (CNNs) (LeCun et al., 2015), Máquinas de Boltzmann Restritas, do inglês Restricted Boltzmann Machines (RBMs) (Hinton, 2002). As Redes Neurais Convolucionais, propostas por LeCun (LeCun et al., 2015; LeCun, Bottou, Bengio, & Haffner, 1998; LeCun, Kavukcuoglu, & Farabet, 2010), em seus trabalhos exaltam a capacidade de extração automática de características sendo também abordadas como técnicas de Deep Learning com aplicação em visão computacional. Estes algoritmos possuem a capacidade de extrair padrões complexos de imagens, recebendo pouco pré-processamento e tem apresentando alto desempenho, provocando uma verdadeira revolução nas aplicações de reconhecimento, identificação e localização de padrões. 4 METODOLOGIA

A metodologia empregada neste trabalho consiste na utilização de um ROV para a

captura de imagens tanto analógicas quanto digitais que são transmitidas por um canal de comunicação à superfície. Estas imagens passam previamente por um sistema pré-processamento capaz de realizar pequenas correções e melhorias, tornando-as aptas a serem processadas pelo sistema inteligente de reconhecimento e diagnóstico. Este sistema atua basicamente extraindo características relativas às falhas por meio de estratégias de aprendizado de máquinas e redes neurais convolucionais, resultando na indicação de pontos anômalos e com grandes possibilidades de falhas estruturais. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O sistema apresentado torna o processo de inspeção mais rápido, seguro e preciso, em

comparação à metodologia tradicional de mergulho, isto devido ao emprego de técnicas de processamento de imagens aliadas ao emprego do ROV.


LeCun, Y., Bottou, L., Bengio, Y., & Haffner, P. Gradient-based learning applied to

document recognition. Proceedings of the IEEE, Proceedings of the IEEE ( Volume: 86, Issue: 11, 2278–2324,1998.

Hinton G. E. Training products of experts by minimizing contrastive divergence Neural Computation, Journal Neural Computation.Vol. 4 Issue 8:1771–1800,2002.

LeCun, Y., Bengio, Y., & Hinton, G. Deep learning. Nature, 521(7553), 436–444. https://doi.org/10.1038/nature14539, 2015.

LeCun, Y., Kavukcuoglu, K., & Farabet, C. Convolutional networks and applications in vision. In Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) (p. 253–256), 2010. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2010.5537907.

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INVESTIGAÇÃO DO CONTEÚDO HARMÔNICO DO SINAL DE EMISSÃO ACÚSTICA NA DRESSAGEM DE REBOLOS DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO COM

DRESSADOR DE PONTA ÚNICA

Wenderson Nascimento Lopes Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Paulo Roberto Aguiar

Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO A dressagem é uma operação muito importante para o processo de retificação. Seu objetivo é recondicionar o rebolo para restabelecer as características de corte perdidas durante a retificação, devido ao desgaste da superfície de corte do rebolo produzido após sucessivos passes de retificação durante a fabricação de peças de precisão. Este estudo traz uma nova abordagem de processamento de sinais de emissão acústica (EA) com o objetivo de identificar o momento correto para parar a dressagem, o que é essencial em um sistema de controle automático. Por meio da Densidade Espectral de Potência (PSD, do inglês, Power Spectral Density), uma análise espectral dos sinais de EA foi realizada e uma banda de frequências que melhor caracterizou o processo foi selecionada. A estatística contagens (“Counts”) foi aplicada nos sinais de EA puros e filtrados na banda escolhida. Os resultados mostraram uma expressiva relação entre as condições de desgaste superficial de corte do rebolo e a energia dos sinais processados na banda selecionada.

PALAVRAS-CHAVE: Operação de dressagem, processamento digital de sinais, análise no domínio da frequência, análise estatística, emissão acústica, monitoramento

1 INTRODUÇÃO

A comunidade de retificação mantém o slogan: “Retificação é dressagem” (WEGENER et al., 2011). A retificação é um dos processos de acabamento mais importantes da indústria, sendo comumente utilizada com o objetivo de atribuir extrema precisão geométrica e dimensional, acabamento e qualidade a superfície da peça (NAKAI et al., 2015). A operação de dressagem é de extrema importância para que esses objetivos sejam alcançados; por isso, um sistema de monitoramento em tempo real contribui significativamente para o desempenho do processo.

Sistemas de monitoramento da operação de dressagem, que utilizam sinais de emissão acústica (EA), têm sido propostos; no entanto, ainda não foram estudados sistemas de vigilância que correlacionam o conteúdo espectral dos sinais de emissão acústica (EA) com as várias condições de desgaste e de afiação da superfície de corte do rebolo. O principal objetivo desse trabalho é propor um critério de finalização da operação de dressagem por intermédio do processamento digital dos sinais de EA, para isso, utiliza-se a PSD e “Counts”.

2 METODOLOGIA

Um ensaio de dressagem composto por 22 passes de dressagem foi realizado usando grau de recobrimento (Ud) igual a 2 e profundidade de dressagem (ad) igual a 10 µm. No ensaio foi utilizado um rebolo de óxido de alumínio, da empresa NORTON, e a montagem foi feita em uma máquina retificadora tangencial plana, modelo RAPH 1055 da marca Sulmecânica. Na detecção de sinais, utilizou-se um sensor de emissão acústica (EA) acoplado a um

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condicionador de sinal, modelo Sensis DM-42. Para evitar o efeito de aliasing, o módulo DM-42 foi conectado na entrada de um filtro analógico passa-baixa com frequência de corte de 300 kHz. Uma placa de aquisição de dados da National Instruments, modelo PCI – 6111E foi usada para recolher os sinais de EA a uma frequência de amostragem de um milhão de amostras por segundo.

Os espectros da PSD para cada sinal de EA coletado foram obtidos por meio do método Welch, um algoritmo implementado no software Matlab®. Após a análise do conteúdo harmônico dos sinais de EA, a banda de frequência de 141 – 146 kHz foi selecionada para estudo. Logo após, a estatística “Counts” foi calculada a cada 2048 pontos (aproximadamente 1 ms) tanto para os sinais filtrados na banda quanto para os sinais puros (raw).

3 RESULTADOS

Os resultados obtidos a partir da aplicação da estatística “Counts” nos sinais de EA são apresentados na Figura 1, sendo, Figura 1(a): “Counts” dos sinais de EA não filtrados (raw) e Figura 1(b): “Counts” dos sinais de EA filtrados na banda de 141 – 146 kHz.

Figura 1 - (a) "Conts" sinais EA puros e (b) "Counts" sinais EA filtrados na banda de 141 - 146 kHz

Os resultados obtidos a partir da aplicação da estatística nos sinais de EA não filtrados, Figura 1(a), indicam um comportamento oscilante nos valores de “Counts”, portanto não satisfatório para classificar as condições de desgaste e de afiação da superfície de corte do rebolo.

Em contrapartida, observa-se que a aplicação da estatística “Counts” para os sinais filtrados, Figura 1(b), apresentam uma uniformidade nos valores de “Counts” ao longo da operação de dressagem que se inicia entre o décimo e o décimo segundo passe, logo, satisfatório para classificar as condições de desgaste e de afiação da superfície de corte do rebolo.


Ao aplicar as ferramentas de análise de sinais PSD e “Counts”, foi possível obter características que descrevem a agressividade do rebolo em função da atividade acústica dos sinais de EA coletados durante os ensaios de dressagem. Constatou-se ainda que, filtrando os sinais na banda de frequência relacionada com as condições de agressividade e de desgaste superficial de corte do rebolo, foi possível determinar o melhor momento para interromper a operação de dressagem usando a estatística “Counts”.


NAKAI, M. E. et al. Evaluation of neural models applied to the estimation of tool wear in the grinding of advanced ceramics. Expert Systems with Applications, v. 42, n. 20, p. 7026–7035, 2015.

WEGENER, K. et al. Conditioning and monitoring of grinding wheels. CIRP Annals - Manufacturing Technology, v. 60, n. 2, p. 757–777, 2011.

Ensaio I Counts raw

Ensaio I Banda 2: 141 a 146 kHz

(a) (b)

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SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA COMPENSAÇÃO DE HARMÔNICOS EM GERAÇÃO DISTRIBUÍDA

Wallace Gabriel de Souza

Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - Unesp – Bauru

Prof. Dr. Paulo José Amaral Serni Orientador - Depto. de Engenharia de Controle e Automação - Unesp - Sorocaba

Prof. Dr. Alceu Ferreira Alves

Coorientador - Depto. de Engenharia Elétrica - Unesp - Bauru

RESUMO Aliadas ao interesse da estabilidade do sistema de distribuição e na qualidade da energia gerada, a preocupação ambiental causada pelos combustíveis fósseis e a evolução tecnológica da eletrônica de potência destacaram a utilização da energia solar na matriz energética mundial. Este trabalho apresenta uma topologia de inversores fotovoltaicos para o controle do perfil da tensão sintetizada em um sistema de geração distribuída por meio da compensação reativo-harmônica no referencial estacionário αβ0. Utilizando-se o software MATLAB/Simulink®, foi implementado uma estrutura capaz de garantir uma tensão de ponto de acoplamento comum com à rede aproximadamente senoidal, em que o fator de potência visto é unitário. Os resultados observados atenderam o objetivo proposto, uma vez que a tensão do inversor apresentou baixa distorção harmônica na presença de cargas não-lineares, conservando o fator de potência da rede próximo da unidade, atenuando o efeito harmônico na corrente injetada pela mesma. PALAVRAS-CHAVE: inversores fotovoltaicos, qualidade de energia, compensação de reativos, compensação harmônica. 1 INTRODUÇÃO

No momento presente, a importância e a utilização de fontes de energia renováveis têm ganhado um grande destaque na matriz energética mundial, não somente pela redução da dependência de combustíveis fósseis, mas principalmente por razões ambientais relacionadas com as alterações climáticas e os seus efeitos para a humanidade. Consequentemente, a energia solar vem despertando interesse em diversos países por ser uma tecnologia considerada limpa, inesgotável e com menor impacto ambiental em relação às fontes tradicionais de energia (BLOCK, SALAMANCA, et al., 2014).

A fim de conseguir uma melhor utilização da eletricidade gerada, a qualidade de energia em sistemas de distribuição tornou-se destaque nestas últimas duas décadas. Neste cenário, várias soluções vêm sendo propostas, entre as quais, encontram-se a compensação de energia reativa e a compensação de correntes harmônicas. Estes dois tipos de compensação podem ser feitos por meio de componentes passivos ou por conversores eletrônicos de potência, tais como os compensadores síncronos estáticos e filtros de ativos. Por outro lado, devido à natureza da geração de energia fotovoltaica, dispositivos eletrônicos de potência são necessários para converter a tensão CC em tensão alternada. Entre as topologias existentes para injeção de energia, muitos são os trabalhos que as utilizam a fim de unir duas funcionalidades em um único dispositivo, propiciando a injeção de potência ativa e melhoria da qualidade de energia em um único conversor (GONZÁLEZ, PÉREZ-RAMÍREZ e BERISTÁIN, 2015).

Dentro do contexto exposto, este trabalho tem o objetivo de apresentar um estudo de uma topologia de inversores fotovoltaicos que possa contribuir para o controle da potência

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reativa injetada na rede por ordem harmônica, garantindo um perfil senoidal da tensão gerada e o aumento da qualidade da energia vista pela rede no local da instalação da planta. 2 METODOLOGIA

Diversos autores apresentam técnicas de controle de potência em inversores fotovoltaicos; suas topologias têm como base o controle da tensão utilizando modulação PWM e a transformação do sistema trifásico nos referenciais síncrono ou estacionário por meio das transformadas de Clarke e Park. Neste trabalho, destaca-se a utilização do sistema estacionário αβ0, que permite uma simplificação das malhas de controle de tensão e corrente pela eliminação de termos de desacoplamento comum das funções de transferência mediante a utilização de controladores proporcionais-ressonante, além de permitir a compensação da 5ª e 7ª harmônica originárias de cargas não-lineares. O controle da potência ativa é realizado pelo ajuste do ângulo entre a tensão da rede e a tensão gerada pelo inversor, enquanto a potência reativa é ajustada pela amplitude desta. 3 DISCUSSÕES

O sistema simulado foi testado sob condições adversas, tais como a comutação de cargas RL, acionamento de um motor de indução trifásico e conexão com cargas não-lineares. Em cada situação, a corrente absorvida e a corrente fornecida pela rede apresentaram suas particularidades, cabendo aos controladores de potência ajustar a corrente para estar em fase com a tensão ou fornecer a condição necessária para a injeção de harmônicos, preservando o fator de potência. Os resultados permitiram observar que o sistema proposto foi capaz de manter o fator de potência unitário, compensando a energia reativa mesmo em situações adversas, tais como: chaveamento de cargas indutivas, a energização de fontes geradoras de harmônicos e a variação da irradiação solar.


Considerando-se o atual estágio de desenvolvimento deste trabalho, por meio dos resultados já obtidos é possível concluir que a pesquisa tem evoluído dentro dos parâmetros inicialmente propostos, quais sejam, desenvolveram-se o projeto e as simulações de um inversor fotovoltaico para controle de harmônicos e reativos na rede de distribuição de energia. Neste contexto, o controle de potência ativa está ajustando satisfatoriamente o ângulo de defasagem entre a tensão do ponto de acoplamento comum e o sistema elétrico de potência, enquanto que o controlador de potência reativa ajusta a amplitude da tensão produzida pelo inversor, sintonizadas nas frequências harmônicas de 5ª e 7ª ordem. Atividades futuras estão direcionadas para a implementação e validação prática do inversor desenvolvido com módulos fotovoltaicos reais. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BLOCK, P. A. B. et al. Power Quality Analyses of a Large Scale Photovoltaic System. The Fifth International Renewable Energy Congress IREC, Hammamet, Tunisia, March 2014.

GONZÁLEZ, O.; PÉREZ-RAMÍREZ, J.; BERISTÁIN, J. A. Photovoltaic Power Injection to the Grid with Reactive Power and Harmonic Compensation Using a Simple H Bridge Converter. IEEE Workshop on Power Electronics and Power Quality Applications (PEPQA), Bogota, June 2015.

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SISTEMAS DE MONITORAMENTO DA INTEGRIDADE ESTRUTURAL EM DRESSADORES USANDO IMPEDÂNCIA ELETROMECÂNICA

Pedro de Oliveira Conceição Junior


Prof. Titular Paulo Roberto de Aguiar Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

Esta pesquisa consiste em realizar o monitoramento da integridade estrutural, SHM (Structural Health Monitoring), em dressadores de ponta única por meio da técnica da impedância eletromecânica EMI (Electromechanical Impedance), usando cápsulas piezelétricas de baixo custo, do tipo PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate). O propósito dessa técnica é a identificação de mudanças na estrutura do diamante do dressador causadas pelo desgaste que ocorre em função de seu uso na operação de dressagem. O trabalho irá refletir na otimização do processo de retificação uma vez que uso de dressadores desgastados pode proporcionar menor agressividade do reobolo, afentando na qualidade final da peça. PALAVRAS-CHAVE: Monitoramento da Operação de Dressagem; Impedância Eletromecânica; Transdotores Pizelétricos 1 INTRODUÇÃO

O monitoramento de diferentes processos de usinagem, recentemente tem sido muito

estudado em busca de uma solução final para seu controle (Junior et al., 2017). Dressagem é a operação responsável em promover uma retificação dentro das exigências, por influenciar diretamente na afiação do rebolo quando o mesmo perdeu sua capacidade de corte. Para a dressagem de rebolos convencionais, dressadores de diamante são usados. Porém a medida que a dressagem ocorre, o diamante se desgasta, podendo proporcionar uma menor agressividade para o rebolo. Por outro lado, sistemas de monitoramento de integridade estrutural (SHM) em tempo real são primordiais para processos de usinagem, tais como o processo de retificação e a operação de dressagem. Dentre os métodos usados em SHM, à técnica de impedância eletromecânica (EMI), que utiliza transdutores piezelétricos de titanato de zirconato de chumbo (PZT), têm se destacado pelo baixo custo. O método EMI tem sido usado em diferentes aplicações, tais como estruturas, máquinas-ferramentas e processos de usinagem. Nesse sentido, o proposito desse artigo é usar o método EMI, descrito por (Baptista & Vieira 2009), para o monitoramento da condição estrutural em dressadores de ponta única de diamante natural, durante a operação de dressagem, usando transdutores piezelétricos de baixo custo do tipo PZT. A utilização do método EMI na operação de dressagem é uma nova abordagem que ainda não foi relatada na literatura. 2 METODOLOGIA

Ensaios de dressagem serão realizados em laboratório usando-se uma máquina

retificadora plana, rebolo convencional de óxido de alumínio, e um dressador de ponta única de diamante natural, do tipo piramidal. Uma capsula piezelétrica do tipo PZT (Lead Zirconate Titanate) de 20 mm de diâmetro foi fixada no suporte do dressador. Um sistema fotográfico digital será usado para se inferir a área de desgaste. A medição da impedância elétrica foi baseada no sistema desenvolvido por (Baptista & Vieira2009). Esse sistema é baseado no

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software LabVIEW e em um dispositivo de aquisição de dados (DAQ) multifuncional, que irá recolher as assinaturas impedância. O sistema é ligado a um computador pessoal (PC). 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E DISCUSSÕES

Incialmente os esforços se concentraram na caracterização dos transdutores, afim de se

obter a sua resposta em frequência e avaliar sua sensibilidade. Nesse sentido, realizou-se o teste PLB (pencil lead break), no qual uma lapiseira mecânica foi equipada com um grafite de 3 mm de comprimento e 0,5 mm de diâmetro. A quebra do grafite foi realizada manualmente com o ângulo, entre a estrutura e o grafite, de aproximadamente 45 °, e a uma distância de 50 mm do transdutor. Quanto a análise dos resultados, em geral, o transdutor se mostrou mais sensível para detecção de danos para frequências inferiores a 200 kHz. Portanto, as frequências nesta faixa foram selecionadas e estudadas por meio do método EMI aplicado à detecção de dano na operação de dressagem, e os resultados serão apresentados e discutidos em etapas futuras.

Figura 1. Material usado no banco de ensaios: dressador, placa de aquisição,

transdutor e realização do teste PLB.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados parciais, até o presente momento, indicaram que o tipo de material usado

no dressador, tal como o diamante, bem como o tipo de fixação dos transdutores, influenciam diretamente na detecção de danos pelo método EMI. Assim sendo, a análise a partir do teste PLB permitiu uma avaliação experimental da sensibilidade dos transdutores empregados nesse estudo, por meio das frequências que se mostraram mais descritivas. Esse trabalho almeja contribuir com uma nova ferramenta de monitoramento que visa monitorar o desgaste do dressador e, consequentemente, assegurar uma operação de dressagem consistente, garantindo a qualidade das peças submetidas ao processo de usinagem por abrasão (retificação). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BAPTISTA F. G.; VIEIRA FILHO, J. “A New Impedance Measurement System for PZT-Based Structural Health Monitoring”, IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 58, no. 10, pp. 3602–3608, 2009.

JUNIOR P. O C; SOUZA R. V.; MARTINS C. H. AGUIAR P. R.; BIANCHI E. C. “Wear Monitoring of Single-Point Dresser in Dry Dressing Operation Based on Neural Models.” Proceedings of the IASTED International Conference Modelling, Identification and Control (MIC), vol. 36, pp.178–185, 2017.

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DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO ELETROMECÂNICO PARA DIAFRAGMAS PIEZELÉTRICOS UTILIZADOS EM SISTEMAS DE SHM

Everaldo Silva de Freitas



RESUMO

Neste estudo é proposto um circuito eletromecânico equivalente básico de um diafragma piezelétrico para aplicações de monitoramento de integridade estrutural (SHM – structural health monitoring) com base na técnica de impedância eletromecânica (E/M). As sensibilidades aos danos estruturais de três diafragmas de diferentes tamanhos foram avaliadas utilizando o circuito equivalente proposto e comparadas com a sensibilidade de um transdutor convencional. O objetivo foi relacionar a impedância elétrica do diafragma às propriedades mecânicas da estrutura monitorada, pois essa relação é um importante meio para avaliar a sensibilidade a danos estruturais. PALAVRAS-CHAVE: Modelo eletromecânico, diafragmas, impedância, SHM. 1 INTRODUÇÃO

Sistemas capazes de realizar o monitoramento de estruturas e detectar danos são conhecidos como sistemas de SHM, do termo em inglês Structural Health Monitoring. Uma das técnicas mais promissoras para esses sistemas é a da impedância eletromecânica (E/M) que tem metodologia simples e que utiliza transdutores com dimensões reduzidas, leves e que ao serem colados na estrutura não alteram suas propriedades. As cerâmicas de PZT (Pb-lead Zirconate Titanate – Titanato Zirconato de Chumbo) são bastante comuns nesse tipo de aplicação, porém apresentam custo elevado por ser importada. Uma alternativa atual é o uso dos diafragmas piezelétricos comerciais, que apresentam baixo custo. Em um estudo recente (FREITAS; BAPTISTA, 2016) foi feita uma análise experimental da viabilidade desses componentes para aplicações SHM com base no método da impedância (E/M), e os resultados foram bastante satisfatórios. Mas apesar dos resultados obtidos, faz-se necessário uma análise teórica desses dispositivos uma vez que tal análise não se dispõe na literatura. Portanto, neste artigo é proposto uma modelagem de um circuito equivalente básico baseado em uma suposição de vibração unidimensional de um diafragma piezelétrico para relacionar sua impedância elétrica às propriedades mecânicas da estrutura monitorada. Essa relação é um importante meio para avaliar a sensibilidade a danos estruturais.

2 METODOLOGIA

A análise teórica para caracterização do transdutor foi feita, principalmente, através do Software MATLAB, tendo como base a relação entre a impedância elétrica do transdutor e a impedância mecânica da estrutura monitorada. As sensibilidades aos danos estruturais de três diafragmas de diferentes tamanhos foram avaliadas utilizando o circuito equivalente proposto e comparadas com a sensibilidade da cerâmica. Os resultados são discutidos na próxima seção. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E DISCUSSÕES

A técnica da impedância E/M basicamente consiste em monitorar a variação da impedância mecânica da estrutura causada pela presença de um dano através da medição da impedância elétrica de um transdutor. Neste estudo, a modelagem se baseia na estrutura com

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um diafragma piezelétrico muito fino com espessura da ordem de uma fração de milímetro colado em uma viga metálica fina e estreita (tipicamente utilizada em laboratório). Nessas condições, o modo de vibração principal pode ser considerado na direção longitudinal da estrutura para uma suposição unidimensional. Assim, o diafragma pode ser representado como um hexapolo de três portas: uma porta elétrica e duas portas acústicas, que é uma solução comumente usada na literatura (Zhang; LU; PENG, 2015). A base de latão do diafragma pode ser modelada com um circuito em cascata em cada porta acústica, similarmente proposto por Donga et al, (2017). As sensibilidades foram traçadas como uma função da frequência e da impedância mecânica da estrutura monitorada, e foi normalizada em relação à impedância mecânica do transdutor (Zs / Zp). Nos resultados obtidos pode-se observar que a cerâmica convencional e os três modelos de diafragma apresentam comportamento semelhante e que a sensibilidade ao dano é maior nas baixas frequências e tende a diminuir com o aumento da frequência, especialmente se a impedância mecânica da estrutura é grande em comparação com a impedância mecânica do transdutor (alta impedância Zs/Zp). Também se observa que para cada frequência na qual o transdutor é excitado existe um valor ótimo para a relação de impedância que proporciona uma sensibilidade elevada, o que mostra que independentemente da frequência, a sensibilidade tende a diminuir para uma razão de impedância muito pequena ou muito grande. Outro parâmetro que afeta a sensibilidade ao dano é o transformador eletromecânico equivalente obtido. Os resultados mostraram que uma relação de transformação próxima de 1 permite uma melhor relação entre a impedância elétrica do transdutor e a impedância mecânica da estrutura, o que é desejável para a detecção de danos. Percebe-se também que o fator de transformação no secundário é diretamente proporcional ao diâmetro do elemento piezelétrico do diafragma, porém o aumento do diâmetro do elemento piezelétrico também aumenta a capacitância do transdutor e, consequentemente, a sua reatância diminui, o que é indesejável.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste estudo, a viabilidade do uso de diafragmas piezelétricos para a detecção de danos

à base de impedância foi teoricamente analisada usando um circuito eletromecânico equivalente proposto. Embora os diafragmas piezelétricos tenham um disco de latão adicional na sua construção, os resultados apresentados neste estudo indicam conclusivamente que a sua sensibilidade aos danos não é afetada quando comparada com cerâmicas convencionais de PZT de dimensões semelhantes, pelo menos nas condições experimentais e suposições unidimensionais consideradas neste estudo. Portanto, os resultados apresentados neste artigo são importantes porque permitem uma comparação analítica entre os diafragmas e as cerâmicas convencionais, além de analisar o efeito do diâmetro do transdutor sobre a sensibilidade a danos.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS E.S. FREITAS, F.G. BAPTISTA, Experimental analysis of the feasibility of low-cost piezoelectric diaphragms in impedance-based SHM applications, Sens. Actuators A: Phys. 238 (2016) 220–228 http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2015.11.031 Y. ZHANG, T. LU, Y. PENG, Three-port equivalent circuit of multi-layer piezoelectric stack, Sens. Actuators A: Phys. 236 (2015) 92–97 http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2015.10.033 X. DONGA, M. MAJZOUBI, M. CHOI, Y. MA, M. HU, L. JIN, Z. XU, K. UCHINO, A new equivalent circuit for piezoelectrics with three losses and external loads, Sens. Actuators A: Phys. 256 (2017) 77–83 http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2016.12.026

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UM MODELO PARA A APLICAÇÃO DA INTERNET DAS COISAS INDUSTRIAL

Israel V. Ferreira Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Sorocaba

Prof. Dr. Eduardo P. Godoy

Orientador – Depto de Engenharia de Controle e Automação – Unesp – Sorocaba

RESUMO A Indústria 4.0 é um novo conceito que representa uma evolução dos sistemas produtivos atuais a partir da convergência entre novas tecnologias de automação industrial e tecnologia da informação. Nesse contexto, a Internet das Coisas Industrial (IIoT) se destaca pela evolução na comunicação entre sistemas e equipamentos, disponibilizando para os usuários diversas informações úteis para o gerenciamento e aperfeiçoamento dos sistemas de produção. Este trabalho apresenta uma proposta e descreve os primeiros resultados de um modelo para aplicação da IIoT, usando soluções de código aberto (open source). PALAVRAS-CHAVE: Industria 4.0, Internet das Coisas, Sistemas Embarcados. 1 INTRODUÇÃO

A Indústria 4.0, também chamada de Quarta Revolução Industrial, é um novo conceito

que representa uma evolução dos sistemas produtivos atuais a partir da convergência entre novas tecnologias de automação industrial e tecnologia da informação (TI) (WOLLSCHLAEGER et al., 2017).

Uma das tecnologias base para este conceito é a Internet das Coisas (IoT) (STANKOVIC, 2014). A IoT contempla a conexão lógica de todos os dispositivos e meios relacionados ao ambiente produtivo em questão como os sensores, controladores, computadores, células de produção, sistema de planejamento produtivo, sendo todas as informações compartilhadas através de bancos de dados.

Diante desse contexto, esta proposta objetiva criar um modelo, através da integração de hardware e software, para aplicação da IoT industrial. 2 METODOLOGIA

O modelo proposto é fundamentado numa arquitetura de IoT baseada em gateway e

numa estrutura de camadas e protocolos apresentada por Weirich e Ebert (2016).

Figura 1 - Estrutura de Camadas e Protocolos para IoT (Wierich e Ebert, 2016).

O modelo proposto é composto de dispositivos capazes de se comunicar utilizando

protocolos padronizados, monitorar e controlar uma planta industrial. Os protocolos de comunicação definidos para aplicação, foram o Modbus TCP/IP, o MQTT e protocolos da Internet como TCP/IP e HTTP.

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Figura 2 - Modelo proposto para aplicação da IoT.


Os dispositivos que compõe o modelo proposto para aplicação da IIoT são o módulo

gateway e os módulos remotos. O módulo gateway é representado por um computador de placa única (SBC- Single

Board Computer), rodando uma distribuição de Linux embarcado. Este módulo hospeda o servidor do OpenPLC, que é um software livre que possibilita a programação de módulos (remotos) em linguagens de programação de CLP padronizadas pela IEC-61131-3, através do PLCOpen Editor. A programação é enviada ao sistema através de um upload feito em uma página web, hospedada e provida pelo próprio sistema embarcado. O módulo gateway possui também um software desenvolvido em Node JS, responsável por coordenar a comunicação com os módulos remotos e equipamentos compatíveis, salvando os dados para posterior consumo por outro dispositivo ou serviço, através de uma API REST HTTP. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Uma Raspberry PI 3 foi utilizada como módulo gateway, devido ao fato de já possuir

WiFi de forma nativa, eliminando a necessidade de um roteador. Configurou-se a Raspberry PI 3, rodando uma distribuição personalizada do Linux chamada Raspbian (baseada no Debian), para funcionar como ponto de acesso WiFi. Deste modo, os módulos remotos podem se conectar a ela diretamente via WiFi, possibilitando a troca de informações entre os módulos, através de um dos protocolos suportados (Modbus TCP/IP ou MQTT).

Para os módulos remotos foram utilizadas placas ESP8266 modelo NodeMCU. Foi utilizada a IDE do Arduino para programação das placas ESP8266. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS STANKOVIC, J.A., Research Directions for the Internet of Things, in Internet of Things Journal, IEEE, vol.1, no.1, pp.3-9, Feb. 2014. WEYRICH, M.; EBERT, C. Reference Architectures for the Internet of Things, in IEEE Software, vol. 33, no. 1, pp. 112-116, Jan.-Feb. 2016. WOLLSCHLAEGER, M.; SAUTER, T.; JASPERNEITE, J. The Future of Industrial Communication: Automation Networks in the Era of the Internet of Things and Industry 4.0, IEEE Industrial Electronics Magazine, vol.11, pp.17-27, 2017.

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IDENTIFICAÇÃO DA QUEIMA EM PEÇAS RETIFICADAS PELO MÉTODO DA IMPEDÂNCIA ELETROMECÂNICA

Fábio I. Ferreira


Prof. Dr. Paulo Roberto de Aguiar Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

Um dos problemas mais críticos do processo de retificação é a detecção de queima na superfície das peças usinadas. O objetivo do presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma metodologia baseada no método da impedância eletromecânica (EMI – electromechanical impedance method) para a identificação da queima de peças na retificação, utilizando diafragma piezelétrico e condições controladas de medidas. Um banco de ensaios foi construído sob condições controladas (temperatura, isolamento acústico e suspensão da peça por espumas) e, assim, obter características que representem a condição da superfície da peça (íntegra ou com queima). Como resultado do trabalho, espera-se obter índices de falha métrica, ou seja, o desvio da raiz média quadrática, RMSD (Root Mean Square Deviation), e a métrica do desvio do coeficiente de correlação, CCDM (Correlation Coefficient Deviation Metric) das peças (integra e com queima) correlacionados com os resultados de rugosidade, microdureza, ataque químico (NITAL) e microscopia. PALAVRAS-CHAVE: impedância eletromecânica, processo de retificação plana, queima na retificação, monitoramento de integridade estrutural. 1 INTRODUÇÃO

Atualmente, as indústrias metal-mecânicas são constantemente pressionadas para

aumentar a eficiência na fabricação de seus produtos, melhorando a produtividade e reduzindo o custo final. Além disso, a precisão é de extrema importância dentro de um cenário em que as empresas investem no desenvolvimento de padrões e procedimentos para se enquadrar dentro de normas internacionais, a fim de sobreviver dentro de uma economia globalizada.

Sob este escopo, encontra-se o processo da retificação realizado por indústrias mecânicas. Este é um dos processos de acabamento mais utilizados na fabricação de componentes mecânicos de alta precisão (MOIA et al. 2014). No entanto, a retificação ainda é um dos processos de menor domínio tecnológico (YANG et al. 2014).

Segundo (YANG and YU 2013), um dos problemas mais críticos na implantação do processo de retificação inteligente é a detecção de queima superficial nas peças. A queima ocorre durante o corte da peça pelo rebolo, quando a energia gerada na área de contato produz um aumento de temperatura suficiente para provocar uma mudança de fase no material.

O presente trabalho visa o desenvolvimento de uma metodologia baseada no método da impedância eletromecânica (EMI) para a detecção da queima superficial de peças no processo da retificação, utilizando diafragma piezelétrico de baixo custo (buzzer). Neste trabalho, propõe-se estabelecer um indicador para detecção da queima superficial baseado em um arranjo laboratorial com condições de medidas controladas (temperatura, isolamento acústico e suspensão da peça por espumas) e, assim, obter características que representem a condição da superfície da peça (íntegra ou com queima). Diferentemente de trabalhos anteriores, o objetivo consiste em considerar todas as variáveis envolvidas na aplicação do método da impedância

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eletromecânica, de forma a otimizar a qualidade das análises e obter a caracterização do efeito da queima por meio de indicadores efetivos. 2 METODOLOGIA

Os ensaios de retificação foram realizados em uma retificadora plana da marca

Sulmecânica, utilizando rebolo CBN e 12 peças de aço 52100. Os sinais de impedância foram coletados utilizando diafragmas piezelétricos do tipo PZT (lead zirconate titanate) de 30 mm através de um DAQ da National Instruments modelo USB-6221 com taxa de amostragem de 250 kS/s. A temperatura foi mantida constante a 23,0°C. Para cada peça, 60 medições foram realizadas e as médias foram utilizadas para o cálculo dos índices RMSD e CCDM em diferentes bandas de frequências. Ensaios metalográficos serão realizados posteriormente para sua correlação com os índices de falha. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU DISCUSSÕES

O estudo está sendo realizado com base no trabalho (BAPTISTA et al. 2014), o qual

investigou a influência da temperatura sobre as assinaturas de impedância elétrica em um transdutor PZT convencional utilizado em SHM (System Health Monitoring). Com os ensaios sendo realizados em laboratório sob condições controladas, espera-se correlacionar os índices de falha métrica apenas com o fenômeno da queima. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A medição das impedâncias eletromecânicas antes e após a usinagem foram coletadas.

Estão sendo realizadas as análises metalográficas e o processamento dos sinais. Espera-se encontrar correlação entre os resultados dos testes mecânicos com os índices de falha métrica RMSD e CCDM, demonstrando, assim, que esta técnica é eficaz para a identificação da queima em peças retificadas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MOIA, D. F. G. et al. Tool Condition Monitoring of Aluminum Oxide Grinding Wheel in Dressing Operation Using Acoustic Emission and Neural Networks. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering 37(2): 627–40. 2014. YANG, Z, YU, Z. Experimental Study of Burn Classification and Prediction Using Indirect Method in Surface Grinding of AISI 1045 Steel. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 68(9–12): 2439–49. 2013. YANG, ZHENSHENG, YU, XIE, HUANG. Application of Hilbert–Huang Transform to Acoustic Emission Signal for Burn Feature Extraction in Surface Grinding Process. Measurement 47: 14–21. 2014. BAPTISTA, F G, D BUDOYA, V A D ALMEIDA, J A C ULSON. An Experimental Study on the Effect of Temperature on Piezoelectric Sensors for Impedance-Based Structural Health Monitoring. Sensors 14(1208–27). 2014.

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DETECÇÃO DE FALHAS BASEADO EM MODELO APLICADO NO CONVERSOR TIPO BOOST

Guilherme Augusto Marabezzi Clerice


Prof. Dr. José Alfredo Covolan Ulson Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Paulo Sergio da Silva

Coorientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Rui Manuel Esteves Araújo Coorientador – Depto de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores – Feup – Porto

RESUMO

Este trabalho apresentou uma análise de estimadores de estados por observador de estado e modelo inverso para detecção de falhas em conversores eletrônicos do tipo boost. No caso, o conversor foi simulado em ambiente matlab/simulink, onde falhas de características ruidosas foram inseridas na corrente do indutor e na tensão do capacitor. Desta forma, os métodos de detecção de falhas estudado por este trabalho foram adicionados no conversor e posteriormente analisadas as sensibilidades de ambos os métodos. Foi possível concluir que a o modelo inverso apontou o surgimento das falhas alguns instantes de tempo antes do método do observador de estado. PALAVRAS-CHAVE: Detecção de falhas. Conversores de potência. Observador de Estado. Modelo esquerdo inverso. 1 INTRODUÇÃO

No cenário atual onde fontes de energia renováveis estão cada vez mais sendo utilizadas,

seu funcionamento deve ser robusto e eficiente. Para alcançar eficiência, o uso da eletrônica de potência é essencial para controle do fluxo de energia, elevação e rebaixamento de tensão elétrica, entre muitas outras finalidades.

A confiabilidade em tais sistemas de energia renováveis é de suma importância pois, o contratado deve cumprir com as exigências impostas pelo Operador Nacional do Sistema (ONS) de fornecer energia sem interrupções não programadas. Assim, o contratado pode sofrer onerosas punições.

Na atualidade, não existe um sistema dedicado a monitorar uma possível falha nesses conversores eletrônicos. Contudo, nos últimos anos vem crescendo pesquisas na área de detecção de falhas (DF) ou em inglês fault detection (FD) em semicondutores em consequência em dispositivos de eletrônica de potência. O objetivo deste trabalho visa um estudo de detecção de falhas em um conversor boost baseado no modelo, o seja, há a necessidade de modelar o sistema a ser estudo. Assim, dois métodos foram implementados com finalidade de analisar a sensibilidade de ambos à falhas incipientes.

2 METODOLOGIA

Um conversor boost foi desenvolvido em ambiente MATLAB/SIMULINK, utilizando

o toolbox simpowesystem para simulação do dispositivo. Após a construção do conversor,

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foram inseridos em forma de diagrama de blocos os métodos de observador de estado e modelo inverso esquerdo. Com auxílio de chaves foram inseridas falhas com características ruidosas no indutor e capacitor do dispositivo. Para comparação dos métodos os valores foram exibidos em gráficos utilizando o bloco scope. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 Modelo Inverso Segundo (Sain; Massey, 1969) um sistema inverso pode ser entendido como um

segundo sistema dinâmico linear e invariante no tempo, quando inserido em série com o sistema original, constrói na sua saída o sinal de entrada original.

3.2 Observador de Estado Conforme demonstrado por Luenberger (1971), em algumas aplicações o vetor de

estado não está disponível para medição direta. Desta forma, aplicando o observador de estado a partir da entrada e saída de um sistema é possível estimar o seu vetor de estado. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste contexto, é possível afirmar que ambos os métodos de detecção de falha abordado

por esse trabalho se tornou eficaz. Ambos apresentaram comportamentos semelhantes, porém, o método inverso se tornou mais sensível. Ou seja, as falhas foram detectadas alguns instantes de tempo antes no método inverso em relação ao observador de estado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

LUENBERGER, David G.. An introduction to observers. Eee Transactions On Automatic Control, v. 16, n. 6, p.596-602, dez. 1971. SAIN, M.; MASSEY, J.. IEEE Transactions on Automatic Control. Ieee Transactions On Automatic Control, S, v. 14, n. 2, p.141-149, abr. 1969.

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SISTEMAS DE ENERGIA

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COORDENAÇÃO HIDROTÉRMICA VIA PROGRAMAÇÃO ESTOCÁSTICA LINEAR EM DOIS ESTÁGIOS PARA MERCADOS POOL DE ELETRICIDADE

Gabriela Fernanda Bregadioli


Prof. Adj. Leonardo Nepomuceno Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Profa. Adja. Edméa Cássia Baptista

Coorientadora – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

RESUMO Neste trabalho propomos um modelo de coordenação hidrotérmica, via programação estocástica linear em dois estágios, para mercados Pool de eletricidade em que as decisões de curto e médio prazo são levadas em conta em um único modelo. PALAVRAS-CHAVE: mercados de energia, leilão do dia seguinte, coordenação hidrotérmica, programação estocástica.

1 INTRODUÇÃO

Este trabalho considera um problema de coordenação entre o planejamento da geração de médio prazo e a operação de curto prazo em mercados Pool de eletricidade para sistemas hidrotérmicos. Os tradicionais modelos centralizados (PADHY, 2004; OLIVEIRA, 2005), foram substituídos por modelos de despacho descentralizados, tais como os modelos de leilão utilizados pelos operadores de mercado (ARROYO, 2002; MOTTO 2002). A maioria dos modelos propostos de leilão do dia seguinte é formulada para sistemas térmicos. Tais modelos negligenciam qualquer tipo de estratégia de coordenação. Contudo, a coordenação é essencial em sistemas hidrotérmicos, a fim de garantir a segurança e confiabilidade do sistema agora e no futuro. Neste trabalho propomos uma estratégia de coordenação para mercados Pool de eletricidade em que as decisões de curto e médio prazo são levadas em conta em um único modelo. Para avaliar o impacto da abordagem de coordenação proposta, testes computacionais são realizados. Ao avaliar o despacho da geração e os preços nodais, é possível observar o impacto da coordenação hidrotérmica no mercado de eletricidade.

2 MODELO DE COORDENAÇÃO HIDROTÉRMICA

Um problema de programação estocástica em dois estágios consiste em um problema de tomada de decisão, no qual as decisões são tomadas em duas etapas e existe um processo estocástico envolvido representado por um conjunto de cenários (BIRGE, 1997). A formulação geral de um problema de programação estocástica em dois estágios é representada pelo conjunto de equações (1). O problema de coordenação hidrotérmica proposto neste trabalho consiste em formular e resolver um problema de

(1)

( ){ }

( ) { ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )( ) }

( )

min

s.a:

em que:

min

s.a:, ,

T

x

T

y s

z c x Q s

Ax bx X

Q s q s y s

T s x W s y s h sy s Y s S

e= +

=Î

=

+ =Î " Î

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programação estocástica linear em dois estágios, no qual a incerteza associada a vazão afluente é representada por um conjunto de cenários. O primeiro estágio consiste em resolver um modelo de leilão de energia multiperíodo com representação linear da transmissão e obter a programação da geração para cada hora do dia seguinte. As decisões do segundo estágio são tomadas com base na solução de um problema de planejamento de geração de médio prazo.

3 RESULTADOS

A estratégia de coordenação estocástica leva em conta em um único modelo os horizontes de planejamento de curto e médio prazos, ou seja, as decisões tomadas no primeiro estágio refletem todo o horizonte de planejamento do segundo estágio. Com isto, podemos observar na Fig. 1 que o despacho obtido para cada hora do dia seguinte conta com uma maior participação termoelétrica, a fim de preservar os recursos hídricos para o futuro e evitar a escassez de água. Como consequência, podemos notar a elevação nos preços nodais. A Fig. 2 mostra a preservação dos recursos hídricos no horizonte de médio prazo ao adotarmos a estratégia de coordenação proposta.

Figura 1. Decisão de curto prazo

Figura 2. Decisão de médio prazo

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados apresentados mostram que a estratégia de coordenação proposta neste trabalho tem um impacto no preço de equilíbrio de mercado e na programação da geração, uma vez que a coordenação tende a reduzir a participação hidroelétrica na geração total, a fim de garantir a segurança e confiabilidade do sistema no presente e no futuro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARROYO, J. M, CONEJO, A. J., “Multiperiod auction for a pool-based electricity market,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 17, no. 4, pp. 1225–1231, Nov. 2002. BIRGE, J. R., LOUVEAUX, F., Introduction to stochastic programming. New York: Springer- Verlag, 1997. MOTTO, A. L., GALIANA, F. D., CONEJO, A. J., ARROYO, J. M., “Network constrained multiperiod auction for a pool-based electricity market,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 17, no. 3, pp. 646–653, Aug. 2002. OLIVEIRA, A. R. L., SOARES S., NEPOMUCENO L., “Short term hydroelectric scheduling combining network flow and interior point approaches,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 27, no. 2, pp. 91–99, Feb. 2005. PADHY N. P., “Unit commitment-a bibliographical survey,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 19, no. 2, pp. 1196–1205, May 2004.

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MÉTODO DE PONTO INTERIOR E PENALIDADE NA RESOLUÇÃO DO FLUXO DE POTÊNCIA ÓTIMO REATIVO COM VARIÁVEIS DE CONTROLE

DISCRETAS

Jéssica Antônio Delgado Aluna do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Profª. Drª. Edméa Cássia Baptista

Orientadora – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

RESUMO Este trabalho propõe uma nova abordagem que utiliza o método de ponto interior e penalidade para a resolução do problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo com variáveis de controle discretas. O Fluxo de Potência Ótimo Reativo é um problema de otimização restrito, não linear, não convexo, com variáveis contínuas e discretas e de grande porte que busca o melhor ponto de operação de um sistema elétrico. Para tratamento das variáveis discretas será utilizada uma estratégia que transforma o problema discreto em um problema contínuo utilizando uma função penalidade que obriga as variáveis assumirem valores discretos. Espera-se contribuir para a área da otimização não linear com uma abordagem eficiente e na determinação da solução do problema de Fluxo de Potência. PALAVRAS-CHAVE: otimização não linear; método de ponto interior; método de penalidade e Fluxo de Potência Ótimo. 1 INTRODUÇÃO

O problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) teve sua primeira formulação no início

da década de 60 por (CARPENTIER, 1962), a partir da incorporação das equações de fluxo de potência ao problema de despacho econômico. Carpentier resolveu este problema ao utilizar a função Lagrangiana, as condições de Karush-Khun-Tucher (KKT) e o método de Gauss-Seidel. A partir deste, vários trabalhos, os quais utilizam diferentes abordagens de otimização na resolução do FPO, foram desenvolvidos.

Assim tendo em vista a importância do FPO e a busca por métodos mais eficientes e robustos de solução é a proposta, neste projeto, o desenvolvimento de um novo método denominado de método de Ponto interior e Penalidade que consiste na união de três outros métodos: dual Lagrangeano, de Ponto Interior e de Penalidade para a resolução do Problema de FPO reativo com variáveis de controle discretas. Este método justifica-se tendo em vista que uma proposta similar já foi investigada por (CURTIS, 2012). Neste, o autor propõe a união do método de Ponto Interior com o método de Penalidade em uma única função Lagrangiana para resolver problemas de programação não linear. Em sua conclusão (CURTIS, 2012) destaca que uma atualização eficiente dos parâmetros dos dois métodos gera um método eficiente e robusto.

Além da motivação de (CURTIS, 2012), os métodos de Ponto Interior e Penalidade já foram investigados por vários autores separadamente, e são considerados métodos eficientes, tanto na resolução de problemas de otimização não lineares, quanto do FPO. O objetivo de unir os dois métodos em um, é aproveitar as melhores qualidades de cada método e tentar acelerar a convergência do algoritmo. 2 METODOLOGIA

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Neste trabalho propõe-se um método, baseado no trabalho de (CURTIS, 2012), que envolve o método de Ponto Interior e o método de Penalidade para resolução do problema de FPO. Neste, uma abordagem primal-dual é utilizada, e as restrições de desigualdade do problema são transformadas em igualdade através da utilização de variáveis de folga não negativas. As variáveis de folga são tratadas através da função Barreira Logarítmica e penalidade e as demais restrições através de multiplicadores de Lagrange. Já para tratar as variáveis de controle discretas do FPO utilizaremos a função Penalidade proposta em (SOLER; ASADA; DA COSTA, 2013).


A aplicação do método de ponto interior e penalidade foi aplicado para a resolução

do problema de FPO reativo associado a um sistema teste de 3 barras, com o objetivo de verificar a eficiência do método proposto. Os resultados preliminares mostraram o método competitivo e robusto.


Pretende-se aplicar esta união de métodos na resolução do FPOR com variáveis de controle discretas e obter uma abordagem eficiente tanto para resolver o FPOR, quanto outros problemas de otimização não linear.


CARPENTIER, J. Contribution to the economic dispatch problem. Bulletin de la Societe Francoise des Electriciens, v. 3, n. 8, p. 431–447, 1962. CURTIS, F. E. A penalty-interior-point algorithm for nonlinear constrained optimization. Mathematical Programming Computation, v. 4, n. 2, p. 181–209, 1 jun. 2012. SOLER, E. M.; ASADA, E. N.; DA COSTA, G. R. Penalty-based nonlinear solver for optimal reactive power dispatch with discrete controls. Power Systems, IEEE Transactions on, v. 28, n. 3, p. 2174–2182, 2013.

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CARACTERIZAÇÃO DE CARGAS NÃO-LINEARES EM CIRCUITOS TRIFÁSICOS A 3 E 4 CONDUTORES

Risomar de Andrade Alves Santos


Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

Este trabalho visa o estudo e análise de circuitos elétricos não-lineares com objetivo de caracterizar as cargas (autoprodutores) em sistema trifásicos a três e a quatro condutores na presença de distorções e desequilíbrios de tensão. Além disso, deverá ser avaliado o autoprodutor se apresenta um fluxo unidirecional de potência e/ou um fluxo bidirecional de potência. O estudo será embasado na CPT, do inglês Conservative Power Theory. PALAVRAS-CHAVE: Caracterização de Cargas, Qualidade da Energia Elétrica, Geração Distribuída, Teoria de Potência Conservativa (CPT). 1 INTRODUÇÃO

Devido à disseminação da mini e microgeração distribuída e o papel da eletrônica de

potência para a proliferação massiva de autoprodutores (usuários que consomem e geram sua própria energia) monofásicas, bifásicas e trifásicos, vem alterando a forma de operação dos sistemas elétricos de potência. Os sistemas de geração distribuída têm convertido o fluxo de energia unidirecional tradicional para o fluxo bidirecional, o que aumentou a complexidade dos circuitos elétricos. Assim, os novos fenômenos de potência que estão surgindo nos sistemas elétricos devem ser incorporados e interpretados adequadamente na análise dos circuitos elétricos e na qualidade da energia elétrica [1], [2].

A eletrônica de potência é a grande responsável não apenas pela inserção dos sistemas fotovoltaicos na rede elétrica, mais também pela demanda de correntes não senoidais do sistema elétricos, que ao circularem pelas linhas de distribuição geram distorções nas tensões em diferentes pontos da rede. Essas distorções harmônicas nas tensões e correntes dão origem ao fenômeno de potência conhecido como não linearidade. Associado a isso, os autoprodutores (cargas) monofásicas e bifásicas ligadas ao sistema trifásicos (3 e 4 condutores), geram correntes com diferentes amplitudes (correntes desbalanceadas) que ao circular pelas linhas de distribuição causam desequilíbrios nas tensões. As diferentes amplitudes nas tensões e correntes dão origem ao fenômeno conhecido como assimetria (desequilíbrio/desbalanço).

Os autoprodutores (cargas), além de terem um fluxo bidirecional de potência ativa, devido a geração de energia local, elas também podem consumir correntes que provocam fenômenos de potências como: defasagem entre tensão e corrente (reativos), assimetrias (desequilíbrio/desbalanço) e não linearidade (distorção harmônica). Os fluxos de potência não ativa, associados a esses fenômenos são bidirecionais e causam um incremento nas perdas. Neste sentido, a CPT do inglês Conservative Power Theory [3], [4], será utilizada para encontrar circuitos equivalentes, isto é caracterizar autoprodutores em sistema trifásicos a 3 e a 4 condutores na presença de distorções e/ou desequilíbrios de tensão. Além disso, também serão discutidos e analisados os índices os fatores de desequilíbrio de corrente (sequência negativa e zero), o DHT de corrente e o fator de potência, como índices de mérito para avaliar a Qualidade

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da Energia Elétrica. Assim, a metodologia de caraterização proposta deverá ser capaz de representar qualquer tipo de autoprodutor (carga), por um circuito equivalente composto por associações (série ou paralelo) de condutâncias, susceptâncias e fontes senoidais e/ou harmônicas de tensão e corrente. 2 METODOLOGIA

Para tanto cargas genéricas com e sem geração de energia local deverão ser analisadas e discutidas. As metodologias propostas em [1] e [4] são estudadas, com intuito de apontar os fluxos bidirecionais da energia ativa e não ativa existentes devido as caraterísticas dos autoprodutores (cargas). A ideia é utilizar os circuitos equivalentes derivados das parcelas de potência/corrente da CPT para estudar e discutir o circuito em um âmbito de caraterização de carga de uma maneira mais abrangente daquelas propostas em [1]. Além disso, a caraterização dos autoprodutores ajuda a apontar as origens e a direção do fluxo harmônico no sistema elétrico, com objetivo de apresentar uma metodologia que possa fornecer procedimentos adequados para os procedimentos de operação, aspectos normativos e identificação de fontes e cargas. As técnicas de análises serão explicitadas através de estudos de casos de simulação no software PSIM/SIMCAD. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Será utilizada a CPT, do inglês Conservative Power Theory – CPT [3] e [4] como base teórica para dar continuidade às pesquisas e desenvolver novas soluções para às questões apresentadas nos parágrafos anteriores. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

No final do projeto espera-se desenvolver uma metodologia que seja capaz de identificar os parâmetros de qualquer autoprodutor, ou seja, carga trifásica (linear, não linear, balanceada ou não), por um circuito equivalente composto por associações (série ou paralelo) de condutâncias, susceptâncias e uma fonte de corrente distorcida ou de fonte de tensão distorcida. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] J. A. Pomilio, J. P. Bonaldo, H. K. Morales-Paredes, P. Tenti, “About power factor and THDi in the

smart micro-grid scenario”, IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), 2015.

[2] J. P. Bonaldo, H. K. Morales-Paredes, A. Costabeber, J. A. Pomilio, “Adaptive Saturation System for Grid-Tied Inverters in Low Voltage Residential Micro Grids”, IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering, Rome, Italy, pp. 784-789, 10-13 June 2015

[3] H. K. Morales-Paredes, “Teoria de potência conservativa: Uma nova abordagem para o controle cooperativo de condicionadores de energia e considerações sobre atribuição de responsabilidades”, Tese de Doutorado, FEEC/UNICAMP, Campinas, 2011.

[4] P. Tenti, H. K. Morales-Paredes, F. P. Marafão, P. Mattavelli, “Accountability in Smart Micro-Grids based on Conservative Power Theory”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 60, no. pp. 3058-3069, 2011.

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UMA ABORDAGEM DETERMINÍSTICA PARA O PROBLEMA MULTIOBJETIVO E NÃO-DIFERENCIÁVEL DE DESPACHO COM PERDAS

Elis Gonçalves


Prof. Dr. Antonio Roberto Balbo Orientador – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

RESUMO

O problema multiobjetivo de despacho econômico e ambiental com perdas e pontos de carregamento de válvula (PMDEA-PVP) tem por objetivo minimizar os custos de geração e a emissão de poluentes, ao mesmo tempo tem que satisfaz as restrições operacionais do sistema. O PMDEA-PVP é formulado como um problema multiobjetivo, não-linear, não-convexo e não-diferenciável e devido a tais características é resolvido, na maioria dos trabalhos da literatura, por abordagens heurísticas. Uma abordagem determinística de otimização é desenvolvida neste trabalho para solução do PMDEA-PVP. A metodologia proposta será aplicada a dois sistemas teste e os resultados obtidos serão comparados com outros da literatura. PALAVRAS-CHAVE: Abordagem determinística, Perdas, Pontos de Carregamento de válvula, Problema Multiobjetivo de despacho. 1 INTRODUÇÃO

O PMDEA-PVP é de grande importância na área de sistemas de energia e tem por objetivo reduzir os custos e/ou a emissão de poluentes. Quando características como pontos de carregamento de válvula e perdas são incluídas, o problema resultante, além de ser multiobjetivo, é não-linear, não-convexo e não-diferenciável. Assim, o objetivo deste trabalho é propor uma abordagem determinística de otimização para solução do PMDEA-PVP, uma vez que na literatura, em sua maioria, são propostas abordagens heurísticas, sem garantia de otimalidade local. A metodologia proposta envolve: i) o método de Restrições Canalizadas Progressivas (RCP) para tratar a natureza multiobjetivo do problema; ii) a técnica de Suavização Hiperbólica (SH) (Chen e Mangasarian, 1996) para lidar com a característica de não diferenciabilidade; e iii) o método de rescalamento não-linear (Griva e Polyak, 2010) com estratégia de correção de inércia (Nocedal e Wright, 2006) para otimizar cada um dos subproblemas mono-objetivos já suavizados.

2 METODOLOGIA

Neste trabalho, é proposta uma metodologia determinística de otimização (RCP-SH-RNCI), que envolve o método RCP para transformar o problema multiobjetivo PMDEA-PVP em um conjunto de subproblemas mono-objetivos, o método SH para aproximar a função custo de cada um dos subproblemas gerados pelo PBC e um método determinístico de otimização, baseado numa função de rescalamento não-linear, neste caso, a função barreira logarítmica modificada, com estratégia de correção de inércia e procedimentos previsor e corretor. A metodologia proposta foi implementada em linguagem MATLAB2011a e aplicada à resolução de dois sistemas testes, de 6 e 10 unidades geradoras. Os dados dos sistemas testados, a matriz de coeficientes-B utilizada para calcular as perdas do sistema, bem como o modelo do problema podem ser obtidos em Basu, 2011. 3 DISCUSSÕES

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Em Basu, 2011, o algoritmo de evolução diferencial multiobjetivo (MODE) foi utilizado para resolver o PMDEA-PVP. Os resultados obtidos neste trabalho foram comparados com o da literatura. As Tabelas 1 e 2 apresentam os valores máximos e mínimos de custo e emissão e os tempos computacionais de cada um dos casos teste. Na Tabela 1, a melhor solução obtida para a função custo pelo algoritmo MODE é menor que a obtida pela metodologia RCP-SH-RNCI, porém ao verificar o conjunto de dados apresentado neste mesmo trabalho (Basu, 2011), é possível observar que os limites dos geradores 3 e 5 são violados. As Figuras 1 e 2 apresentam as curvas de Pareto obtidas pela metodologia proposta.

4 CONCLUSÃO

A metodologia RCP-SH-RNCI, composta por um método para transformação de problemas multiobjetivo em um conjunto de subproblemas mono-objetivos (RCP), uma estratégia de suavização de funções (SH) e um método de rescalamento não-linear com correção de inércia (RNCI) foi apresentada neste trabalho e aplicada à resolução do PMDEA-PVP. O problema em destaque, além de multiobjetivo, é não diferenciável devido à inserção dos pontos de carregamento de válvula. Os resultados obtidos pela metodologia determinística proposta foram comparados com a heurística multiobjetivo de evolução diferencial, apresentada em Basu,2011. É possível observar que a metodologia RCP-SH-RNCI obteve os resultados de forma eficiente, com melhor tempo computacional, menor custo e menor emissão para os pontos extremos da curva de soluções eficientes, quando comparados aos obtidos em Basu,2011. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BASU, M. Economic environmental dispatch using multi-objective differential evolution, Applied Soft Computing, 2011. CHEN, C.; MAGASARIAN, O. L. A Class of Smoothing Functions for Nonlinear and Mixed Complementarity Problems, Computational Optimization and Applications, 1996. GRIVA, I.; POLYAK, R. A. Primal-Dual Methods for Nonlinear Constrained Optimization, John Wiley e Sons, Inc., 2010. NOCEDAL, J. e WRIGHT, S. J. Numerical Optimization. New York: Springer. 2006.

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SISTEMAS INTELIGENTES UTILIZADOS NA RECONFIGURAÇÃO DE SMART HOME COM FOCO EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Rodrigo Moura Juvenil Ayres


Prof. Dr. André Nunes de Sousa Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

As modificações econômicas e as preocupações ambientais estão trazendo novos hábitos de consumo para os diversos consumidores, alterando desta forma a maneira de como a energia é utilizada. Novas tecnologias de informação e comunicação estão cada vez mais incorporadas na sociedade, permitindo uma interação mais rápida e eficiente entre usuários e ambientes públicos e privados. Elas têm tornado a vida das pessoas mais simples e melhor sobretudo em seus ambientes domésticos. Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um sistema inteligente para recomendação de configuração de ambientes em smart home sob o ponto de vista de redução de custos e eficiência energética, de acordo com os diferentes perfis de usuários. PALAVRAS-CHAVE: Smart Home, Sistemas de Recomendação, Eficiência energética. 1 INTRODUÇÃO

As tecnologias emergentes na indústria de energia e os rápidos desenvolvimentos das

smart grids fornecem recursos sem precedentes para diferentes participantes da rede otimizar sua operação e gerar grandes volumes de dados, tais como os que podem ser gerados pelas smart home. Uma smart home pode ser definida como uma rede de comunicação incorporada a residência que conecta aparelhos elétricos e serviços. De forma mais detalhada, é uma residência que possui aparelhos, iluminação, aquecimento, ar condicionado, TVs, computadores, sistemas de áudio e vídeo e outros componentes capazes de se comunicar uns com os outros, podendo, inclusive, serem controlados remotamente. Além de conforto e segurança, smart home pode proporcionar, também, a eficiência energética. Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo a exploração de sistemas inteligentes aplicados ao contexto de smart home. O objetivo específico do trabalho é a implementação de um sistema que seja capaz de avaliar dados de consumo energético provenientes de diferentes residenciais e sugerir possíveis melhores configurações de utilização para diferentes perfis de usuário, visando melhorias em termos de consumo energético. 2 METODOLOGIA

O trabalho vem sendo desenvolvido no laboratório de sistemas de potência e técnicas

inteligentes do departamento de engenharia elétrica da Unesp Bauru. O laboratório conta com computadores e softwares específicos da área.

O desenvolvimento do trabalho está subdividido em quatro etapas principais: • Levantamento bibliográfico e estado da arte. • Modelagem e simulação dos dados de consumo elétrico em smart home. • Especificação da arquitetura do sistema proposto e implementação do mesmo. • Validação dos resultados e escrita da tese.

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De acordo com King (2003) o conceito de casas inteligentes foi desenvolvido desde a década de 1990. De acordo com definições mais recentes, uma casa que é inteligente o suficiente para ajudar os habitantes a viver de forma independente e confortavelmente com a ajuda da tecnologia é denominada casa inteligente. Em uma casa inteligente, todos os dispositivos mecânicos e digitais estão interligados para formar uma rede, que pode se comunicar entre si e com o usuário para criar um espaço interativo. Harper (2003) define a casa inteligente como um aplicativo que é capaz de automatizar ou auxiliar os usuários de diferentes formas.

Dentro deste contexto, sistemas de recomendação aplicam técnicas de análise de dados com intuito de auxiliar usuários a encontrar aquilo que deseja. Na mesma linha, filtros colaborativos constituem-se uma técnica que busca similaridades em hábitos dos usuários para predizer suas decisões futuras. Schweizer (2014), por exemplo, discute como os padrões de uso e as preferências dos habitantes podem ser aprendidos eficientemente para permitir que as casas inteligentes obtenham economias de energia de forma autônoma. Os autores propõem um algoritmo de mineração de padrão sequencial adequado para dados de eventos residenciais da vida real. O desempenho do algoritmo proposto é comparado aos algoritmos existentes quanto à completude / exatidão dos resultados, tempos de execução, bem como consumo de memória e elabora as deficiências das diferentes soluções. Além disso, um sistema de recomendação baseado no algoritmo desenvolvido fornece recomendações aos usuários para reduzir seu consumo de energia. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O trabalho encontra-se em fase de desenvolvimento. Até o momento foram realizadas

as atividades de levantamento bibliográfico e implementações iniciais do sistema proposto, tal qual a implementação de um web service com algoritmos de classificação e associação de dados. Os experimentos iniciais estão sendo desenvolvidos com dados do próprio grupo de pesquisa, provenientes de trabalhos anteriores. Como trabalhos futuros serão realizadas simulações de geração de dados utilizando o Simulink e a validação dos dados simulados com os resultados obtidos de tomadas inteligentes a serem implementadas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

HARPER, R.”Inside the Smart Home” Springer-Verlag ISBN 978-1-85233-688-2, 2003 KING, N. “Smart home. A definition” Intertek Research and Testing Center, pp. 1-6, 2003 SCHWEIZER, D. Learning frequente and periodic usage patterns in smart homes. 2014. Dissertação – School of Business, University of Applied Sciences and Nortwestern Switzerland,2014.

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MODELO DE OTIMIZAÇÃO MULTIOBJETIVO DE MINIMIZAÇÃO DE CUSTO E EMISSÃO CONSIDERANDO FONTES DE ENERGIA EÓLICA E TÉRMICA

Andréa Camila dos Santos Martins


Prof. Dr. Antonio Roberto Balbo Orientador – Departamento de Matemática – Unesp – Bauru

Prof. Ph.D. Dylan Jones

Co-orientador – Department of Mathematics - University of Portsmouth - Inglaterra

RESUMO Neste trabalho será apresentado um modelo multiobjetivo associado ao custo de

produção de energia eólica e ao despacho econômico e ambiental das usinas térmicas. O objetivo é verificar os custos de operação dessas fontes de geração e a emissão de poluentes provenientes da queima de combustíveis decorrente das usinas termoelétricas. Os métodos de otimização multiobjetivo utilizados para resolução do modelo formulado foram o Método de restrições canalizadas progressivas e as técnicas do Método Goal Programming (programação por metas), que transforma o problema multiobjetivo em um conjunto de problemas mono-objetivo. A resolução desses problemas foi encontrada através do solver GAMS utilizando pacotes computacionais de otimização que auxiliaram esses métodos a buscarem soluções eficientes. PALAVRAS-CHAVE: otimização, energia eólica, multiobjetivo, programação por metas. 1 INTRODUÇÃO

Como a questão energética tem sido um dos maiores problemas da atualidade por causa

da escassez das fontes de energia e a emissão de CO2, o crescimento da energia eólica que é uma fonte renovável de energia e cujo a emissão de CO2 é nula, tem sido uma das soluções encontradas para suprir o aumento do atendimento da demanda.

No Brasil a energia eólica tem capacidade instalada de 10,75 GW com 430 parques, representando 7% da matriz energética brasileira e gerando um crescimento de 55% de 2015 para 2016. Esse aumento fez com que as fontes que geram CO2 fossem substituídas, evitando que 17,81 milhões de toneladas de CO2 fossem emitidos no ano de 2016 (ABEEólica, 2016). Até o ano de 2020, tem-se o projeto de instalar no Brasil 270 novas usinas eólicas.

Atualmente, estudos estão sendo realizados para que haja um maior aproveitamento das usinas eólicas, ampliando sua participação na matriz energética brasileira, pois o país apresenta velocidades de vento propícias para receber novas implantações de parques eólicos. 2 METODOLOGIA

O modelo proposto é um multiobjetivo composto por 3 funções objetivo referentes ao:

i) custo de produção de energia eólica; ii) despacho econômico das usinas térmicas; iii) despacho ambiental das usinas térmicas. As restrições do modelo estão associadas a demanda desses dois tipos de fonte de energia, atendimento mínimo da demanda de energia eólica e os limitantes de produção das usinas eólicas e térmicas.

Para resolução do modelo foi utilizado o Método de restrições canalizadas progressivas, que transforma o modelo em um subproblema mono-objetivo, onde a função econômica foi

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determinada como a função objetivo do problema e as funções custo de produção de energia eólica e despacho ambiental das usinas térmicas foram incorporadas às restrições do problema, sendo limitadas superior e inferiormente. Os resultados obtidos referem-se ao custo da produção de energia das usinas eólicas e térmicas e a emissão de poluentes das usinas térmicas. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU DISCUSSÕES

O Método Goal Programming (Jones, 2010) é outra maneira de obter resultados para o

modelo proposto. Uma das técnicas da programação por metas é a inserção de novas restrições ao problema, a fim de alcançar metas, para isso são utilizadas variáveis de desvio que medem a diferença entre os valores que estão acima ou abaixo das metas a serem alcançadas. Uma nova função objetivo é utilizada, a qual minimiza as variáveis de desvio indesejáveis. Outra característica que pode ser utilizada é uma ponderação ao problema, adicionando-se restrições onde não se permita que as variáveis de desvio ultrapasse ou reduza muito do valor esperado, isto é, da meta a ser alcançada. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Como a energia eólica tem apresentado crescimento dentre as fontes de energia, é de

extrema importância sua utilização como uma alternativa de complementaridade com outras fontes de geração que utilizam de recursos que estão se esgotando e apresentam impactos ambientas nocivos ao meio ambiente.

Para a validação do modelo proposto, futuramente será realizada a implementação do método pontos interiores/exteriores de restrições canalizadas progressivas (dos Santos et. al, 2017) na linguagem de programação Matlab.


DOS SANTOS, M. R. B.; BALBO, A. R.; GONCALVES, E.; SOLER, E. M.; PINHEIRO, R. B. N. M.; NEPOMUNCENO, L.; BAPTISTA, E. C. A Proposed Methodology Involving Progressive Bounded Constraints And Interior-Exterior Methods in Smoothed Economic/Environmental Dispatch Problems. IEEE Latin America Transactions, 15(8), 1422-1431, 2017. JONES, DYLAN; TAMIZ, MEHRADAD. Practical goal programming. New York: Springer, 2010. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENEGIA EÓLICA - ABEEólica. Boletim Anual de Geração Eólica 2016. Editora Ltda, São Paulo, 2016. 17p. OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO - ONS. Boletim Mensal de Geração Eólica. meses: janeiro a dezembro de 2016.

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A RESOLUÇÃO DO PROBLEMA DE FLUXO DE POTÊNCIA ÓTIMO COM RESTRIÇÃO DE SEGURANÇA UTILIZANDO PROGRAMAÇÃO ESTOCÁSTICA E

MÉTODO DE PONTOS INTERIORES

Adilson Preto de Godoi Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Profa. Dra. Edméa Cássia Baptista


Prof. Dr. Leonardo Nepomuceno Co-orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO O problema de Fluxo de Potência Ótimo foi formulado por Carpentier em 1962 e após isso, vários trabalhos foram desenvolvidos, os quais abordam diferentes modelos para o problema de Fluxo de Potência Ótimo. Neste trabalho damos destaque ao problema de Fluxo de Potência Ótimo com Restrição de Segurança, no qual, são consideradas as contingências que podem ocorrer no sistema elétrico. Este problema é formulado levando-se em consideração a tomada de decisão em duas etapas. As decisões da primeira etapa são denominadas de controles preventivos, enquanto as da segunda são denominadas de controles corretivos. A proposta é investigar um método para resolução do Problema de Fluxo de Potência Ótimo com Restrição de Segurança utilizando a programação estocástica e os métodos pontos interiores/exteriores. PALAVRAS-CHAVE: Fluxo de Potência Ótimo com Restrição de Segurança; programação estocástica; métodos de pontos interiores. 1 INTRODUÇÃO

Encontrar uma solução para o problema Fluxo de Potência Ótimo (FPO) consiste em determinar um ponto ótimo de operação para o Sistema Elétrico de Potência (SEP) levando em conta um determinado objetivo, que melhore o desempenho do sistema, e respeite os limites operacionais e físicos da rede elétrica.

O problema de Fluxo de Potência ótimo com Restrição de Segurança (FPORS) é mais desafiador do que o problema de FPO, segundo Capitanescu et al. (2011), pois a dimensão do problema é significativamente maior, existe a necessidade de lidar com variáveis discretas e também é um problema “imprevisível”, pois todo o sistema está sujeito a apresentar alguma contingência, a qualquer momento, de maneira que a estrutura do problema pode ser alterada, devido a inclusão e exclusão de determinadas restrições. O problema descrito pode ser entendido como um problema de tomada de decisão em duas etapas, na primeira etapa, são tomadas decisões preventivas em tempo real sobre um cenário conhecido, o que impacta diretamente na função objetivo, por outro lado, as decisões da segunda etapa são de controle corretivo, que são aplicadas apenas após alguma ocorrência de certas contingências para garantir a viabilidade do sistema. O FPORS é um problema de otimização restrito, não linear, não convexo, de grande porte, com variáveis discretas e canalizadas tornando-o assim, de difícil resolução.

Neste trabalho, o objetivo é investigar uma nova metodologia para resolver o problema de FPORS por meio de combinações de alguns métodos matemáticos, tais como: métodos de programação estocástica e métodos de pontos interiores/exteriores.

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2 METODOLOGIA

Na realização do trabalho será desenvolvida uma nova abordagem para a resolução do problema de FPORS baseada nos métodos de programação estocástica e métodos de pontos interiores/exteriores. O problema será abordado como um modelo de dois estágios, e se7u método de resolução será implementado utilizando a software Matlab e a pacotes de otimização da plataforma GAMS. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A formulação matemática do problema de FPORS apresentada por Capitanescu et al. (2011):

( )

( )( )( )( )( )( )

0 0

0 0 0

0 0 0

0

0

0

, (2.1)

, 0 (2.2)

, (2.3)

, 0, 1, , (2.4)

, , 1, , (2.5)

, 0, 1, , (2.6)

, , 1, , (2.7)

:

, 1, , (2.8)

l

s sk k

s sk k s

k k k

k k k m

k k

Minimizar f x u

g x u

h x u L

g x u k c

h x u L k c

g x u k c

h x u L k c

u

su

u u k

jeito a

c

=

£

= =

£ =

= =

£ =

- £ D =

!

!

!

!

!

em que: 𝑓 𝑥 é a função objetivo, k é a configuração do sistema para a k-ésima contingência (quando k=0 temos o caso sem contingência; kx é o vetor das variáveis de estado (magnitude de tensões, ângulos, taps em todas as barras); s

kx é o vetor das variáveis de estado no período de curto prazo; ku é o vetor das variáveis de controle para o estado de pós-contingência; ∆𝑢𝑘 é o vetor de máximo ajuste permitido para a variáveis de controle entre o caso base e o k-ésimo pós contingência; , ,s m lL L L denotam os limites de operação de curto prazo (emergência), médio e longo prazos (normal), respectivamente. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O FPORS é um problema complexo para se resolver, tendo isso como premissa, propomos um nova abordagem de otimização para resolução do problema. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARPENTIER, J. L. (1962). Contribution a L’etude du Dispatching Economique. Bull-Soc. Fr Elec., Ser. B3, p. 431 – 447. CAPITANESCU, F.; MARTINEZ RAMOS, J.L.; PANCIATICI, P.; KIRSCHEN, D.; MARANO MARCOLINI, A..; PLATBROOD, L.; WEHENKEL, L. (2011). State-of-the-art, chanllenges, and future trends in security constrained optimal power flow. Electric Power Systems Research 81, p. 1731-1741.

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MODELO MATEMÁTICO PARA PLANEJAMENTO DO PLANTIO E COLHEITA DA CANA-DE-AÇÚCAR E DA CANA-ENERGIA

Amanda Suellen Caversan


Prof. Adj. Antonio Roberto Balbo Orientador – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

Profa. Dra. Sônia Cristina Poltroniere Silva

Orientador – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

RESUMO A cana-de-açúcar é destaque na produção de açúcar, etanol e energia, porém seu cultivo atingiu extensa área e, para o atendimento da demanda desses produtos, é necessário expandir ainda mais, o que é inviável. Assim, melhoristas estão estudando uma nova variedade de cana: cana-energia, esperando suprir tais necessidades. Este trabalho propõe um planejamento ótimo, utilizando variedades de cana-de-açúcar para produzir açúcar e variedades de cana-energia para produzir energia. Diante disso, é apresentado um modelo matemático para planejar o plantio e a colheita dessas variedades, com objetivo de maximizar as produções de sacarose e energia, considerando restrições técnicas da usina de demanda mensal de produção. Para a validação do modelo, inseriu-se a variedade de cana-energia à implementação proposta na literatura. Os resultados obtidos mostram o momento ideal para o plantio e para a colheita das variedades, respeitando as demandas de produção, o que indica que esta pesquisa é promissora. PALAVRAS-CHAVE: Cana-de-açúcar, Cana-energia, Modelo Matemático, Produção. 1 INTRODUÇÃO O Brasil é destaque na produção de cana-de-açúcar, a qual tem sido vista como uma forte alternativa para a cogeração de energia elétrica a partir de sua biomassa, UNICA (2017). Porém, as variedades de cana-de-açúcar disponíveis já não atendem a todas as necessidades do mercado, então, visando o melhoramento genético das variedades a fim de atender essas novas necessidades, estudos encontraram uma nova variedade de cana, denominada cana-energia. Propõe-se um modelo matemático de maximização da produção de sacarose e da produção de massa seca do cultivo da cana-de-açúcar e da cana-energia, respectivamente. Simulando um problema de uma usina canavieira, são obtidos resultados computacionais preliminares, utilizando-se um pacote de otimização. 2 METODOLOGIA

Baseado em Ramos (2014) e Souza (2017), o objetivo deste trabalho é planejar um

cultivo misto de cana-de-açúcar e cana-energia. A modelagem considera duas tomadas de decisões: primeiro determina a variedade de cana que deverá ser plantada em um determinado talhão e o mês que este plantio acontecerá. Depois, determina o mês de colheita de cada talhão, de acordo com as produtividades de sacarose (cana-de-açúcar) de massa seca (cana-energia), que são diferentes. São consideradas restrições de atendimento das demandas mensais de produção de sacarose e energia, bem como restrições de campo e operacionais da usina. Baseada na implementação proposta por Souza (2017), utilizou-se o software IBM ILOG CPLEX Optimization Studio no ambiente de programação OPL.

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3 DISCUSSÕES Para encontrar a solução do modelo proposto, é inserida a nova variedade de cana na

implementação proposta no trabalho de Souza (2017), realizando adaptações de acordo com as necessidades da variedade de cana-energia e com as restrições de demanda mensal de energia. Foi considerado apenas um ano de planejamento, o número de 40 talhões com área de 30 hectares cada, sendo que 10 talhões foram destinados ao plantio de cana-energia e os outros 30 à cana-de-açúcar, e 25 variedades de cana, sendo 5 variedades de cana-energia e 20 variedades de cana-de-açúcar. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A simulação computacional do problema demonstra que o modelo é eficiente na escolha das variedades tanto de cana-de-açúcar quanto de cana-energia. Também mostra eficiência no planejamento otimizado de plantio e colheita a fim de atender as demandas mensais da usina, precisando melhorar apenas o atendimento das demandas mensais de produção de massa seca para gerar energia. A cana-energia mostrou excelente rendimento quando inserida ao modelo, podendo ser uma opção de investimento para o futuro do setor sucroalcooleiro. Ainda é necessário melhorar a adaptação realizada ao modelo proposto, para que a variedade atenda de fato as demandas mensais de produção de matéria seca da usina, atendendo-a de forma mais realística, o que se pretende realizar em estudos futuros. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

RAMOS, R. P. Planejamento do plantio e da colheita da cana-de-açúcar utilizando técnicas matemáticas de otimização. Tese (Doutorado em Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas - Universidade Estadual Paulista, Botucatu, 2014. SOUZA, M. L. P. S. Planejamento otimizado do plantio e colheita da cana-de-açúcar para a maximização da produção de sacarose considerando uma demanda mensal da usina. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica, Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista, Bauru, 2017. UNICA. União da Agroindústria Canavieira de São Paulo, Estimativa de Moagem. Disponível em: <www.unicadata.com.br/download_media.php?idM=15329060> Acesso em: 15 de setembro de 2017.

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RESOLUÇÃO DO PROBLEMA DE FLUXO DE POTÊNCIA ÓTIMO REATIVO POR MEIO DA MINIMIZAÇÃO DO GAP DE INTEGRALIDADE

Daisy P. Silva


Prof. Drª. Edilaine M. Soler Orientadora – Depto. de Matemática – Unesp – Bauru

RESUMO

Neste trabalho, o problema de Fluxo de Potência Ótimo é modelado como um problema de programação não linear, não convexo, com variáveis de controle contínuas e discretas. Este problema visa minimizar as perdas de potência ativa nas linhas de transmissão elétrica através do ajuste das variáveis. Propõe-se uma abordagem heurística de factibilidade e melhoramento de solução para minimização do gap de integralidade das variáveis discretas para obter soluções factíveis melhores a cada iteração até que não seja mais possível. Testes numéricos com os sistemas elétricos IEEE verificam a eficiência da abordagem proposta de resolução. PALAVRAS-CHAVE: Fluxo de Potência Ótimo Reativo, Variáveis de Controle Discretas, Abordagem Heurística de Factibilidade e Melhoramento de Solução, Minimização do Gap de Integralidade. 1 INTRODUÇÃO

O problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) é considerado importante na área de

engenharia elétrica e desafiador na área de otimização. O problema de FPO visa otimizar um dado desemprenho do Sistema Elétrico de Potência (SEP) sujeito às suas restrições físicas e operacionais. Este problema foi proposto durante a década de 1960 (CARPENTIER, 1962), porém na literatura a maioria das abordagens de solução não tratam o problema conforme a realidade do SEP. Estas abordagens fixam, relaxam continuamente ou até mesmo desconsideram as variáveis de controle discretas. Além disso, praticamente todas as abordagens não fazem o tratamento realista do shunt, variável de controle discreta que deve ser ajustada para valores irregularmente espaçada entre si. Estas simplificações são realizadas devido à dificuldade imposta por tais variáveis. Neste trabalho, trata-se do problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPOR) que é um caso específico do problema de FPO no qual as variáveis relacionadas à potência ativa são fixadas e as relacionadas à potência reativa são ajustadas para minimizar as perdas de potência ativa nas linhas de transmissão elétrica.

O objetivo deste trabalho é propor uma abordagem heurística de factibilidade e melhoramento de solução do problema de FPOR tratando as variáveis de controle discretas de forma realista. A abordagem baseia-se na minimização do gap de integralidade das variáveis discretas visando obter soluções factíveis melhores a cada iteração até que não seja mais possível. 2 METODOLOGIA

Neste trabalho, o problema de FPOR é modelado como um problema de programação

não linear, não convexo e com variáveis contínuas e discretas regularmente espaçadas e irregularmente espaçadas entre si. Para tanto, propõe-se, neste trabalho, inspirados em Melo, Fampa, Raupp (2012) e em Melo (2012), uma abordagem heurística de factibilidade que consiste em encontrar soluções factíveis para o problema FPOR e uma heurística de

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melhoramento de solução que consiste em melhorar as soluções obtidas a cada iteração até não seja mais possível. Utiliza-se a função polinomial de Silva (2016) como medida para o gap de integralidade das variáveis discretas. Para resolver os problemas contínuos a cada iteração utiliza-se o método de pontos interiores implementado no solver IPOPT em interface com software GAMS. 3 DISCUSSÕES

Os testes numéricos foram realizados com os sistemas elétricos IEEE de 14 e 30 barras,

referência na área de engenharia elétrica. O valor da função objetivo foi menor a cada iteração, entretanto não necessariamente a solução da última iteração, que possui menor valor para a função objetivo, é a melhor solução do ponto de vista da confiabilidade do sistema elétrico, uma vez que o perfil de tensão pode tornar-se mais elevado ao longo do processo iterativo. Assim, cabe ao operador do sistema de transmissão de energia elétrica analisar e escolher uma das soluções fornecidas pela abordagem proposta.


O problema FPOR modelado de forma realista torna-se de difícil resolução. Para tanto,

neste trabalho propõe-se uma abordagem heurística de factibilidade e melhoramento de solução do problema de FPOR baseado na minimização do gap de integralidade das variáveis discretas. Tais heurísticas obtém soluções factíveis melhores a cada iteração até que não seja mais possível. Testes numéricos com os sistemas elétricos IEEE foram realizados e verificam a eficiência da abordagem heurística na solução do problema de FPOR. Futuramente, serão realizados testes numéricos com sistemas de maior porte para avaliar a eficiência da abordagem proposta para a resolução do problema de FPOR. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CARPENTIER, J. Contribution a l’etude du dispatching economique. Bulletin de la Societe Francaise des Electriciens, v. 3, p. 431-447, 1962. MELO, W. A. X; FAMPA, M. M. C.; RAUPP F. M. P. Uma heurística de minimização de gap para Programação Não Linear Inteira Mista com variáveis binárias. In: CONGRESO IBERO-AMERICANO DE INSVESTIGACION OPERATIVA E SIMPÓSIO BRASILEIRO DE PESQUISA OPERACIONAL, 2012, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: FGV, 2012. p. 3412-3423. MELO, W. A. X. Algoritmos para Programação Não Linear Inteira Mista. 2012. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Computação) – UFRJ, Rio de Janeiro, 2012. SILVA, D.P. Funções Penalidade para o Tratamento das Variáveis Discretas do Problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo. 2016. 115 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – UNESP, Bauru, 2016.

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ASPECTOS DO EMPREGO DO BIG DATA EM SISTEMAS INTELIGENTES DE GERAÇÃO DISTRIBUÍDA

Daniella Gonzalez Tinois da Silva


Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves Orientador – Engenharia de Controle e Automação – Unesp – ICTS/Bauru

RESUMO

O aumento da disseminação de sistemas de geração distribuída, principalmente baseados em energias renováveis, em conjunto com a modernização e automação das redes de energia trouxeram novas características levando ao conceito de redes inteligentes(smartgrids). As mudanças proporcionadas têm grande potencial para transformar o paradigma atual dos sistemas de energia. Uma das principais implicações das smartgrids para o sistema elétrico é o aumento do volume de informações disponíveis, o que possibilita o uso do potencial das tecnologias do Big Data em todos os níveis da cadeia produtiva. Neste sentido, o presente resumo trata de aspectos do emprego das tecnologias envolvidas com o Big Data em smartgrids, considerando a exploração e o estudo das implicações e influências nos processos de geração, distribuição e transmissão de energia a partir de fontes distribuídas. PALAVRAS-CHAVE: big data, geração distribuída, redes inteligentes. 1 INTRODUÇÃO

Redes inteligentes ou smartgrids são redes que utilizam tecnologias avançadas de informação e comunicação com o objetivo de melhorar a eficiência do sistema. Isto se torna possível a partir de um processo de automação que permite a integração entre os sistemas existentes e os novos sistemas de geração e introduz, com isto, novas funcionalidades aos sistemas elétricos, como, por exemplo, medição inteligente de energia, que possibilita a medição em tempo real e envio de dados via internet, ou ainda, a geração de energia de forma distribuída, o amplo uso de fontes renováveis, o uso de carros elétricos, um intenso monitoramento da rede elétrica, entre outros. [1] Tais funcionalidades criam um aumento do volume de informações disponíveis sobre cada parte do sistema, o que possibilita o uso do potencial das tecnologias do Big Data.

Big Data consiste no armazenamento e tratamento de grandes volumes de dados. O conceito se desenvolveu devido ao advento e a ampliação do uso de tecnologias que permitiram o surgimento de sistemas capazes de captar, processar e analisar uma grande quantidade de dados em tempo real. [2] No setor elétrico o Big Data traz várias oportunidades, mas também traz consigo muitos desafios associados. Sua customização e implementação com sucesso no setor exigirá uma transformação que envolverá mudanças estratégicas, de processos, de sistemas, organizacionais e culturais. [3]

Neste escopo, o presente resumo apresenta algumas discussões sobre utilização das tecnologias do Big Data em smartgrids, considerando a exploração e o estudo das implicações e influências no processo de geração, distribuição e transmissão de energia a partir de fontes distribuídas, buscando uma visão geral sobre o assunto. 2 METODOLOGIA

A metodologia se baseia na exploração de referências bibliográficas abordando as experiências e estudos de casos do emprego do Big Data em redes inteligentes de energia com

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o objetivo de contribuir para o levantamento bibliográfico do estado da arte nesta área do conhecimento.

3 DISCUSSÕES

Uma rede inteligente permite fluxos bidirecionais de energia e usa capacidades de comunicação e controle bidirecionais. O modelo conceitual da rede inteligente, consiste em setores (geração, distribuição e utilização) interligados através de uma rede de comunicação. Os dados na rede inteligente são gerados a partir de várias fontes, como dados de consumo de medidores inteligentes, dados de operação de dispositivos na infraestrutura de energia, dados de sensores distribuídos nas redes de transmissão e distribuição e dados auxiliares, como tempo, sistema de informação geográfica, mídia social e dados do mercado de energia. [4]

A utilização do Big Data no sistema elétrico poderá ocorrer através de dados estocásticos dos consumidores providos por equipamentos de medição ou através de bancos de dados governamentais de geração e de consumo. Tais dados poderão ser tratados estatisticamente, ou através de técnicas mais modernas como métodos genéticos e inteligência artificial.

No domínio de geração, a geração distribuída pode ser implementada aproveitando seus recursos para melhorar a qualidade de energia. No domínio do provedor de serviços, dados de medidores inteligentes e sensores podem ser usados para estimar preços da energia e o comportamento do consumidor; ou para projetar e implementar estratégias de gerenciamento de energia; ou ainda, para mecanismos de controle de demanda, como, para minimizar a conta do consumidor, mudar a demanda de carga do pico, minimizar custos de operação da rede elétrica e minimizar a perda de energia e as emissões de gases de efeito estufa. Além disso, os dados gerados ainda podem ser usados para determinar estratégias tarifárias ótimas, detectar roubo de energia ou fraude e projetar programas de resposta à demanda. [4]


Armazenar e gerenciar a grande quantidade de dados gerados nos sistemas elétricos inteligentes pode trazer novas abordagens de gerenciamento, controle e coordenação dos sistemas elétricos. A tendência, com a implementação das redes inteligentes, é que seja ainda mais importante a utilização tecnologias de Big Data no setor elétrico. Desta forma, as empresas que se adaptarem à essa nova realidade mais rapidamente, terão vantagem sobre as demais, pelo uso das tecnologias do Big Data para gerar um desempenho acima da média, quanto pelo aumento na qualidade e segurança da energia entregue ao cliente.

O desenvolvimento deste trabalho contribui com as discussões sobre utilização das tecnologias do Big Data e, fornece uma visão geral do assunto.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Sociedade Brasileira de Computação, “XXXIII Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos,” 2015. [Online]. Available: http://sbrc2015.ufes.br/wp-content/uploads/livro-texto-Minicursos.pdf. [Acesso em 18 setembro 2017]. [2] FGV Projetos, “Cidades Inteligentes e Big Data,” Cidades Inteligentes e Mobilidade Urbana, nº 24, pp. 108-123, 2015 [3] C. Gonçalves, “ABRAPCH - Associação Brasileira de PCHs eCGHs,” 26 novembro 2016. [Online]. Available: http://www.abrapch.org.br/noticias/1667/o-big-data-ja-chegou-no-setor-eletrico. [Acesso em 18 setembro 2017]. [4] A. S. a. W. Rivera, “Big Data Analysis and Visualization for the Smart Grid,” IEEE International Congress on Big Data (BigData Congress), pp. 414-418, 2017.

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ESTUDO E PROPOSIÇÃO DE METODOLOGIA DE ANÁLISE E GERENCIAMENTO DE ENERGIA EM REDES INTELIGENTES DE ENERGIA

Felipe Leite Paes


Prof. Dr. Fernando Pinhabel Marafão Orientador – Engenharia de Controle e Automação – Unesp – Sorocaba

Dr. Wesley Angelino de Souza

Coorientador – Engenharia Elétrica e Computação – Unicamp – Campinas

RESUMO As chamadas Redes Inteligentes de Energia (no inglês, smart grids) indicam para uma

nova arquitetura dos sistemas de distribuição de energia elétrica, a qual deve se consolidar nas próximas décadas, em um cenário repleto de dispositivos e sistemas dotados de algum grau de “inteligência” artificial. Neste cenário, a possibilidade de comunicação bidirecional entre o usuário e a rede de energia elétrica será imprescindível para integração dos vários dispositivos e agentes em uma Rede Inteligente. Atualmente, há muita pesquisa e desenvolvimento sobre os chamados medidores inteligentes de energia (no inglês, smart meters), que possibilitam a integração e comunicação dos dispositivos numa rede de dados e facilita a atuação de uma Rede Inteligente de Energia. Neste contexto, este trabalho propõe o estudo de técnicas de desagregação de cargas de caráter não intrusivo e com utilização de ferramentas de Inteligência Artificial como proposta de evolução do medidor inteligente de energia, utilizando como base de dados cargas monofásicas, bifásicas e trifásicas no âmbito da instalação residencial. PALAVRAS-CHAVE: Smart Grids, Redes Inteligentes de Energia, Inteligência Artificial. 1 INTRODUÇÃO

A desagregação de cargas em medidores inteligentes é uma característica que vem sendo defendida nas pesquisas como forma de evolução do medidor, possibilitando a inserção de cognição no processo de medição de energia, e com isso expandindo a possibilidade de integração numa arquitetura de Redes Inteligentes de Energia. Medidor Cognitivo de Energia é o nome que está sendo atribuído aos dispositivos que possuem essa nova funcionalidade.

Souza (2016) em seu trabalho demonstrou a aplicabilidade de técnicas para desagregação de cargas com método não intrusivo em instalações elétricas residenciais para cargas monofásicas. Esse trabalho tem como objetivo estudar a possibilidade de aplicação dessas técnicas para cargas bifásicas e trifásicas numa instalação residencial. 2 METODOLOGIA

A metodologia utilizada nesse trabalho tem como base a construção de um modelo físico

para cada uma das cargas em análise. Esses modelos serão elaborados através dos dados coletados medidos em cargas monofásicas, bifásicas e trifásicas em instalações elétricas no âmbito residencial. Após a definição dos modelos, serão implementados em ambiente de simulação no software PSIM e integrados às técnicas de desagregação de cargas para análise. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

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Com a existência do usuário prossumidor no cenário de compra e venda de energia elétrica, com a popularização das redes inteligentes de energia e a necessidade do fornecimento de informações adicionais sobre a energia elétrica, entendeu-se a necessidade da existência de comunicação bidirecional no medidor. Essa nova evolução do medidor eletrônico ganhou o nome de medidor inteligente (QUEEN, 2011), (GARCIA; SOUZA; MARAFAO; SILVA, 2017).

Para SOUZA (2016), os medidores cognitivos são medidores que possuem a comunicação bidirecional (medidores inteligentes) e também possuem a capacidade de desagregação de cargas, característica que pode contribuir para proposição de estratégias de controle de consumo em uma instalação ou parâmetro de decisão para responder a uma política de controle de demanda de energia.

O novo cenário que vem sendo estudado em redes de energia leva em conta as tendências do mercado de energia com novas políticas de tarifação e de consumo otimizado, sobretudo a eficiência energética. Através dessas possibilidades, os medidores cognitivos de energia devem possuir espaço nas aplicações, pois com infraestrutura de comunicação aliada à capacidade de realizarem a desagregação do consumo de energia elétrica, vão permitir a inclusão do consumidor no cenário de gestão de energia elétrica, controlado anteriormente apenas pelos agentes concessionários e distribuidores de energia elétrica (MAKONIN; POPOWICH; GILL, 2013). 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O trabalho em questão está em fase de desenvolvimento e ainda não possui resultados referente à aplicação de técnicas para as novas cargas. Espera-se que as técnicas utilizadas para cargas monofásicas sejam aplicáveis para cargas bifásicas e trifásicas em equipamentos convencionalmente utilizados na instalação elétrica residencial.

Caso não exista a factibilidade de aplicação dessas técnicas utilizadas para cargas bifásicas e trifásicas, serão estudadas outras técnicas da área de Inteligência Artificial para essa aplicação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

GARCIA F. D., SOUZA W. A., MARAFAO F. P., SILVA L. C. P.; Power Metering: History and Future Trends. 9th Annual Green Technologies Conference (IEEE GreenTech), 2017.

MAKONIN, S.; POPOWICH, F.; GILL, B.; The Cognitive Power Meter: Looking Beyond the Smart Meter. School of Computing Science, SFU Technology Centre, BCIT. Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE). 2013. QUEEN, E. E., Smart Meters and Smart Meter Systems: A Metering Industry Perspective. An EEI-AEIC-UTC White Paper. EEI. Washington, D.C. Março de 2011. SOUZA, W. A.; Estudos de Técnicas de Análise e Tecnologias para o Desenvolvimento de Medidores Inteligentes de Energia Residenciais. Unicamp. Campinas, São Paulo. 2016.

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DESAGREGAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA APLICADO NA AVALIAÇÃO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Fernando Deluno Garcia


Prof. Dr. Fernando Pinhabel Marafão Orientador – Grupo de Automação e de Sistemas Integráveis – Unesp – Sorocaba

Prof. Dr. Wesley Angelino de Souza

Orientador – Depto. de Sistemas e Energia – Unicamp – Campinas

RESUMO Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um medidor cognitivo de energia elétrica, enfatizando sua aplicação na avaliação de eficiência energética de eletrodomésticos. Tendo em vista o engajamento do consumidor residencial em relação aos seus hábitos de consumo, o trabalho proposto faz uso do medidor de energia elétrica para criar uma plataforma que forneça recomendações e diagnósticos sobre os equipamentos utilizados na residência. Para tal, serão utilizadas informações técnicas sobre a eficiência energética e consumo padrão de geladeiras, micro-ondas e condicionadores de ar pertencentes ao programa do PROCEL. Por fim, o trabalho contribuí com a definição de uma metodologia de reconhecimento de cargas e desagregação de consumo baseada em eventos, e de sua aplicação na avaliação de eletrodomésticos. PALAVRAS-CHAVE: desagregação do consumo; eficiência energética; eletrodomésticos; medidor cognitivo de energia elétrica; projeto. 1 INTRODUÇÃO

Atualmente, um dos principais temas destacados na literatura é a utilização dos

medidores inteligentes de energia para realizar a desagregação do consumo por cargas (XU; MILANOVIC, 2015). Tal função também é destacada como um aprimoramento dos medidores inteligentes, denominado medidor cognitivo de energia (MAKONIN; POPOWICH; GILL, 2013). Entres as principais aplicações, destaca-se o monitoramento do consumo de energia no ambiente residencial e a criação de mecanismos que possibilitem os consumidores entenderem seus hábitos de consumo e reduzirem gastos com energia elétrica. Assim, esse trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um medidor cognitivo de energia elétrica para ser utilizado no contexto residencial, enfatizando sua aplicação em questões relacionadas à eficiência energética de eletrodomésticos. Para tal, as informações de consumo padrão indicadas no selo PROCEL serão utilizadas para comparação do consumo medido para as cargas de interesse: geladeiras, micro-ondas e condicionadores de ar. 2 METODOLOGIA

O monitoramento não intrusivo pode ser caracterizado por 6 estágios de execução. No

primeiro estágio os valores de tensão e corrente são amostrados. Em seguida esses dados são processados e preparados para análise. Essa análise envolve a detecção de eventos na assinatura de potência (perfil de consumo). Com isso, executa-se um algoritmo para extrair informações que permitam identificar a carga e também desagregar o consumo de energia com base no período de operação.

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À vista disso, a decomposição da potência elétrica em diversas subcomponentes possibilita análise da carga. Uma metodologia que possibilita esse tipo análise é conhecida como Teoria de Potência Conservativa (PAREDES, 2011).

Além disso, faz-se necessário formar uma base de conhecimento que permita, principalmente, diferenciar as cargas de interesse de outros elementos. Assim, cada eletrodoméstico é representado a partir das seguintes informações: potência ativa, fator de potência, fator de reatividade e fator de não linearidade. Esses indicadores são obtidos pela CPT a partir do processamento das amostras de tensão e corrente, sendo utilizados para realizar a classificação de cargas a partir do algoritmo do vizinho mais próximo (KNN). 3 DISCUSSÕES

Com a montagem do protótipo, a metodologia apresentada pôde ser implementada. O

medidor foi utilizado para coletar informações sobre a operação individual de cada equipamento, tendo como objetivo a criação de uma base de dados. Utilizando os algoritmos propostos para monitoramento de cargas, os eventos que ocorrem quando uma carga é ligada ou desligada são detectados e classificados. Assim, o consumo de energia é desagregado para cada carga.

Dessa maneira, cada eletrodoméstico pode ser monitorado e seu consumo de energia comparado com o padrão especificado pelo PROCEL. Essas características possibilitam realizar diagnósticos e também sugerir recomendações para o consumidor. Por exemplo, avaliar se a geladeira está consumindo mais que o padrão especificado. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Tendo em vista que os dados de consumo desagregado serão utilizados para análise do consumo padrão das cargas de interesse, faz-se necessário avaliar a exatidão do método proposto. Além disso, os meios de divulgação das sugestões e recomendações deve ser elaborado de maneira a entreter o consumidor. Isto é, deve ser criado uma interface que apresente informações úteis e que possibilite a conscientização do consumidor em relação aos seus hábitos de consumo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MAKONIN, S.; POPOWICH, F.; GILL, B. The cognitive power meter: Looking beyond the smart meter. 26th Annual IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE), p. 1–5, 2013. PAREDES, H. K. M. Teoria de Potência Conservativa: Uma nova Abordagem para o Controle Cooperativo de Condicionadores de Energia e Considerações sobre Atribuição de Responsabilidades. Tese (Doutorado) — FEEC/UNICAMP, 2011. XU, Y.; MILANOVIC, J. V. Artificial-intelligence-based methodology for load disaggregation at bulk supply point. IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, v. 30, n. 2, 2015.

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SOLUÇÃO DO PROBLEMA DE MÁXIMO CARREGAMENTO UTILIZANDO VÁRIAVEIS DE CONTROLE DISCRETAS

Graciliano Antonio Damazo


Prof. Dra. Edméa Cássia Baptista Orientadora – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

Prof. Dra. Edilaine Martins Soler

Co-orientadora – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

RESUMO A instabilidade de tensão é um dos principais fatores responsáveis por problemas em sistemas elétricos de potência, o que torna a análise da Curva PV de extrema importância. Através desta Curva PV pode-se obter o ponto de máximo carregamento do sistema. O Problema de Máximo Carregamento pode ser formulado como um problema de otimização não linear, restrito, com variáveis contínuas e discretas. Enquanto na literatura os Problemas de Máximo Carregamento são modelados com variáveis contínuas, este trabalho propõe manter as características discretas das variáveis de controle tornando os resultados mais próximos a realidade. PALAVRAS-CHAVE: Variáveis discretas, Máximo Carregamento, Penalidade, Curva PV. 1 INTRODUÇÃO

Sabe-se que em um sistema estressado, um aumento súbito e relativamente pequeno da

carga é suficiente para acarretar a instabilidade de tensão, o que demonstra a necessidade de índices que indiquem, o status referente à estabilidade de tensão e a margem ao máximo valor da demanda total para que o sistema não entre em colapso (IRISARRI et al. (1997)). Assim, o Problema de Máximo Carregamento tem por objetivo determinar o máximo aumento de carga em um sistema elétrico, satisfazendo as restrições operacionais do sistema e de equipamentos.

Este problema pode ser formulado como um problema de otimização não linear, restrito, não convexo e com variáveis contínuas e discretas. Algumas das metodologias de resolução para a determinação do ponto de máximo carregamento são: o método da continuação (ALVES (2000)) e os métodos de otimização (BARBOZA et al. (1998)). Neste trabalho adotam-se os métodos de otimização.

O Método de Pontos Interiores (MPI), combinado com estratégias para tratar as variáveis discretas, tem sido utilizado para resolver problemas de otimização não linear com variáveis contínuas e discretas (SOLER et al. (2013)). 2 METODOLOGIA

A pesquisa é desenvolvida em campo teórico e computacional. Com base na

investigação do Problema de Máximo Carregamento far-se-á uma comparação dos resultados do Ponto de Máximo Carregamento e a Curva PV, utilizando os seguintes métodos: MPI com variáveis contínuas, Branch and Bound (BB) com MPI e MPI associado ao Método da Penalidade para o tratamento das variáveis discretas. Esses métodos serão testados utilizando o pacote de otimização Knitro, na plataforma GAMS. 3 DISCUSSÕES

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Os testes numéricos foram realizados utilizando o sistema IEEE 14 barras. As variáveis

discretas são os taps dos transformadores localizados entre as barras 5-6, 4-7 e 4-9, além da susceptância shunt na barra 9. Com as três técnicas citadas levantou-se as Curvas PV para a barra 14, que é a barra crítica do sistema, as quais são apresentadas na Figura 1.

Figura 1 – Curva PV da Barra 14 do sistema IEEE 14 barras.


A partir dos resultados pôde-se observar que os métodos foram eficientes com

resultados próximos, rápidos e precisos. Uma diferença importante é que o método da Penalidade, ao realizar o tratamento das variáveis discretas, transforma o problema original em um problema contínuo e diferenciável. Este fato, pode ser visto como uma vantagem deste método, ao trabalhar com sistemas de grande porte.


ALVES, D, A., “Obtenção do ponto de máximo carregamento em sistemas elétricos de potência utilizando novas técnicas de parametrização para o método de continuação”, Tese de Doutorado, UNICAMP, Campinas-SP, Junho, 2000. BARBOZA, L. V.; SALGADO, R. ; ALMEIDA, K. C. (1998), Estudo do máximo carregamento de sistemas de potência via algoritmos de pontos interiores, In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AUTOMÁTICA, Uberlândia, Anais do CONGRESSO BRASILEIRO DE AUTOMÁTICA. Uberlândia, 2005-2010. IRISARRI, G. et al. Maximum loadability of power systems using interior point nonlinear optimization method. IEEE Transactions on Power Systems, v. 12, p. 162–172, 1997. SOLER, E. M.; ASADA, E. N.; COSTA, G. R. M. Penalty-Based NonLinear Solver for Optimal Reative Power Dispatch with Discrete Controls, IEEE Transactions on Power Systems. Vol. 28, pp.2174-2182, 2013.

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ESTUDO DA ESTABILIDADE ASSINTÓTICA DOS PONTOS CRÍTICOS DA DINÂMICA NÃO LINEAR DE UM BIODIGESTOR INDIANO

Gustavo Chaves Tanaka


Prof. Dr. Antônio Roberto Balbo Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Profa. Dra. Célia Aparecida dos Reis

Co-Orientadora – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

RESUMO Atualmente pesquisas sobre a produção de energia com menor impacto ambiental, com maior rendimento energético e, possivelmente, a um custo mínimo de produção, são de interesse mundial. Desta forma, a produção de energia renovável, com estas características, através de biodigestores torna-se uma alternativa relevante. Os biodigestores, em geral, consistem de uma câmara que armazena matéria orgânica fresca (substrato ou biomassa) de origem humana, animal ou vegetal. A fermentação anaeróbica destes substratos produz um gás combustível (biogás) que pode ser utilizado como fonte de energia e o material remanescente no biodigestor pode ser usado como biofertilizante. Neste trabalho apresenta-se uma análise da estabilidade assintótica dos pontos críticos de um modelo dinâmico proposto. PALAVRAS-CHAVE: Biodigestor Indiano. Modelo Dinâmico não Linear. Estabilidade Assintótica. 1 INTRODUÇÃO

Um biodigestor indiano consiste de uma caixa de entrada do substrato, uma câmara com

parede divisória que armazena este substrato e melhora a eficiência de digestão e uma caixa de saída do material remanescente. Este tipo de biodigestor é alimentado diariamente com substratos que podem ser de origem humana, animal ou vegetal, tendo como finalidade a produção de energia e biofertilizantes (Portes, 2005). O objetivo deste trabalho é apresentar o estudo realizado sobre um modelo matemático proposto e analisado baseando-se em estudos anteriores da estabilidade assintótica de um modelo de biodigestores indiano o qual foi proposto pelos autores, dando continuidade aos estudos efetuados em Tanaka (2016). Este modelo representa o processo de biodigestão, considerando-se a ação de bactérias nos substratos ao longo do tempo e a quantidade de biogás no interior deste. 2 METODOLOGIA Para a realização deste trabalho foram realizadas reuniões com os orientadores, discutindo o embasamento teórico encontrado na literatura. Foi proposto um modelo de biodigestor indiano e investigado seus pontos críticos e sua estabilidade assintótica. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU DISCUSSÕES

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Neste trabalho propõe-se um modelo matemático não linear associado ao processo de fermentação de um biodigestor indiano, o qual relaciona a quantidade de substrato, de bactérias que produzem o biogás e a quantidade deste gás que permanece em seu interior.

O modelo acoplado proposto baseia-se nos trabalhos de Bassanezi (1988), Biscaro (2008) e Oliveira e Lopes (2016), diferenciando-se desses autores pelo acréscimo de uma variável s(t), que fornece a concentração de substrato depositado no tanque de fermentação, introduzindo novos parâmetros associados à mesma.

Para o modelo proposto, a análise de sua estabilidade é feita determinando-se os pontos de equilíbrio de sua dinâmica considerando-se condições iniciais nulas e a linearização do sistema, as quais possibilitaram a utilização da técnica de Lyapunov e a consequente determinação de um ponto crítico assintoticamente estável e deslocado da origem para este, que configura-se como um ponto de máxima produção de biogás nas condições iniciais impostas. Através dos pontos críticos encontrados, será estudado o histórico no tempo de cada componente e definido um modelo de otimização não linear, que considera o atendimento diário de produção de energia, a qual objetiva a melhoria da estrutura física do biodigestor. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Através do estudo realizado neste trabalho concluímos que os pontos críticos

encontrados são assintoticamente estáveis, podendo ser analisado graficamente a parti da análise do espaço de estado da dinâmica não linear proposta. Futuramente, pretende-se formular um modelo de otimização não linear que envolve a otimização dos parâmetros que estão envolvidos no modelo de biodigestor proposto neste trabalho, visando posterior aplicação de técnicas de otimização não linear associada aos métodos primal-dual de pontos interiores/exteriores à resolução deste novo modelo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS R. C. BASSANEZI e W. C. FERREIRA JUNIOR, Equações diferenciais com Aplicações. São Paulo: Harbra Ed., 1988. 572 p. F. V. BISCARO e H. O. F. SILVA, Modelagem matemática para Determinação da Eficiência da Redução de ST e SV na Biodigestão Anaeróbia. Revista Energia na Agricultura, Botucatu, v. 23, n.3, p.1-15, 2008. S. C. OLIVEIRA e C. A. LOPES, Modelagem matemática e simulação do bioprocesso de produção de penicilina. In: ERMAC, 2016, Bauru. Caderno de resumos. 2016. p. 255-259. Z. A. PORTES, Aplicativo computacional para projetos de biodigestores rurais. 2005. 83 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia), Faculdade de Ciências Agrônomas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu. 2005. G. C. TANAKA, et al. O uso conjunto de técnicas de análise e controle por linearização exata e de métodos previsor-corretor primal-dual de pontos interiores/exteriores de um modelo não linear de biodigestor. In: ERMAC, Bauru. Caderno de resumos. 2016. p. 160-164.

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OTIMIZAÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO EM UMA INDÚSTRIA GRÁFICA

Lucas Farias de Menezes Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Antônio Roberto Balbo

Orientador – Depto de Matemática– Unesp – Bauru

RESUMO Neste artigo é proposto um modelo de programação inteira que busca reduzir o consumo de energia elétrica relativo à utilização de conjuntos distintos de impressoras de produção e de acabamento de produto em uma indústria gráfica. PALAVRAS-CHAVE: Otimização. Eficiência Energética. Energia Elétrica. Indústria Gráfica. 1 INTRODUÇÃO

A progressiva integração dos mercados, aliada ao desenvolvimento cada vez mais

rápido de novos produtos tem aumentado a competitividade entre as indústrias. Dentro deste novo cenário, muitas empresas buscam melhorias em seus processos produtivos que abrangem desde a responsabilidade de planejar e aperfeiçoar os processos até sua estrutura organizacional.

Os problemas de dimensionamento de lotes (PDL) podem ser utilizados para auxiliar no processo de decisão. De acordo com Karimi et al. (2003), os PDL consistem em determinar a quantidade a ser produzida de cada item e o momento em que a produção deve ocorrer, ou seja, o planejamento está relacionado a um horizonte de planejamento.

Neste problema, conhecido como PDL Multi-Itens, além de determinar a quantidade de cada item a ser produzida, deve-se levar em consideração que estes itens possuem um custo de produção, de preparação e de armazenamento em estoque. Além disso, pode-se considerar que há um tempo para que cada item seja produzido e para a preparação da linha de produção (máquina). 2 METODOLOGIA

A literatura referente aos PDL é bastante vasta, assim como inúmeros trabalhos que

apresentam estudos e propostas para a redução do consumo de energia elétrica no setor industrial.

Na indústria gráfica, como o processo de transformação da matéria prima em um item finalizado é feito somente por máquinas, tem-se um elevado consumo de energia elétrica. Além disso, há outros fatores que também contribuem para este gasto, como o de ligar e desligar a mesma máquina mais de uma vez durante o dia.

O problema estudado considera os diversos itens que as indústrias são capazes de produzir junto às suas respectivas demandas. Um modelo matemático linear inteiro foi proposto para representar esse problema visando a melhor distribuição de itens simultaneamente à utilização de máquinas.

O problema consiste em otimizar o processo de produção em indústrias gráficas a fim de melhor dimensionar a produção e minimizar o custo de energia elétrica gasto com impressoras e máquinas de acabamento. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU DISCUSSÕES

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Para verificar o desempenho do modelo proposto, foram utilizados dados fornecidos por uma indústria gráfica sediada na cidade de Bauru-SP. Para efeitos de comparação, a instância utilizada para os testes numéricos foi obtida a partir de uma carteira de pedidos que já estava em produção. Esta produção refere-se a um dia de trabalho na indústria.

Os custos e tempos operacionais foram calculados utilizando os dados da indústria. mostrando as características gerais de todas as máquinas disponíveis em seu parque gráfico, entre eles, os tipos de máquinas (Impressão (Imp) ou Acabamento (Acab)), as velocidades de trabalho destas (metro/h), tempos de setup (minutos) das máquinas de impressão e de acabamento e consumo (kW/h).

Os valores do custo de energia elétrica foram extraídos a partir da conta da empresa sendo de 0,3425 centavos/kw durante seu horário de funcionamento. Com os dados apresentados, obteve-se os resultados de quais máquinas de impressão e de acabamento que deveriam estar ativas para a minimização do consumo energético de produção da indústria e atendimento da demanda de materiais dos clientes.

O tempo computacional para a execução do modelo foi de 0,309 segundos. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Como continuidade do trabalho, pretende-se incluir horizontes de planejamento e a

possibilidade de gerar itens para estoque. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BASSANEZI, R. C.; FERREIRA Jr, W. C. Equações diferenciais com aplicações. 1.ed. Harbra: São Paulo, 1988. KARIMI, B.; FATEMI GHOMI, S. M. T.; WILSON, J. M. Omega. The capacitated lot sizing problem: a review of models and algorithms. v. 31, p. 365-378, 2003. MANNE, A.S. Management Science. Programming of economic lot sizes. p. 115 - 135, 1958. TRIGEIRO, W. W.; THOMAS, J.; MCCLAIN, J. O. Management Science. Capacitated lot sizing with setup times. v. 35, n. 3, p. 353-366, 1998. WAGNER, H.; WITHIN, T. Management Science. Dynamic version of the economic lot size model., v. 5, p. 89-96, 1958.

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POLITICAS ESTRATÉGICAS EM CONSERVAÇÃO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA ALEMANHA

Marco Akio Ikeshoji


Prof. Dr. André Nunes de Souza Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

Questões estratégicas por uma menor dependência de fontes de energia primária, melhor aproveitamento do uso da energia e atualmente relacionadas à preservação ambiental tem levado diversos países a intensificarem suas ações em conservação de energia (CE) e eficiência energética (EE). Entretanto, caso sejam mantidas as políticas estratégicas atuais em CE, estima-se que daqui a duas décadas somente a terça parte do potencial de conservação possível será explorado, demandando, portanto, uma dinâmica de melhoria contínua dessas políticas para que seja reduzida tal expectativa negativa. Assim, conhecer as principais políticas públicas de êxito em CE e EE implementadas nas economias mais industrializadas, podem servir de experiência e fonte de informações para outros estudos relacionados às questões diretas e transversais a esses temas. PALAVRAS-CHAVE: Conservação, Eficiência Energética, Políticas, Instrumentos políticos. 1 INTRODUÇÃO

A CE e EE têm como objetivo reduzir o consumo de energia através do uso das

tecnologias e mudanças do comportamento de consumo do consumidor (CROUCHER, 2011), agregando vários benefícios ambientais e socioeconômicos (MENKES, 2004; IEA, 2014). Os indicadores utilizados na avaliação dos programas de CE são obtidos observando-se os consumos finais nos setores de residência, serviços, indústria, transporte e agricultura/agropecuária.

Em recente avaliação sobre desempenho em EE promovido pela ACEEE (2016), entre os 23 países mais industrializados no mundo, a Alemanha aparece no 1º lugar e o Brasil em 22º. De acordo com o BWMi (2014), exemplos de políticas de sucesso podem servir de base para adoção em outros países ora desassistidos pelas mesmas, e para a UNEP (2009) o estimulo desses programas devem vir essencialmente do governo em forma de políticas estratégicas, principalmente em momentos de baixo desempenho econômico local. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo apresentar as principais experiências e ações em políticas estratégicas públicas relacionadas à CE e EE na Alemanha bem como seu desempenho, podendo servir de base informativa para outros estudos correlacionados. 2 METODOLOGIA

Para alcançar o objetivo proposto, utilizou-se a pesquisa bibliográfica para levantamento de dados e informações sobre políticas estratégicas em CE e EE praticadas. Foram utilizados como base de dados teses, publicações, relatórios, entre outros, sendo considerado como dados de entradas os instrumentos de políticas estratégicas existentes, indicadores de economia de energia e informações correlatas.

3 DISCUSSÕES

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Através das políticas estratégicas conhecidas como Energiewende, a Alemanha se tornou líder em EE e uma das referências no uso de energias renováveis. Para que isso fosse possível, diversos instrumentos de políticas relevantes (Tab. 1) foram implementadas nos setores da cadeia produtiva resultando em seu ótimo desempenho geral em conservação (Fig. 1). Entre 2000 e 2010 o consumo energético manteve-se praticamente constante para um PIB crescente sinalizando ganhos em CE e EE (FRAUNHOFER, 2015; BANCO MUNDIAL, 2017).


Analisando-se os dados encontrados foi possível observar que o bom desempenho

alemão na redução do consumo de energia se deve ao forte envolvimento do governo e suas instituições, das organizações não governamentais e industriais, além de entidades de pesquisas, todas contribuindo com suas especialidades e responsabilidades para avanço dos objetivos pretendidos pela CE e EE.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACEEE. The 2016 International Energy Efficiency Scorecard, 2016. Disponível em:

<http://aceee.org/research-report/e1602>. Acesso em: 30 jun. 2016. BANCO MUNDIAL. GDP (Current US$) – Germany. Disponível em:

<https://data.worldbank.org>. Acesso em: 23 ago. 2016 CROUCHER, M. Potential problems and limitations of energy conservation and energy

efficiency. Energy Policy, v. 39, p. 5795-5799, 2011. FRAUNHOFER ISI. Energy Efficiency Policies and Measures in Germany. Disponível em:

<http://www.isi.fraunhofer.de/isi-wAssets/docs/x/de/publikationen/National-Report_Germany_November-2012.pdf>. Acesso em: 23 ago. 2016

IEA. Energy Efficiency - Market Report 2015, 2015. Disponível em: <https://www.iea.org/publications/freepublications/> Acesso em: 30 maio 2016.

MENKES, M. Eficiência energética, políticas públicas e sustentabilidade, 295 f., Tese (Doutorado em Desenvolvimento Sustentável), UnB, DF, 2004. Disponível em: <http:// www.klgates.com/german-government-releases-draft-energy-concept---new-funds-to-help-develop-renewable-energy-sources-09-17-2010/>. Acesso em: 30 maio 2016.

SCHOLOMANN et al. Second National Energy Efficiency Action Plan (NEEAP) of Federal Republic of Germany, 2011. Disponível em: <https://www.bmwi.de/Redaktion/E N/Publikationen/zweiter-nationaler-energieeffizienz-aktionsplan-der-brd.html>. Acesso em: 29 mai. 2016.

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PROCEDIMENTO DE EQUILÍBRIO DE MERCADOS DE ENERGIA E RESERVA COM RESTRIÇÕES DE SEGURANÇA EM SISTEMAS HIDROTÉRMICOS

Augusto C. Pereira


Profª. Drª. Edilaine M. Soler Coorientadora – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Leonardo Nepomuceno


RESUMO Este trabalho propõe um modelo de leilão de energia e reserva estocástico voltado para sistemas de geração hidrotérmicos. Diferentemente de modelos clássicos, neste trabalho o montante contratado de reservas é definido com base no valor da penalização econômica associada ao corte de carga e das probabilidades de falha dos equipamentos do sistema de potência. As principais contribuições deste trabalho são a representação dos seguintes aspectos em um modelo de leilão de energia e reserva: i) restrições associadas ao sistema gerador hidrelétrico; ii) perdas nas linhas de transmissão por meio de uma função linear por partes. O modelo de otimização proposto é formulado com um problema de programação linear inteira-mista e foi testado em um sistema de 3 barras utilizando-se o solver CPLEX. Os resultados mostram a eficiência do modelo proposto. PALAVRAS-CHAVE: Sistemas hidrotérmicos, Procedimento de equilíbrio de mercado, Programação linear inteira-mista, Programação estocástica. 1 INTRODUÇÃO

Em mercados de eletricidade do dia seguinte, o Operador do Sistema (OS) deve

determinar os montantes negociados de energia e reserva, bem como os preços destes serviços por meio de modelos de leilão.

Segundo Conejo, Carrión e Morales (2010), existem três formas de se definir o montante de reservas que deve ser contratado. A primeira, conhecida como determinística, consiste em contratar reservas segundo algum critério, como, por exemplo, cobrir a perda do maior gerador do sistema. A segunda, conhecida como probabilística, consiste em enumerar todas as possíveis falhas dos equipamentos (geradores, linhas, etc), considerando suas probabilidades de ocorrência e definir a reserva com base nestes valores. A terceira forma, conhecida como híbrida, é uma combinação das duas anteriores, isto é, consiste em considerar um conjunto reduzido de falhas, para que o modelo se torne computacionalmente viável.

Neste trabalho, propõe-se um modelo de leilão híbrido para otimização simultânea dos recursos de energia e reserva. Este modelo é formulado como um problema de programação linear inteira-mista estocástico de 2 estágios. Para que o modelo seja factível do ponto de vista do sistema gerador, consideram-se as limitações dos sistemas termelétrico (limites de rampa e mínimos tempos ligado e desligado) e hidrelétrico (balanço hídrico nodal, limitações na potência e no engolimento disponíveis e função de produção hidráulica). Além disso, as perdas no sistema de transmissão são consideradas por meio de uma função linear por partes (MOTTO et al., 2002). 2 METODOLOGIA

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O modelo é formulado como um problema de programação linear inteira mista estocástico de 2 estágios. Algumas funções do sistema geração hidráulico são não-lineares, como as cotas de montante e jusante, a altura de queda líquida e a função de produção hidráulica. Para que um modelo linear fosse obtido, estas funções foram linearizadas com base na formulação matemática apresentada em Pereira et al. (2017).

No tocante à estrutura estocástica, as restrições são divididas em quatro grupos: primeiro estágio, segundo estágio, restrições de ligação e restrições de não-antecipação. As restrições de primeiro estágio definem decisões do tipo here-and-now, isto é, decisões que devem ser tomadas antes da ocorrência de uma contingência (falha). As restrições de segundo estágio definem restrições do tipo wait-and-see, isto é, decisões que são tomadas após a ocorrência de uma contingência específica. As restrições de ligação relacionam as decisões de primeiro e segundo estágios. Finalmente, as restrições de não-antecipação garantem que medidas de segurança corretivas não sejam tomadas antes da ocorrência de uma falha.

Para a resolução do modelo proposto utiliza-se o solver CPLEX por meio do software IBM ILOG CPLEX Optimization Studio. 3 DISCUSSÕES

O modelo de leilão proposto foi avaliado em um sistema com de 3 barras, 3 linhas de

transmissão, 1 unidade geradora termelétrica, 7 unidades geradoras termelétricas e 1 unidade consumidora.

Os resultados mostraram que parâmetros como o valor da penalização econômica associada ao corte de carga, os limites de rampa das unidades termelétricas e as metas de volume das usinas hidrelétricas influenciam fortemente nos resultados no leilão. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O modelo pode ser eficientemente resolvido por meio de solvers disponíveis no

mercado, como CPLEX ou MINOS. Um estudo de caso em um sistema de potência de 3 barras foi realizado para avaliar o modelo proposto, que apresenta um comportamento eficiente. Futuramente, serão realizados testes numéricos com sistemas elétricos de maior porte e serão implementadas técnicas de solução que viabilizem a resolução do modelo proposto em menor tempo computacional. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CONEJO, A. J.; CARRIÓN, M.; MORALES, J. M. Decision Making Under Uncertainty in Electricity Markets. Boston, MA: Springer US, 2010. v. 153. MOTTO, A. et al. Network-constrained multiperiod auction for a pool-based electricity market. IEEE Transactions on Power Systems, v. 17, n. 3, p. 646–653, 2002. PEREIRA, A. C. et al. Network-constrained multiperiod auction for pool-based electricity markets of hydrothermal systems. IEEE Transactions on Power Systems, 2017.

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MODELO ESTOCÁSTICO DE OTIMIZAÇÃO PARA O PROBLEMA DE PORTFÓLIO DO MERCADO POOL DE ENERGIA

Tiago Forti da Silva


Prof. Dr. Leonardo Nepomuceno Orientador – Depto de Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

RESUMO

O Mercado Pool de Energia é um ambiente de negociação composto por três diferentes mercados, o do dia-seguinte, o de ajustes e o de regulação. Dessa maneira, um agente gerador interessado em participar do pool deverá decidir a quantidade de energia que deverá ser ofertada em cada um dos seus mercados, respeitando sua capacidade produtiva e as restrições técnicas de seus equipamentos. A principal dificuldade enfrentada pelo agente gerador consiste no fato de que o preço da energia de cada um dos mercados só é conhecido após seu fechamento, de modo que as decisões devem ser tomadas em cenários de informação incompleta, o que pode ser modelado como um problema de otimização estocástico com três estágios. PALAVRAS-CHAVE: Mercado pool de energia. Problema de portfólio. Programação Estocástica. Otimização Inteira Mista. 1 INTRODUÇÃO

O mercado pool de energia é um ambiente de negociação composto pelo mercado do

dia-seguinte, mercado de ajustes e mercado de regulação. No mercado do dia-seguinte, os agentes geradores e consumidores fornecem lances de compra e venda de energia para um agente independente denominado de Operador de Mercado (MO), que deve realizar o fechamento do mercado e fornecer o despacho e o preço da energia para cada período de 1 hora do próximo dia [1].

O mercado de ajustes consiste em uma série de leilões menores realizados ao longo do dia, com funcionamento semelhante ao mercado do dia-seguinte. Seu objetivo é corrigir desvios da disponibilidade de energia e flutuações no consumo que poderiam tornar o despacho definido pelo mercado do dia-seguinte infactível. O mercado de regulação tem como objetivo determinar quais agentes geradores serão responsáveis por realizar o serviço de regulação da geração de energia. Quando uma unidade geradora é selecionada para realizar o serviço de regulação, sua geração será oscilada pelo operador independente do sistema dentro da faixa contratada [1].

Dessa forma, o agente gerador que pretende participar do mercado pool enfrenta uma sequência de três tomadas de decisão, conforme abaixo:

• O agente gerador deve decidir a curva de lances para o mercado do dia-seguinte; • O preço e o despacho do mercado do dia-seguinte tornam-se conhecidos e o agente

gerador deve decidir seus lances para o mercado de ajustes; • O preço e o despacho do mercado de ajustes tornam-se conhecidos e o agente

gerador deve decidir seus lances para o mercado de regulação; • O preço e o despacho do mercado de ajustes tornam-se conhecidos. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo de otimização estocástico que

modele o envolvimento no mercado pool, auxiliando o agente gerador no seu processo de tomade de decisões. 2 METODOLOGIA

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O problema de portfólio de um agente gerador atuando no mercado pool de energia será modelado através de um modelo de programação estocástica com três estágios, onde cada estágio representa a decisão sobre a quantidade de energia ofertada para cada mercado. O modelo de otimização inteira mista resultante será resolvido utilizando softwares de otimização comerciais. 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU DISCUSSÕES

Para o desenvolvimento de um modelo que cumpra com os objetivos dessa pesquisa, é

necessário a correta modelagem da aleatoriedade existente no preço de cada um dos mercados de energia, o que pode ser realizado através do uso de cenários em um problema determinístico equivalente.

Essa abordagem consiste em gerar uma gama de cenários aleatoriamente distribuídos, que representam diferentes ocorrências possíveis, onde a contribuição de cada cenário na função objetivo do problema é ponderada de acordo com a sua probabilidade de ocorrência. Para que os cenários sejam representativos, é necessário utilizar uma ferramenta de previsão temporal, como a técnica ARIMA (autoregressive integrated moving average), utilizada para ajustar funções com base em seus valores passados e na média da série, ou a utilização de dados históricos que sejam representativos para o problema analisado [2].

Para a consideração do risco durante o processo de tomada de decisão, pode-se utilizar o coeficiente de aversão ao risco CvaR (Valor de Risco Condicional), que representa o valor esperado médio correspondente a porção inferior ao α-quartil da distribuição de probabilidades, onde α é o grau de confiança determinado pela companhia geradora [3].


Essa pesquisa visa desenvolver um modelo matemático para auxiliar um agente gerador

na determinação dos montantes de energia disponível a serem destinados ao mercado do dia-seguinte, de ajustes e de regulação, de acordo com o grau de aversão ao risco desejado e suas restrições técnicas. Para cumprir os objetivos estabelecidos, é necessário a implementação de modelos que tratem corretamente as incertezas presentes nos cenários de preços para cada um dos mercados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]. A. J. CONEJO; M. CARRIÓN; J. M. MORALES. Decision Making Under Uncertainty

in Electricity Markets. vol. 153. Boston, MA: Springer US, 2010. [2]. A. HELSETH; B. MO; G. WARLAND, Long-term scheduling of hydro-thermal power

systems using scenario fans. Energy System, vol. 1, no. 4, pp. 377–391, 2010. [3]. R. T. ROCKFELLAR; S. URYASEV. Optimization of conditional value-at-risk. Journal

of risk. vol 2, pp 21-42, 2000.

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CONVERSOR DO TIPO FONTE-Y EM APLICAÇÕES CC-CA

Alex de Sá Martins Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves

Orientador – Eng. Controle e Automação – Unesp – ICTS - Sorocaba

RESUMO Esse resumo apresenta uma análise do inversor fonte-Y operando como conversor CC-CA com característica de elevador de tensão, bem como as etapas de funcionamento, circuitos equivalentes e a equação do ganho estático de tensão. Ainda apresenta a correlação entre a taxa de distorção harmônica total (DHT) e as relações de Shoot-Through do inversor fonte-Y, através de resultados obtidos por meio de simulações computacionais no ambiente Psim. PALAVRAS-CHAVE: Inversor fonte-Y, distorção harmônica. 1 INTRODUÇÃO

O inversor elevador de tensão tipo fonte-Y possui ampla aplicação em sistemas que necessitam altos ganhos estáticos de tensão, como por exemplo, no caso de geração fotovoltaica de energia elétrica. O inversor pode operar através da metodologia PWM-senoidal, porém, há necessidade de adaptação com outra metodologia de modulação para que ocorra a elevação de tensão no inversor fonte-Y . Assim, o controle da tensão eficaz de saída é realizado apenas por meio de um sistema de controle em malha fechada para estabelecer uma razão de Shoot-Through (Dst), para se obter o valor de tensão eficaz desejado. A razão Dst é estabelecida pela relação entre o intervalo de tempo em que os interruptores superiores e inferiores dos braços do inversor permanecem conduzindo de forma concomitante, e o período de acionamento total do inversor [1].

Por outro lado, outras topologias de conversores CC-CA elevadores de tensão foram propostas empregando as vantagens do emprego de indutores e transformadores para contribuir na obtenção da elevação de tensão, ao invés de empregar apenas indutores desacoplados, como no caso do inversor fonte-Z, sendo uma destas topologias a do inversor do tipo fonte-Y. O inversor fonte-Y possui um núcleo magnético integrado por três indutores com bobinas magneticamente acopladas, ao invés de um único indutor, visando propiciar o ajuste da relação de transformação estática entre estas bobinas de forma a contribuir no processo de elevação de tensão, além do uso da razão Dst. Assim, o inversor do tipo fonte-Y apresenta a característica de controle da tensão eficaz de saída provida não apenas através do ciclo de Shoot-Through, mas também por meio das relações de transformação entre as três bobinas dos indutores magneticamente acoplados. 2 INVERSOR FONTE-Y O diagrama esquemático do inversor do tipo fonte-Y em sua forma elementar apresenta seis interruptores de potência que formam a ponte inversora, um diodo de entrada D1, além de um capacitor C1 e um núcleo com três enrolamentos (N1, N2, N3) acoplados na criação da rede de impedância, conforme mostra a Fig. 1(a). Como os indutores acoplados estão ligados diretamente nos interruptores de potência e no diodo D1, o acoplamento magnético deve ser o melhor possível, a fim de evitar a presença de indutâncias de dispersão vistas pelos enrolamentos. Adotando a operação em regime permanente, para um período de chaveamento a operação pode ser descrita por meio de duas etapas de funcionamento, conforme circuitos equivalentes mostrados nas Fig. 1(b) e (c).

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C1

N1

Vin

N3

..D1

Iin

N2.

S1

S2

S3

S4

S5

S6

N1:N2:N3

(a)

C1

N1

Vin

N3

..D1

Iin Iout

N2.

VCC_Link

(b)

C1

N1 N3

..D1

Iin Iout

N2.

SW

VCC_Link=0

(c)

Fig. 1 –(a) Diagrama esquemático do conversor CC-CA do tipo fonte-Y e os circuitos equivalentes da (b) Estados ativos de chaveamento (c) Estado de shoot-through

A primeira etapa de funcionamento corresponde ao circuito equivalente da Fig. 1(b),

onde a ponte inversora opera em seis estados ativos, enquanto o diodo D1 permanece polarizado diretamente. A segunda etapa de funcionamento corresponde ao circuito equivalente da Fig. 1(c), onde os interruptores de potência superiores e inferiores conduzem, sendo que o diodo D1 entra em bloqueio neste instante [2]. Considerando o balanço de energia sobre o capacitor e a análise da malha equivalente que envolvem a tensão de entrada Vin, as bobinas N1 e N3 e a tensão de saída Van, pode-se determinar a expressão que estabelece o ganho estático do inversor do tipo fonte-Y conforme descrito em (1). Onde 𝐾 = GHIG4

GHJG= representa o fator de enrolamento.

𝑣LM = N.P.QRS

== 4

4JTUVW. N.QRS

= (1)

3 RESULTADOS Com o objetivo de realizar uma análise sobre o comportamento do inversor fonte-Y, foi

projetada uma rede de impedância Y para atender as necessidades de uma carga conectada em estrela isolada de 220 V e 1 kW, a partir de uma fonte de tensão continua de 96 V, simulada no ambiente PSIM para condições de ganho de tensão estático igual a 3,2. Os resultados de simulação demonstraram que o esforço de tensão no diodo de entrada varia em função do fator K, e que os esforços de tensão sobre os interruptores de potência são proporcionais a tensão de link CC nesta topologia. Nota-se também que ao reduzir o fator K, aumenta-se a taxa de distorção harmônica, pois o inversor acaba operando em período de shoot-through maior para se obter atenção eficaz requerida nos estagio de saída do inversor. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os resultados das simulações demonstraram que a topologia atende ao problema de elevação de tensão com ganho elevado para integração de fontes de energias renováveis a rede de energia. A característica de elevação pode ser obtida por meio do período de shoot-through e pela relação de espiras entre os indutores acoplados, o que resulta em diferentes combinações para a obtenção do mesmo ganho. Entretanto, algumas destas combinações apresentam penalizações maiores nos esforços resultantes nos interruptores semicondutores. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]SIWAKOTI, Yam P. et al. Y-source inverter. In: Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 2014 IEEE 5th International Symposium on. IEEE, 2014. p.1-6. [2] SIWAKOTI, Y. P. et al. Y-source boost dc/dc converter for distributed generation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 62, n. 2, p. 1059-1069, 2015.

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COMPENSAÇÃO DISTRIBUÍDA DE HARMÔNICOS EM MICRORREDES MONOFÁSICAS DE BAIXA TENSÃO

Augusto M. S. Alonso


Prof. Dr. Fernando Pinhabel Marafão Orientador – Engenharia de Controle e Automação – Unesp – Sorocaba

Prof. Dr. Danilo Iglesias Brandão

Coorientador – Departamento de Engenharia Elétrica – UFMG – Belo Horizonte

Profa. Dra. Elisabetta Tedeschi Coorientador – Department of Electric Power Engineering – NTNU – Trondheim

RESUMO

O emprego de switching power interfaces (SPI) em soluções de qualidade de energia tem se tornado uma alternativa promissora em redes elétricas modernas. Além da função majoritária de injeção de potência ativa, serviços auxiliares podem ser oferecidos devido à flexibilidade de operação destes dispositivos, possibilitando suporte de potência reativa e muitas outras necessidades. Em especial, SPIs podem contribuir na redução de distorção harmônica de corrente e tensão, que tem se tornado um ponto crítico em sistemas de baixa tensão com alta densidade de cargas não lineares dispersas. Portanto, este trabalho propõe uma topologia hierárquica de dois níveis focada na operação cooperativa de SPIs, empregando-os na compensação harmônica de corrente no ponto de acoplamento comum de uma microrrede monofásica de baixa tensão. Neste trabalho, o algoritmo Current-Based Control (CBC) é apresentado, visando uma contribuição coordenada e balanceada dos inversores através de um esquema de compartilhamento de correntes. PALAVRAS-CHAVE: Controle Cooperativo; Compensação Harmônica Distribuída; Inversores Multifuncionais; Qualidade de Energia. 1 INTRODUÇÃO

Inversores multifuncionais, também denominados switching power interfaces (SPI), são

agentes que operam com a responsabilidade de integração de recursos energéticos distribuídos com uma rede elétrica. Além de sua capacidade de disponibilizar potência ativa à rede, SPIs podem prover serviços auxiliares de qualidade de energia, propiciando suporte de potência reativa, ou mesmo compensação de distúrbios harmônicos. Tal característica se torna relevante em ambientes dinâmicos, de alta interatividade, e com elevada densidade de cargas não lineares, que é o caso de microrredes de baixa tensão. Ainda, considerando a possível existência de inúmeros destes dispositivos ao longo de uma microrrede, é de fundamental importância que se empreguem métodos adequados de coordenação, buscando uma operação integrada e que vise o bem comum da microrrede.

Dessa forma, este trabalho propõe uma metodologia de controle cooperativo de SPIs distribuídos, através de uma topologia hierárquica de dois níveis baseada no recente algoritmo Current-Based Control (CBC). Busca-se a coordenação do compartilhamento de correntes ativa, reativa, e dá-se principal ênfase à compensação harmônica de corrente no ponto de acoplamento comum (PAC) de uma microrrede monofásica de baixa tensão. A proposta visa uma operação robusta sob condições adversas de tensão no PAC e variações de carga, bem

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como independência do conhecimento físico da microrrede, diferente de metodologias baseadas em controle droop (HAN et al, 2016).

2 METODOLOGIA

Os níveis primário e secundário da topologia hierárquica são compostos,

respectivamente, pelo controle de tensão e corrente do inversor multifuncional, e o algoritmo CBC que provê as referências de operação para a camada inferior, seguindo uma arquitetura de operação mestre/escravo. Um controlador central processa quantidades advindas dos SPIs distribuídos e então retorna setpoints (α*

h) que visam o objetivo global da microrrede, fazendo com que todos agentes contribuam de forma proporcional às suas capacidades de corrente.

Localmente, as correntes são calculadas por (1), onde xh|| e xh+ são as referências em fase e quadratura da ordem harmônica “h” e ΔI é a capacidade de corrente atual do SPI “n”.

3 DISCUSSÕES

Para a camada primária, controladores proporcional-ressonantes foram projetados para

a injeção adequada de corrente, e o controle secundário foi testado sob diferentes estágios de operação. Demonstrado na Fig. 1, o resultado de uma simulação mostra que mesmo sob condições altamente distorcivas de tensão no PAC, obteve-se coordenada participação de cada inversor, respeitando suas limitações máximas de corrente (ISPI), dado I3

SPI < I1SPI < I2

SPI.

Figura 1: Operação do CBC sob condição não senoidal de tensão no PAC.


Através dos resultados apresentados, comprova-se que a metodologia hierárquica

baseada no CBC se manteve eficaz na coordenação de SPIs distribuídos, e ainda pôde ser empregada na redução do conteúdo harmônico de corrente na microrrede adotada. Atualmente o trabalho foca no desenvolvimento de um protótipo físico, com três inversores distribuídos, para validação experimental da proposta. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

HAN, H.; HOU X.; YANG, J.; WU, J.; SU M.; GUERRERO, J. M. Review of Power

Sharing Control Strategies for Islanding Operation of AC Microgrids. IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 7, no. 1, pp. 200-215, Janeiro 2016.

SPI1: Act. + React.SPI2: Act. + React.SPI3: Act. + React.

SPI1: All termsSPI2: All terms SPI3: All terms

SPI1: All terms + Act. ControlSPI2: All terms + Act. ControlSPI3: All terms + Act. Control

SPI1: 3rd

SPI2: 3rd

SPI3: 3rd

STAGE 2STAGE 1 STAGE 4STAGE 3 STAGE 5

SPI1: Act. + React.SPI2: Act. + React.SPI3: Act. + React.

SPI1: 3rd

SPI2: 3rd

SPI3: 3rd

SPI1: All termsSPI2: All terms SPI3: All terms

SPI1: All terms + Act. ControlSPI2: All terms + Act. ControlSPI3: All terms + Act. Control

(1)

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RESUMOS RELATIVOS ÀS APRESENTAÇÕES POR POSTÊRES

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DETECÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DE PLANTAS DANINHAS POR MEIO DE REDES NEURAIS PROFUNDAS

Luiz Carlos Marques Junior Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. José Alfredo Covolan Ulson


RESUMO Esta pesquisa, aborda o uso e a comparação de técnicas de Machine Learning e

Inteligência Artificial para o processamento e classificação de imagens obtidas de uma APP (Área de Proteção Permanente) no município de Garça/SP. Essas imagens são obtidas por meio de um Veículo Aéreo não Tripulado (VANT) com uma câmera de alta resolução acoplada. O principal objetivo deste projeto é automatizar a classificação das imagens referentes a plantas daninhas e vegetação nativa, sendo que a pesquisa abordara diferentes arquiteturas de redes neurais convolucionais profundadas (Deep Neural Networks) ou DNN, desenvolvidas na atualidade para a classificação de imagens aonde será feito a comparação de desempenho entre as diferentes arquiteturas dessas redes, para a verificação da efetividade de cada técnica. Como diferencial dessa técnica destaca-se a capacidade de autoaprendizagem da rede, fator importante uma vez que as imagens são coletadas a diferentes alturas e com diferentes níveis de iluminação. Espera-se por meio da pesquisa contribuir com dados e resultados significantes em relação a técnicas de inteligência artificial que se pode utilizar na classificação de imagens de plantas daninhas, o que contribuirá significativamente no ramo florestal e agrícola. Outro objetivo é o de fornecer procedimentos sólidos para recolher, analisar, acompanhar e avaliar o estado de APPs. Assim fornecendo uma importante ferramenta condizente com a resolução SMA Nº 32 de 03/04/2014. PALAVRAS-CHAVE: DNN, Inteligência Artificial, classificação de imagens, plantas daninhas.

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MODELO MATEMÁTICO PARA MINIMIZAÇÃO DOS CUSTOS COM ENERGIA ELÉTRICA NA OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

Letícia Maria Miquelin Aluna do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Profa. Dra. Edilaine Martins Soler


Profa. Dra. Maristela Oliveira dos Santos Coorientadora – Depto de Matemática Aplicada e Estatística – USP – São Carlos

RESUMO Os sistemas de abastecimento de água tem um papel de extrema importância no

cotidiano da população. Estes sistemas são responsáveis por levar água à população de modo a atender suas necessidades com qualidade e quantidade adequadas. Os sistemas de abastecimento de água utilizam bombas hidráulicas para captar água de poços ou estações de tratamento de água e abastecer reservatórios distribuídos pelos bairros de uma cidade, de onde a população é atendida. Um procedimento comum observado na prática consiste em ligar as bombas hidráulicas quando o nível mínimo do reservatório é atingido e mantê-las ligadas até que o nível máximo do reservatório seja atingido. No Brasil, durante o horário compreendido entre 18h e 21h (chamado de horário de ponta), as empresas de energia elétrica cobram tarifas muito mais caras do que nos demais horários. Como grande parte do consumo de energia elétrica nos sistemas de abastecimento de água é atribuível aos sistemas de bombeamento, faz-se necessário um planejamento do funcionamento das bombas garantindo o atendimento da demanda. Nesta pesquisa será investigado um modelo matemático de otimização linear inteira mista para a minimização dos custos com energia elétrica em sistemas de abastecimento. Testes numéricos serão realizados com este modelo utilizando dados relativos ao sistema de abastecimento da cidade de São Carlos/SP. PALAVRAS-CHAVE: Energia Elétrica, Otimização, Bombas Hidráulicas, Sistemas de Abastecimento.

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IMPACTO DO SMART HOME EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Gustavo V. Santana Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. André Nunes de Souza


RESUMO Este projeto de pesquisa tem por finalidade realizar uma revisão sistemática da literatura

referente à Smart home, abordando o impacto que este novo conceito pode proporcionar a matriz energética brasileira no que diz respeito à eficiência energética, principalmente nos momentos de adversidades da economia, propondo instrumentos e mecanismos que permitam avançar em direção ao alcance dos objetivos da redução do consumo de energia previstos nos Planos Nacionais de Energia que se sucedem, e também naquelas alinhadas internacionalmente. Os ganhos em eficiência energética representam menor necessidade de novas unidades geradoras de energia. Assim, as redes inteligentes, que consistem em um conjunto de tecnologias, permitem a automação e operação remota do sistema elétrico, a maior fiscalização das condições de rede, qualidade de energia e possibilidade de consumo programado de energia, melhorando os níveis de eficiência energética e trazendo conforto para os usuários residenciais, permitindo o consumidor a ter um controle remoto que ajusta o aquecimento, ventilação, iluminação e gerenciar seus aparelhos à distância e também controlar seu consumo de energia elétrica de acordo com o preço ou a demanda, contribuindo para a economia de energia, que é de grande desafio. As redes inteligentes poderão habilitar também um modelo conhecido como geração distribuída, no qual as residências passam a gerar energia por meio de painéis solares ou processamento de resíduos, por exemplo. Dessa forma, os consumidores poderão suprir parte ou todo seu consumo, mas ainda mantendo ligação com a distribuidora para receber energia se for necessário, ou vender a energia excedente à distribuidora para suprir outros usuários. Este modelo reduziria a demanda por energia principalmente das grandes unidades geradoras.

PALAVRAS-CHAVE: Smart Grid; Eficiência Energética; Sistemas Inteligentes; Instrumentos.

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RESOLUÇÃO DO PROBLEMA DE FLUXO DE POTÊNCIA ÓTIMO REATIVO COM VARIÁVEIS DISCRETAS E RESTRIÇÕES DE ATUAÇÃO DE

DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE TENSÃO

Marina Valença Alencar Aluna do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Profª. Dra. Edilaine Martins Soler


RESUMO Nesse projeto de pesquisa será desenvolvida uma nova abordagem de resolução para o problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo com variáveis de controle discretas e contínuas, e restrições de atuação de dispositivos de controle de tensão. Este problema é modelado matematicamente como um problema de programação não linear inteira mista com restrições de complementaridade. As restrições de complementaridade modelam a atuação dos ajustes dos dispositivos de controle de tensão, taps dos transformadores em fase e chaveamento de bancos de capacitores e reatores shunt, para que eles atuem apenas quando um dos limites de tensão da barra, por ele controlada, for atingido, restringindo o número de ajustes. O modelo de otimização para este problema é de difícil resolução devido as não linearidades, as restrições de complementaridade e as variáveis discretas envolvidas. A abordagem de resolução proposta neste projeto de pesquisa para resolução deste problema utiliza métodos de Pontos Interiores associados a abordagens para tratamento das variáveis discretas e restrições de complementaridade. Espera-se obter soluções para que o sistema elétrico opere de maneira ótima, com mínimas perdas e tensões nas barras dentro de limites rigorosamente fixados, em tempo computacional aceitável. PALAVRAS-CHAVE: Fluxo de Potência Ótimo, Controle de tensão, Restrições de complementaridade, Variáveis Discretas.

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ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE TÉCNICAS PARA GESTÃO DE DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE USINAS VIRTUAIS

Bruno Aguilar da Cunha Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Sorocaba

Prof. Dr. Fernando Pinhabel Marafão

Orientador – Instituto de Ciência e Tecnologia – Unesp – Sorocaba

Prof. Dr. Antonio Cesar Germano Martins Coorientador – Instituto de Ciência e Tecnologia – Unesp – Sorocaba

RESUMO

As Redes Inteligentes de Energia (Smart Grids) representam uma nova arquitetura do sistema elétrico que deve, ao longo das próximas décadas, consolidar-se em um cenário com dispositivos, medidores e sistemas diversos dotados de diferentes graus de automatização e de inferência a partir de dados coletados e gerados, seja na geração, distribuição, consumo ou no gerenciamento da energia elétrica. Para alcançar este panorama rico em inteligência em seus processos e com diversas facilidades de comunicação entre os agentes da rede, muito há o que ser estudado e aprimorado. Neste contexto surge o conceito de Usinas Virtuais (Virtual Power Plants) que corresponde a uma central virtual de controle para gerenciamento da rede elétrica que detém o conhecimento das fontes disponíveis de geração, realizando o gerenciamento de forma preditiva, principalmente com relação a demanda de energia elétrica. Este trabalho propõe o estudo e desenvolvimento de técnicas computacionais para o gerenciamento preditivo da demanda, dentro do contexto de Usinas Virtuais, utilizando dados fornecidos em tempo real por medidores inteligentes e/ou cognitivos que deverão existir na rede, gerando uma metodologia que permita desenvolver um gerenciador automático de energia em um sistema multiagente, que permita através de informações meteorológicas, custo e condições de geração de cada fonte renovável disponível, assim como os dados de consumo desagregados, aprimorar o gerenciamento da demanda e obter uma utilização mais eficiente e econômica dos recursos energéticos disponíveis. Esse gerenciamento cognitivo será obtido através de inteligência artificial e mineração de dados, além da utilização de conceitos da Teoria de Potência Conservativa e algoritmos eficientes de desagregação de cargas que permitam identificar com boa exatidão os hábitos de consumo dos usuários da rede e a forma como atenderá as necessidades de consumo com as fontes de energia disponíveis. PALAVRAS-CHAVE: Redes Elétricas Inteligentes, Medidores Inteligentes, Usinas Virtuais, Gerenciamento de Demanda.

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ANÁLISE E CONTROLE DE UM SISTEMA DE COLHEITA DE ENERGIA VIA TÉCNICA DE LINEARIZAÇÃO EXATA

Daniel Zarpelão Porcel Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Antônio Roberto Balbo


Profa. Dra. Célia Aparecida dos Reis Co-Orientadora – Depto de Matemática – Unesp – Bauru

RESUMO

Atualmente a produção e consumo de energia é um fator importante em todas as atividades humanas e com isso há uma grande demanda global a ser atendida e que vem aumentando constantemente nos últimos anos. As novas tecnologias proporcionam tecnologias sem fio tanto para comunicação quanto para uso profissional, visando assim um aumento relativo a estudos e pesquisas relacionadas à colheita de energia (Energy Harvesting). Estes estudos e pesquisas viabilizam o desenvolvimento de sistemas de captação de energia numa vertente em micro escala, isto é, dispositivos que colhem tipos de energia disponíveis no ambiente (energia eólica, energia associado às ondas do mar, energia solar, energia térmica, por exemplo) e faz a conversão destas em energia elétrica utilizável, que pode ser armazenada ou utilizada diretamente. Um dos sistemas de coleta de energia que atualmente vem ganhando importância é aquele que colhe energia relacionada à vibração, ou seja, é a energia elétrica que resulta da colheita de energia dependente da energia cinética do movimento e da conversão elétrica, principalmente através de materiais piezoelétricos. Para este trabalho propõe-se o estudo de um sistema de colheita de energia modelado através de um sistema de equações não lineares, o qual para trabalhos futuros e como projeto de mestrado será analisado mediante a técnica da linearização exata e dinâmica zero deste sistema.

PALAVRAS-CHAVE: Energia renovável, Materiais Piezoeléticos, Colheita de Energia,

Linearização Exata, Dinâmica Zero.

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IMPACTO NA QUALIDADE DE ENERGIA PARA A INTEGRAÇÃO DE USINAS EÓLICAS NO SIN

Danilo Caldas Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Flavio A. S. Gonçalves


RESUMO A energia eólica no Brasil apresentou um rápido crescimento nos últimos anos,

passando de 1,3 GW de capacidade instalada em 2010 para 10 GW no final de 2016, o que representa 7% de toda a capacidade de geração elétrica do Brasil. Este aumento na participação da fonte eólica no sistema elétrico brasileiro resulta em uma mudança do paradigma de operação, visto a maior variabilidade da fonte eólica, dificultando a previsibilidade do despacho da geração o que impacta diretamente no controle de tensão, frequência e na qualidade de energia. O Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) publicou em 2017 a última revisão dos Procedimentos de Rede, contendo mudanças significativas para geradores eólicos destacando a participação em controle de tensão, passagem por distúrbios de tensão, inercia sintética e limites de tensão harmônica. Neste sentido, o projeto se propõe a analisar a integração de usinas eólicas e os impactos na qualidade de energia no Sistema Interligado Nacional (SIN), considerando a utilização de conversores eletrônicos modernos com capacidades multifuncionais, concentrando-se em dois temas principais: a potência reativa e os harmônicos. As principais regulamentações do setor serão avaliadas, nomeadamente, os códigos de rede do Brasil (Procedimentos de Rede) e as normativas do Institute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE) e da International Electrotechnical Comission (IEC). Em seguida, as principais capacidades e características de operação de aerogeradores modernos em sua integração com o sistema elétrico serão investigadas através de ferramentas computacionais considerando o estudo de casos da integração de parques eólicos ao SIN com o foco em qualidade de energia e controle de tensão. Por fim, tomando os resultados das explorações computacionais e a análise critica dos resultados espera-se ter aspectos que possibilitem a proposição de melhorias nos requisitos de avaliação de qualidade de energia e de implementação de controle de tensão no SIN.

PALAVRAS-CHAVE: Aerogerador, Energia Eólica, Qualidade de Energia, Procedimentos de Rede.

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APLICAÇÕES DE CONVERSORES BASEADOS EM REDES DE IMPEDÂNCIA EM SISTEMAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA RENOVÁVEIS

Felipe Augusto Ferreira de Almeida Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves

Orientador – Engenharia de Controle e Automação – Unesp – Sorocaba

RESUMO Existem diversas topologias de conversores, podendo ser classificadas em duas grandes

classes, isolados e não-isolados. Os conversores isolados utilizam transformadores em sua topologia, proporcionando isolação elétrica e ganhos de tensão. Em redes de baixa tensão a isolação galvânica nem sempre é um requerimento, sendo esta uma vantagem em relação ao custo do conversor, que neste trabalho se trata de um inversor. Os inversores com topologia sem transformadores podem ser classificados de acordo com o número de estágios, podendo ser de duplo estágio ou estágio único. Para os conversores de duplo estágio, um inversor do tipo ponte completa pode ser empregado no segundo estágio, com o objetivo de reduzir custos e perdas no chaveamento, porém esta topologia tem uma desvantagem devido ao fato dos interruptores superiores e inferiores de cada braço da ponte não poderem conduzir simultaneamente, o que causaria danos aos interruptores. Para evitar esse problema de condução contínua, são adicionados intervalos de tempo nos sinais de comando das chaves interruptoras, denominado tempo morto, que provoca distorções nas formas de onda de corrente. A topologia original do tipo fonte Z utiliza uma única rede de impedância formada por um circuito com indutores e capacitores para criar um novo estado operacional denominado “shoot-through” existente no estado zero, sendo usado para realizar a elevação de tensão de saída desejada, sem tempo morto e sem causar danos aos interruptores. Na estratégia de rede de impedância o controle deve ser unificado em uma única estrutura, reduzindo os custos. Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um micro-inversor, com topologia de rede de impedância, de baixo custo, aplicado em sistemas fotovoltaicos de baixa potência, bem como a metodologia para projeto dos elementos do inversor. Tem como objetivo também o desenvolvimento da metodologia do sistema de controle MPPT, do inversor conectado à rede. Envolve também a análise de adequação às normas.

PALAVRAS-CHAVE: Conversores, Inversores, Rede de impedância, Energias renováveis, Sistemas Fotovoltaicos.

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MODELOS DE OTIMIZAÇÃO PARA PLANTIO E COLHEITA DE CANA-DE-AÇÚCAR E CANA-ENERGIA CONSIDERANDO-SE GRAUS-DIA

Gilmar Tolentino Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Antonio Roberto Balbo


RESUMO O foco deste trabalho é investigar modelos de otimização matemática para o planejamento do plantio e colheita de cana-de-açúcar e cana-energia, que maximizem, respectivamente, a produção de açúcar e etanol, bem como a produção de energia das usinas sucroenergéticas. Objetiva-se a maximização da produção da usina considerando-se a produtividade de sacarose das variedades plantadas de cana-de-açúcar e a produtividade de massa seca e fibra da cana-energia. Além destes fatores, será considerado o estudo dos graus-dia da região de plantio, visando o ápice de produtividade de sacarose da cana-de-açúcar, bem como a melhor produção de fibra para a cana-energia, respectivamente, no período da sua colheita. Para resolução destes modelos, serão investigados métodos determinísticos e heurísticos, tais como os métodos de pontos interiores, de programação inteira 0-1 e bio-inspirados, os quais serão implementados em linguagem de programação MatLab. Considera-se ainda para a resolução destes modelos, explorar o software CpLex inserido no Solver-Gams a fim de comparação de resultados. Espera-se que esta metodologia auxilie os gestores das indústrias sucroenergéticas nas tomadas de decisões otimizadas no manejo da cana-de-açúcar e da cana-energia visando obtenção de produção de açúcar e de energia renovável de forma econômica e sustentável. PALAVRAS-CHAVE: Otimização, massa seca, cana-de-açúcar, cana-energia, graus-dia,

etanol

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ESTUDO DOS EFEITOS DA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA SOBRE A CONFIABILIDADE DOS EQUIPAMENTOS MÉDICO-HOSPITALARES

José Rodrigo de Oliveira Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru



RESUMO

Nos dias atuais, com o avanço da medicina e principalmente da tecnologia, novos procedimentos de diagnósticos médicos e cirúrgicos, necessitam de equipamentos médico-hospitalares de última geração, desenvolvidos com avançadas tecnologias eletrônicas, principalmente com a utilização de microcontroladores e microprocessadores voltados para seu controle. Os equipamentos médico-hospitalares necessitam de registro junto a ANVISA – Agencia Nacional de Vigilância Sanitária, para que seja analisada a observância quanto a sua construção perante a normas regulamentadoras de vigência nacional e internacional. Por outro lado, a qualificação técnica do usuário frente a tecnologia é de vital importância sob o aspecto da segurança e confiabilidade dos resultados, como também os profissionais responsáveis por sua guarda, conservação e manutenção. A qualidade da energia elétrica em um ambiente hospitalar possui, também, um fator de grande importância para o sucesso do emprego das recentes tecnologias eletromédicas, a favor da segurança e confiabilidade dos dados obtidos, garantindo o melhor aproveitamento dos recursos a favor dos pacientes. O estudo sobre a qualidade de energia elétrica tem se desenvolvido em função de como os equipamentos podem ser sensíveis a possíveis perturbações elétricas que podem ocorrer na amplitude da tensão ou corrente e também na frequência do sinal. Nesse sentido, este trabalho pretende analisar, em laboratório, os efeitos da qualidade de energia elétrica em relação à confiabilidade operacional dos equipamentos médico-hospitalares, visto que a partir da análise desse fenômeno em laboratório pode-se inferir sobre o comportamento dos equipamentos em condições reais de operação nas instalações dos ambientes hospitalares.

PALAVRAS-CHAVE: Qualidade da Energia Elétrica, Equipamentos Médico-hospitalares, Instalações Elétricas Hospitalares.

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MÉTODOS HÍBRIDOS DE PONTOS INTERIORES/EXTERIORES E DE APROXIMANTES DE FUNÇÃO EM PROBLEMAS MULTIOBJETIVO DE

DESPACHO ECONÔMICO E AMBIENTAL COM RESTRIÇÕES DE SEGURANÇA E REPRESENTAÇÃO DAS PERDAS E DA TRANSMISSÃO

Mariana Rodrigues Barbosa dos Santos Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru



RESUMO O presente trabalho propõe uma metodologia envolvendo o método primal dual previsor

corretor de pontos interiores/exteriores, restrições canalizadas progressivas e o método de suavização arco tangente que será aplicada à resolução do problema multiobjetivo de despacho econômico e ambiental, com inserção de pontos de carregamento de válvula e representação das perdas e da transmissão com restrições de segurança que é um problema da área de Engenharia Elétrica. Os dois objetivos a serem minimizados, custo de geração e emissão de poluentes, são conflitantes, sendo assim, serão desenvolvidos os métodos de resolução de problemas multiobjetivo, a saber, soma ponderada, e - restrito, restrições canalizadas progressivas e goal programming e serão aplicados à resolução do problema multiobjetivo considerado. Como na função custo de geração são considerados os efeitos de ponto de carregamento de válvula, esta se torna não diferenciável em decorrência da inclusão de termos modulares, logo é fundamental que tais termos sejam suavizados, assim métodos de suavização de funções serão estudados e aplicados à resolução do problema em destaque. Neste trabalho um método determinístico será implementado em linguagem Matlab e após a implementação computacional, o método proposto será aplicado para resolução desse problema e os resultados serão comparados com os disponíveis na literatura. Ainda pretende-se investigar a possibilidade de se formular e implementar um problema multiobjetivo, considerando-se 3 funções objetivos: a função despacho econômico, a função despacho ambiental e a função de representação de perdas, com a inclusão de restrições de segurança e da representação na transmissão.

PALAVRAS-CHAVE: Método de Pontos Interiores/Exteriores, Suavização de Funções, Multiobjetivo, Despacho Econômico/Ambiental.

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RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS MULTIOBJETIVO DE DESPACHO ECONÔMICO/AMBIENTAL EXPLORANDO MÉTODOS DE PROGRAMAÇÃO

POR METAS E DE PONTOS INTERIORES/EXTERIORES

Matheus Murback Angelo Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru



RESUMO Este projeto visa a investigação, proposição e implementação de uma metodologia determinística, envolvendo métodos de resolução de problemas multiobjetivos, métodos de suavização de funções e um método previsor-corretor primal-dual de pontos interiores/exteriores, visando a sua aplicação em problemas multiobjetivos de despacho econômico, com a inserção de pontos de válvula, e de despacho ambiental, de interesse em sistemas de energia elétrica. Para a proposta desta abordagem determinística, pretende-se desenvolver uma metodologia que explora os métodos de pontos interiores/exteriores, os métodos de suavização hiperbólica e arco-tangente e os métodos de solução de problemas multiobjectivo, de restrições progressivas canalizadas e de programação por metas. Esta metodologia será implementada em linguagem de programação MatLab e utilizada para determinar soluções eficientes, no sentido de Pareto ótimas, para os problemas multiobjetivo de despacho econômico/ambiental. Estes, visam a minimização dos custos dos combustíveis empregados na geração termoelétrica de energia e/ou a minimização da emissão de poluentes na natureza, os quais são objetivos conflitantes, de tal forma a atender as restrições operacionais do sistema de geração, considerando também a restrição de representação da transmissão do sistema. Após a implementação computacional, serão realizados testes computacionais em problemas de despacho econômico/ambiental para avaliação da eficiência e do desempenho da metodologia proposta em comparação com os resultados obtidos por outros métodos, híbridos ou heurísticos. PALAVRAS-CHAVE: Otimização, Problema Multiobjetivo, Despacho Econômico e Ambiental, Pontos Interiores.

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MODELO DE AUTO-PRODUÇÃO DE COMPANHIAS GERADORAS PRICE-MAKERS DE MATRIZ HIDROTÉRMICA EM MERCADOS POOL DE ENERGIA

Tiago Gomes Cabana Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Leonardo Nepomuceno


RESUMO Desde o início da década de 90, a comercialização de energia elétrica no mundo tem ocorrido através de leilões nos mercados de eletricidade. Em mercados de energia do tipo pool, as companhias geradoras e os consumidores fornecem respectivamente, ofertas de venda e lances de compra, de blocos de potência e preço, enquanto que o Operador de Mercado, através do Procedimento de Equilíbrio de Mercado, define o preço de equilíbrio. Neste ambiente as companhias geradoras podem ser classificadas como price-maker, companhias que tem poder de influenciar o preço de equilíbrio de mercado, ou price-taker, companhias que não tem este poder. Ambos os tipos tem por objetivo a maximização de suas receitas líquidas. Para tanto é necessário a resolução de alguns problemas, sendo um deles o problema de Auto-Produção (AP), que consiste no cálculo da produção ótima de cada uma das usinas da companhia que maximiza seus lucros. Este trabalho apresenta um modelo de AP para companhias price-makers que possui matriz energética termelétrica e hidrelétrica, formulado através de programação linear inteiro mista. Este modelo utiliza como principal ferramenta a curva cota-preço, que apresenta a tendência do preço de equilíbrio de acordo com a cota da companhia aceita no mercado. Como resultado é apresentado uma ferramenta de análise econômica para companhias geradoras no mercado do dia seguinte. PALAVRAS-CHAVE: Mercados de Energia, Sistemas Hidrotérmicos, Modelo de Auto-Produção.

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Índice de Autores

A Adilson Preto de Godoi, 57 Alex de Sá Martins, 81 Amanda Suellen Caversan, 59 Andréa Camila dos Santos Martins, 55 Augusto C. Pereira, 77 Augusto M. S. Alonso, 83

B Bruno Aguilar da Cunha, 90 Bruno Albuquerque de Castro, 12

C Caio Cesar Policelli Amalfi, 14

D Dailhane Grabowski Bassinello, 2 Daisy P. Silva, 61 Daniel Zarpelão Porcel, 91 Daniella Gonzalez Tinois da Silva, 63 Danilo Caldas, 92 Danilo Ecidir Budoya, 16

E Elis Gonçalves, 51 Everaldo Silva de Freitas, 36

F Fábio I. Ferreira, 40 Felipe Aparecido Alexandre, 10 Felipe Augusto Ferreira de Almeida, 93 Felipe Leite Paes, 65 Fernando Deluno Garcia, 67

G Gabriela Fernanda Bregadioli, 45 Gilmar Tolentino, 94 Graciliano Antonio Damazo, 69 Guilherme Augusto Marabezzi Clerice, 42 Gustavo Chaves Tanaka, 71 Gustavo V. Santana, 88

H Heverton Bacca Sanches, 4

I Israel V. Ferreira, 38

J Jeferson André Bigheti, 18 Jéssica Antônio Delgado, 47 José Rodrigo de Oliveira, 95

L Leandro Melo Campeiro, 6 Letícia Maria Miquelin, 87 Lucas Farias de Menezes, 74 Luiz Carlos Marques Junior, 86

M Marco Akio Ikeshoji, 76 Marco Aurélio Rocha, 20 Mariana Rodrigues Barbosa dos Santos, 96 Marina Valença Alencar, 89 Matheus Murback Angelo, 97

N Nilton José Saggioro, 22

P Pedro de Oliveira Conceição Junior, 34

R Rafael F. Mariano, 24 Ranulfo Acir de Oliveira Resende, 8 Risomar de Andrade Alves Santos, 49 Rodolfo G. Machado, 26 Rodrigo Moura Juvenil Ayres, 53 Rogério Thomazella, 28

T Tiago Forti da Silva, 79 Tiago Gomes Cabana, 98

W Wallace Gabriel de Souza, 32 Wenderson Nascimento Lopes, 30

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Promoção, Apoio e Suporte Técnico

Promovido pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Faculdade de Engenharia – UNESP - Bauru

VII Seminário da Pós-graduação em Engenharia Elétrica · Conhecimento” Prof. Dr. Denizar...

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