Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
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- Algoritmo de posicionamento e backtracking para seguidor solarPublication . Nascimento, Bruno André Marques; Albuquerque, Daniel Filipe; Lima, Miguel Francisco Martins deNesta dissertação foi implementado um algoritmo de posicionamento solar e desenvolvido um algoritmo de backtracking num autómato programável (PLC) para o controlo de seguidores solares de um eixo da empresa Martifer Solar. Optou-se por implementar o algoritmo de posicionamento solar SPA devido à elevada precisão nos resultados apresentados. Para além disso foi desenvolvido um algoritmo de backtracking com o objetivo de evitar as sombras resultantes da posição dos painéis vizinhos. Este fenómeno acontece devido à evolução diária do Sol, sendo que o ângulo de incidência solar é baixo para o nascer e pôr do Sol. O algoritmo de backtracking permite maximizar o ângulo de incidência solar sem produzir sombra nos painéis vizinhos, bem como a funcionalidade de adaptar os seguidores solares a terrenos inclinados. Em relação aos resultados obtidos, o algoritmo SPA foi comparado com um outro algoritmo de posicionamento solar com o objetivo de analisar as diferenças entre ambos os algoritmos e realçar que o algoritmo SPA é mais preciso. No entanto para o ângulo de inclinação dos painéis obteve-se um erro absoluto máximo de 1º e no algoritmo de backtracking obteve-se um erro absoluto máximo de 4º. De notar que o erro é elevado na transição do algoritmo SPA para o algoritmo de backtracking, devido à inversão do sentido de rotação dos motores dos seguidores solares nessa transição.
- Análise e controlo de sistemas de aquecimento residenciaisPublication . Santos, João Baptista dos; Costa, Paulo Moisés Almeida daA presente dissertação procura contribuir para a divulgação e melhor integração do conceito de microcogeração (μCHP) nos sistemas de aquecimento central residenciais O trabalho começa com a exposição das principais motivações e dos objetivos que se pretendem alcançar. De seguida, são apresentados conceitos relativos ao aquecimento central residencial e às tecnologias mais promissoras da uCHP. A contribuição mais importante deste trabalho consiste na definição de um modelo que permite simular o comportamento de uma unidade de μCHP quando aplicada com o objetivo de satisfazer as necessidades térmicas típicas de uma habitação. Este modelo permite efetuar simulações considerando que a unidade de μCHP satisfaz as necessidades de energia térmica de forma direta (produção térmica feita no momento do consumo) ou indireta, utilizando um depósito de armazenamento térmico (produção térmica não é necessariamente feita no momento do consumo). A modelização desenvolvida é aplicada a casos de estudo realistas, baseados numa unidade de μCHP específica aplicada numa habitação localizada em Viseu e com consumos de energia térmica bem definidos. Os resultados obtidos permitem retirar conclusões interessantes sobre o comportamento elétrico e térmico da unidade μCHP utilizada. Adicionalmente, os resultados permitem inferir conclusões sobre a influência que a utilização de depósitos de armazenamento de energia térmica e a otimização do funcionamento da unidade de μCHP podem produzir.
- Analysis of Transmission System Adequacy Considering the Constrained Fuzzy Power FlowPublication . Gouveia, Eduardo Miguel; Costa, Paulo Moisés; Sagredo, JesúsPower flow calculations are one of the most important tools for power system planning and operation. The need to account for uncertainties when performing power flow studies led, among others methods, to the development of the fuzzy power flow (FPF). This kind of models is especially interesting when a scarcity of information exists, which is a common situation in liberalized power systems (where generation and commercialization of electricity are market activities). In this framework, the symmetric/constrained fuzzy power flow (SFPF/CFPF) was proposed in order to avoid some of the problems of the original FPF model. The SFPF/CFPF models are suitable to quantify the adequacy of transmission network to satisfy “reasonable demands for the transmission of electricity” as defined, for instance, in the European Directive 2009/72/EC. In this work it is illustrated how the SFPF/CFPF may be used to evaluate the impact on the adequacy of a transmission system originated by specific investments on new network elements
- Aplicação Android para sistema de DomóticaPublication . Monteiro, Pedro José Santos; Tomé, Paulo Rogério Perfeito; Albuquerque, Daniel FilipeO Homem sempre procurou abrigo e proteção em cavernas que posteriormente se converteriam nas habitações atuais. Já nesse período de evolução, o Homem aprimorava as suas construções tendo em conta as suas necessidades. Com a evolução tecnológica ao nível dos materiais de construção, redes de comunicação entre outras, o Homem deu origem aos conhecidos “edifícios inteligentes”, iniciando-se o processo de mudança do paradigma de habitação. A habitação perdeu a função de local de refúgio ou descanso para se transformar num local de lazer, bem-estar e repouso. Para acompanhar esta mudança de paradigma nasceu a Domótica permitindo transformar uma simples habitação numa habitação inteligente, através de sistemas de automação residencial. Os sistemas de domótica possibilitam o controlo dos diversos elementos presentes numa habitação moderna, como por exemplo a iluminação, para além de permitir ao utilizador a configuração de macros ou tarefas. A evolução das tecnologias de comunicação, nomeadamente o aparecimento do smartphones e os tablets, possibilitou à domótica atingir um novo grau de flexibilidade até aqui inexistente. Este novo grau é possível uma vez que estes novos aparelhos têm a capacidade de executar o mesmo controlo e gestão através de aplicações, que era até então, efetuado pelos softwares computorizados, fornecidos na aquisição dos sistemas de domótica. Esta dissertação propõe o desenvolvimento dum sistema de domótica, cuja arquitetura se divide em componente física e lógica. Relativamente à componente física, esta assenta em uma arquitetura distribuída, isto é, possui mais que uma consola de comando que comunicam entre si. No que diz respeito à componente lógica, esta assenta em uma aplicação para plataformas móveis (AndroidTM) que irá permitir o controlo e a gestão de toda o elemento físico do sistema de domótica. A arquitetura do sistema provou ser flexível, pois a componente lógica (aplicação) consegue controlar e gerir o elemento físico. Quanto à aplicação, uma vez que utiliza Android que, tratando-se de uma plataforma com variadíssimas opções ao nível de desenvolvimento gráfico, permitiu a criação de interfaces simples e intuitivos para o utilizador. No que diz respeito à gestão do sistema, o utilizador poderá interagir com operações mais simples como a alteração de designações ou ícones, e opções mais complexas como a configuração de macros, onde é possível efetuar uma série de operações em cadeia.
- Application-Driven design to extend WSN lifetimePublication . Marques, Bruno; Ricardo, Manuelhe lifetime of a WSN depends on the energy of the nodes. As soon as nodes run out of energy, they get disconnected from the WSN. This paper proposes an Application Driven solution that increases the WSN lifetime by limiting the routing and forwarding functions of the network mainly to nodes running the same applications. The solution is evaluated against AODV, and the results obtained show gains of about 30%
- Application-Driven Wireless Sensor NetworksPublication . Marques, Bruno; Ricardo, ManuelThe growth of wireless networks has resulted in part from requirements for connecting people and advances in radio technologies. Recently there has been an increasing trend towards enabling the Internet-of-Things (IoT). Thousands of tiny devices interacting with their environments are being inter-networked and made accessible through the Internet. For that purpose, several communications protocols have been defined making use of the IEEE 802.15.4 Physical and MAC layers. The 6LoWPAN Network Layer adaptation protocol is an example which bridges the gap between low power devices and the IP world. Since its release, the design of routing protocols became increasingly important and the IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL) emerged as the IETF proposed standard protocol for IPv6-based multi-hop Wireless Sensor Networks (WSN). This thesis considers that the sensor nodes form a large IPv6 network making use of above technologies and protocols, and that the sensor nodes are enabled to run one or more applications. It is also assumed that the applications and the sensor nodes to which they are associated, are not always active, alternating between active and inactive states. The thesis aims to design a new energy efficient communications solution for WSN by exploring the hypothesis that the network is aware of the traffic generated by the applications running in the sensor nodes. Therefore, the thesis provides two major contributions: 1) a cross-layer mechanism using application layer and network layer information to constrainRPL-defined routing trees (RPL-BMARQ); 2) an Application-Driven WSN node synchronization mechanism for RPL-BMARQ. RPL-BMARQ is designed as an extension to the RPLrouting protocol using information shared by the application and routing layers to construct Directed Acyclic Graphs (DAGs), allowing the nodes to select parents with respect to the applications they run. By jointly considering the neighbors of each node, the applications each node runs, and the forwarding capabilities of a node, we provide a communications solution which enables the data of every application and sensor node to be transferred, while keeping the overall energy consumed low by reducing the time the nodes are active and reducing the total number of multicast packets exchanged. Therefore, RPL-BMARQ helps reducing the network energy consumption since it restricts radio communication activities while maintaining throughput fairness and packet reception ratio high. The mechanism was evaluated using four scenarios with different network topologies and compared against "standard RPL". The results obtained show that the mechanism enables lower energy consumption since the nodes are more often put a sleep, reducing the total number of packets exchanged, while maintaining fairness and query success rates high. The Application-Driven WSN node synchronization mechanism for RPL-BMARQ was designed to maintain the sensor nodes synchronized according to the duty cycle of the applications they run. The mechanism jointly uses cross-layer information and the Exponentially Weighted Moving Average (EWMA) technique for calculating in run-time average network delays which are used to control the time the sensor nodes would sleep in the next cycle in order to wake up just before the next activity period starts. This mechanism enables all the sensor nodes to go asleep and to wake up in synchronism. The mechanism was theoretically evaluated and simulated, and the results obtained show that the synchronization mechanism works as previewed. The results also showed that, when designing WSN applications with this mechanism, the nodes not involved in communications are kept sleeping as much as possible, waking up when necessary and in synchronism. In order to confirm the validity of the mechanisms designed, we also tested them in real environments where the results were confirmed.
- Architecture of Information System for Monitoring of Photovoltaic PlantsPublication . Pereira, António; Tomé, Paulo; Costa, Paulo Moisés; Pascoal, JoséThe monitoring and supervision systems are crucial to the operation of photovoltaic plants (PV), allowing the gathering of data about its operation. This data, after proper processing, allow to obtain performance indicators, the establishment of comparisons, the identification of behavior trends, the detection and location of malfunctions in equipment / systems and the definition of optimized maintenance plans. The most obvious consequence of the use of monitoring and supervision systems is the improvement of the technical and economical performance of PV plants. This article presents an architecture of a system able to provide information about the operation of a PV plant, regardless of its size, in a mobile device. The proposed architecture includes important aspects concerning the design of information systems, namely concerning the system flexibility and security.
- Armazenamento de energia e uso de supercondensadores em sistema de mobilidade eléctricaPublication . Rodrigues, José António Costa; Delgado, Joaquim Duarte BarrocaTendo em conta a natureza finita das fontes de energia fóssil, o seu nocivo contributo para as alterações climáticas e o período de crescente escassez em que estamos a entrar, esta dissertação apresenta as energias renováveis e a mobilidade eléctrica como parte da solução para uma nova era energética. Ela inicia-se com uma secção sobre o panorama energético actual e os contributos dados pelas descobertas decorrentes da primeira e segunda revolução industrial. Analisam-se depois a evolução do veículo eléctrico, e das suas diferentes arquitecturas bem como dos sistemas de armazenamento de energia e infra-estruturas e metodologias de carga. No capítulo seguinte são apresentadas tecnologias de armazenamento de pequena e larga escala já existentes e em fase de desenvolvimento, destas últimas são exploradas as mais promissoras que melhor poderão ajudar na integração das energias renováveis e da mobilidade eléctrica no sistema energético e no cotidiano da civilização. No final é projectada e simulada uma bateria constituída por supercondensadores cuja função é substituir a bateria de um pequeno veículo eléctrico. Neste projecto foram evidenciadas as características desta alternativa e foram comprovadas as vantagens e as desvantagens deste tipo de armazenamento de energia.
- Assessing the contribution of microgrids to the reliability of distribution networksPublication . Costa, Paulo Moisés; Matos, Manuel A.The emergence of microgeneration has recently lead to the concept of microgrid, a network of LV consumers and producers able to export electric energy in some circumstances and also to work in an isolated way in emergency situations. Research on the organization of microgrids, control devices, functionalities and other technical aspects is presently being carried out, in order to establish a consistent technical framework to support the concept. The successful development of the microgrid concept implies the definition of a suitable regulation for its integration on distribution systems. In order to define such a regulation, the identification of costs and benefits that microgrids may bring is a crucial task. Actually, this is the basis for a discussion about the way global costs could be divided among the different agents that benefit from the development of microgrids. Among other aspects, the effect of microgrids on the reliability of the distribution network has been pointed out as an important advantage, due to the ability of isolated operation in emergency situations. This paper identifies the situations where the existence of a microgrid may reduce the interruption rate and duration and thus improve the reliability indices of the distribution network. The relevant expressions necessary to quantify the reliability are presented. An illustrative example is included, where the global influence of the microgrid in the reliability is commented.
- Automatização de um processo industrial. Aplicação a um caso: Colocação de escorredor em embalagem de esfregões saponificadosPublication . Rodrigues, Egon Santos; Lima, Miguel Francisco Martins deA automação é responsável pela automatização de processos maioritariamente manuais. Estes processos são predominantemente repetitivos, com cadência, por vezes, elevada, levando à exaustão de qualquer ser humano. O presente trabalho teve por objetivo criar uma solução industrial automatizada capaz de executar a aplicação de escorredor em estojo de esfregões saponificados. Esta tarefa era, anteriormente, executada de forma manual. Trata-se de uma solução desenvolvida à medida, completamente de raiz, única no mercado, integrada na máquina existente, com automação própria. Como resultado final, obteve-se um só equipamento integrado, responsável pela tarefa de abrir o estojo, colar as abas, tampas e inserir o escorredor de forma automática; de forma manual, são inseridos apenas os esfregões. Para além da explicação do processo de desenvolvimento até chegar à solução, a dissertação apresenta as fases da construção mecânica e implementação de atuadores e respetivo comando para se atingir os objetivos pretendidos. Assim, a presente dissertação aborda as etapas necessárias na integração de dois equipamentos industriais, provenientes de diferentes fornecedores, em que o existente está em laboração continua. Por fim, o estudo descreve o processo de arranque e otimização em ambiente industrial, bem como a formação e interação das equipas de operação e manutenção com o novo equipamento.