Publications

This paper presents a direct power control (DPC) for three-phase matrix converters operating as unified power flow controllers (UPFCs). Matrix converters (MCs) allow the direct ac/ac power conversion without dc energy storage links; therefore, the MC-based UPFC (MC-UPFC) has reduced volume and cost, reduced capacitor power losses, together with higher reliability. Theoretical principles of direct power control (DPC) based on sliding mode control techniques are established for an MC-UPFC dynamic model including the input filter. As a result, line active and reactive power, together with ac supply reactive power, can be directly controlled by selecting an appropriate matrix converter switching state guaranteeing good steady-state and dynamic responses. Experimental results of DPC controllers for MC-UPFC show decoupled active and reactive power control, zero steady-state tracking error, and fast response times. Compared to an MC-UPFC using active and reactive power linear controllers based on a modified Venturini high-frequency PWM modulator, the experimental results of the advanced DPC-MC guarantee faster responses without overshoot and no steady-state error, presenting no cross-coupling in dynamic and steady-state responses.

N/A

N/A

N/A

Combining Mechanical Commutators and Semiconductors in Fast Changing Redundant Inverter Topologies Armando Cordeiro, João Palma, José Maia, Maria Resende Abstract – This paper presents some solutions for fast changing and “soft” commutation between main and redundant branches in fault-tolerant inverter topologies through the combination of mechanical commutators and semiconductors. The present study deals with redundant two-level three-phase voltage-source inverters. Experimental results confirm the validity of the proposed solutions.

N/A

N/A

The paper presents an assessment to the contribution of a telematic Early Warning System (EWS) for reducing the risk of human fatalities due to dam floods. The telematic system consists of a supervisory control post with wireless connection to an array of remote warning units, and involves automation, data communication, acoustic and power supply equipment. The study combines both the modelling of the societal risk associated to flood scenarios and the analysis of functional safety of the telematic system. Both equipment dependability and human factors need to be taken into account in the safety assessment. Besides the calculation of societal risks the proposed modelling helps revealing weak points to consider in the design phase, or to care regularly, as well as the relative importance of different actors and resources involved. A case study shows quantitatively the magnitude of the benefits of a hypothetical telematic EWS in a lightly populated dam valley facing a high severity and a medium severity scenarios, for typical human action parameters.

N/A

A mitigação de danos em edifícios submetidos a acções sísmicas, tem vindo a ser alvo de importantes contribuições provenientes de diferentes áreas do conhecimento visando uma melhoria de eficiência das construções. Uma das vias em desenvolvimento passa pela utilização de sistemas de absorção de vibrações O presente artigo descreve um sistema de simulação do comportamento dinâmico de edifícios com frequências naturais entre 0,7 e 2,9 Hz destinado à realização de ensaios experimentais de validação de modelos teóricos e de avaliação do desempenho de sistemas de absorção de vibrações. Apresentam-se os resultados de ensaios experimentais realizados aos elementos elásticos do sistema e à totalidade do sistema com vista à sua caracterização e validação experimental.

A observação do estado estrutural das grandes obras, e em particular das pontes, é imprescindível para detectar eventuais anomalias que possam vir a ocorrer ao longo do tempo de utilização da estrutura e colocar em risco a segurança das pessoas e da própria estrutura. O conhecimento atempado de um comportamento anómalo da estrutura poderá ser usado para desencadear um conjunto de medidas correctivas de forma a minimizar os seus efeitos. O plano de observação de uma ponte contempla a medição de um vasto conjunto de grandezas onde se incluem, naturalmente, os deslocamentos verticais e transversais do tabuleiro da ponte. No entanto, a medição destas grandezas em pontes suspensas coloca dificuldades de realização que geralmente não se encontram noutros tipos de aplicações. O tipo de instrumentação a usar assim como as técnicas de medição a empregar, regra geral, não são adequadas para este tipo de aplicações. Isto porque, por um lado, os deslocamentos podem ter grande amplitude (superior a 1 m), e por outro lado, porque o acesso a algumas partes da estrutura é tarefa difícil, senão impossível. Além disso, há a acrescentar o facto dos transdutores de deslocamento de uso corrente necessitarem de um ponto fixo que, regra geral, não existe nas proximidades do ponto da estrutura que se pretende observar. Procurando dar resposta a estes problemas, o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), em colaboração com o Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC) da Universidade de Coimbra, tem vindo a desenvolver um sistema de medição de deslocamentos por meio de dispositivos ópticos, sem contacto directo, e com recurso a técnicas de processamento de imagem. As funcionalidades deste sistema permitem medir a evolução dinâmica do tabuleiro de pontes suspensas e atirantadas, sendo possível medir deslocamentos verticais e transversais com amplitude da ordem de alguns metros, incerteza inferior a 10 mm e com uma frequência de aquisição superior a 20 Hz. A comunicação contempla a descrição genérica do sistema de medição em desenvolvimento, fazendo referência a soluções que permitiram ultrapassar algumas das limitações conhecidas noutros sistemas de medição deste tipo.

N/A

N/A

Este estudo teve como objetivo analisar as condições de ventilação da instalação do compressor de ar da Atlas Copco Airlet LE11, responsável pelo fornecimento de ar comprimido aos laboratórios localizados no Pavilhão de Macau no LNEC. A análise baseou-se no levantamento de dados e informação disponíveis bem como nas visitas efetuadas ao local onde o compressor está instalado. A partir dos dados e informações obtidos foram feitos cálculos de verificação das áreas das grelhas existentes e elaborada uma proposta de melhoria da ventilação da sala do compressor, que passa por um aumento das áreas das grelhas de admissão e de exaustão, tendo em consideração as áreas mínimas recomendadas pelos fabricantes deste tipo de compressores de ar. A ação combinada do efeito de chaminé com o efeito do vento mais favorável permitiu obter o valor do caudal total de ventilação muito próximo do caudal de ventilação recomendado pelo fabricante.

Este estudo teve como objetivo analisar as condições de funcionamento da torre de arrefecimento instalada na cobertura do Departamento de Estruturas do LNEC e propor medidas de melhoria de eficiência e de racionalização do consumo de água. A monitorização da torre de arrefecimento é essencial para avaliar o seu estado de conservação, o seu desempenho e o potencial de redução de custos de funcionamento que este tipo de instalações acarreta. A análise baseou-se no levantamento de dados e informação disponíveis bem como nas visitas efetuadas às instalações. O referido estudo incidiu sobre a avaliação da possibilidade de aumentar a eficiência da torre de arrefecimento, através da integração de outro equipamento ao circuito de arrefecimento existente. Com esta integração, espera-se atingir uma poupança significativa no consumo de água no laboratório. A partir das relações encontradas foi elaborada uma proposta de melhoria, que passa por operar a torre de arrefecimento com um valor de caudal de água superior, aproveitando ao máximo as capacidades de arrefecimento da instalação. A implementação desta medida poderá ter um custo de 1097,78

É apresentada uma proposta de substituição do permutador de calor de uma unidade energética óleo-hidráulica, que abastece duas prensas hidráulicas de ensaio de materiais do Núcleo de Comportamento de Estruturas do Departamento de Estruturas. A implementação desta medida poderá reduzir o consumo de água no laboratório em cerca de 1,5 m3/h a 4 m3/h, dependendo das condições de funcionamento. O custo de aquisição do permutador de calor proposto será de cerca de 1416

O presente relatório apresenta o Parecer sobre a Segurança do Túnel do Marão, com a respetiva fundamentação, no âmbito do Decreto-Lei n.º 75/2006, de 27 de março [2], com a redação que lhe foi conferida pelo Decreto-Lei n.º 75/2014, de 13 de maio [3], que estabelece os requisitos mínimos de segurança para os túneis da rede rodoviária transeuropeia e da rede rodoviária nacional. Este parecer resultou das atividades desenvolvidas pela equipa do LNEC que acompanhou a colocação em funcionamento dos equipamentos de segurança e a realização dos ensaios finais. Resulta da concretização de um conjunto de condições e recomendações que a equipa do LNEC, através de documentos e verbalmente, foi transmitindo à IP nesse período que precedeu a entrada em funcionamento do túnel.

O presente relatório sintetiza a atividade da assessoria prestada pela equipa do LNEC à IP durante a fase de instalação dos equipamentos e sistemas de segurança ativa do túnel rodoviário do Marão. Este trabalho insere-se no âmbito da assessoria do LNEC à IP - INFRAESTRUTURAS DE PORTUGAL, S.A. para a conclusão deste empreendimento. Nele se incluem em anexo os pareceres e outros documentos que foram elaborados pela equipa do LNEC no decurso desta fase.

Sensor Networks are widespread across a large spectrum of applications. Some are even deployed in critical infrastructures, as the case of Structure Health Monitoring networks. However the sensors, due to its nature and to the harsh environmental conditions that they withstand, are subject to faults that may compromise the information quality that is indispensable for an effective safety control. In this report we present an Innovations Approach to Fault Detection in Sensor Networks case study. We study the possible application of the model based innovations approach to fault detection in sensor networks in a SHM context. This report gives a brief introduction to the model-based Fault Detection and Isolation (FDI) and a concise review of its state of the art. Next we introduce a data based FDI approach in the context of sensor validation. Given the necessary background we describe the method for sensor fault detection used in the case study. We then present the obtained results and final considerations.

As redes de sensores têm um largo espectro de aplicações, algumas das quais dizem respeito a estruturas críticas, como é o caso das redes de monitorização estrutural em engenharia civil. Contudo, os sensores, devido à sua natureza e às condições ambientais em que operam, estão sujeitos a falhas que, em ultima instância, podem comprometer a qualidade da informação indispensável para um controlo de segurança efetivo. Neste relatório é apresentada uma perspetiva sobre o desenvolvimento de estratégias de detecção automática de falhas e é feita uma descrição do estado da arte na aplicação de técnicas de aprendizagem estatística ao problema da validação de sensores.

É apresentado um sistema de interface e de aquisição de dados para uma prensa de compressão e flexão do Núcleo de Betões, Pedra e Cerâmicos (NBPC) do Departamento de Materiais (DM). O sistema desenvolvido teve como objetivo suprimir algum equipamento afeto aos transdutores de deslocamento dos provetes (defórmetros), que entretanto ficou obsoleto, e centralizar num único computador a aquisição de dados e a interface com todos os transdutores afetos aos ensaios experimentais para determinação de cargas de rotura e de módulos de elasticidade em provetes de betão e argamassa. Como resultado final, o novo sistema de interface e aquisição instalado permitiu melhorar e agilizar os ensaios realizados com a prensa de compressão e flexão.

Os laboratórios de ensaios hidráulicos com modelos físicos necessitam de diversos tipos de recursos infraestruturais para assegurar o abastecimento de água aos modelos em ensaio, medindo caudais e níveis, controlando grupos bombagem e ajustando válvulas de regulação. A automação destes recursos pretende melhorar o seu desempenho, possibilitar a utilização simultânea de vários modelos, minimizando interferências, para além de facilitar a gestão da operação por parte dos utilizadores. Para além das funções de automação propriamente ditas, a supervisão em computador proporciona meios avançados de interface humano-máquina, arquivo de dados, diagnóstico de falhas e gestão de alarmes. O maior problema para conseguir realizar a automação e a supervisão de tais sistemas decorre frequentemente da diversidade de equipamentos existentes, de diferentes tecnologias e sem compatibilidade inerente, apresentando muitas dificuldades de integração sistémica. Na aplicação aqui descrita exploraram-se soluções para automatizar o sistema de abastecimento de água aos modelos físicos de hidráulica de estruturas do Núcleo de Recursos Hídricos e Estruturas Hidráulicas do Departamento de Hidráulica e Ambiente. A infra-estrutura de automação e supervisão foi concebida por forma a integrar grupos de bombagem com variadores electrónicos de velocidade, válvulas motorizadas, medidores de nível e de caudal, aglutinando ainda um subsistema de controlo de nível já existente, mas mais restrito, e proporcionando um recurso central de supervisão a partir de um computador.

Com o objetivo modernizar os recursos para realização de atividade experimental em hidráulica de estruturas, foi desenvolvido um programa que permite efetuar a supervisão central e remota do equipamento de bombagem e de caudalimetria necessário à realização de ensaios experimentais na nave do Núcleo de Recursos Hídricos e Estruturas Hidráulicas (NRE) do Departamento de Hidráulica e Ambiente (DHA). O programa elaborado, que se integra num sistema de automação anteriormente desenvolvido para este ambiente laboratorial, disponibiliza uma interface humano-máquina com aquele sistema através de ecrãs sinópticos, gere a comunicação através de diferentes redes de dados, realiza a gestão de alarmes e permite ainda fazer a aquisição automática de dados de algumas grandezas físicas relevantes para os ensaios em modelo físico. O programa centraliza num único local, a Central de Supervisão, o comando e a monitorização de dois sistemas fisicamente distintos: o sistema de bombagem e o sistema de distribuição de água para abastecimento dos modelos físicos em ensaio.

A ciência e a tecnologia estão na base da realização de grandes empreendimentos, mas trazem muitas vezes riscos tecnológicos para os indivíduos ou o ambiente. Por outro lado, é inevitável que se recorra à própria ciência e à tecnologia para antecipar, prevenir e mitigar as consequências do seu impacto na sociedade e no ambiente. O presente programa de investigação é dirigido para o estudo da utilização de sistemas automáticos com vista à redução de risco (segurança funcional), bem como de sistemas de aviso e de planos de mobilização de pessoas e de recursos para a mitigação de riscos em cenários consumados. Os alvos de estudo circunscrevem-se essencialmente a certos empreendimentos de engenharia civil, nomeadamente: edifícios importantes, túneis rodoviários e barragens; mas, nos estudos referentes a sistemas de aviso e planos de emergência, estendem-se ainda a outros contextos e a fenómenos de origem natural. Após a alusão a alguns factos históricos e dados estatísticos sobre acidentes tecnológicos e à evolução das abordagens à segurança, são identificadas as perspetivas de investigação e de aplicação da segurança funcional no contexto do LNEC. Seguidamente são apresentados os fundamentos da segurança funcional, é empreendida uma revisão do estado da arte das suas principais ferramentas de análise e de síntese, nomeadamente, a análise sistémica da fiabilidade, os processos de Markov, a simulação estocástica, o fator humano e a problemática do risco. São propostos três planos de estudos de investigação, a saber: (i) desenvolvimento e avaliação de soluções de segurança funcional para edifícios; (ii) métodos e critérios de segurança funcional para túneis rodoviários; (iii) desenvolvimento de bases para a avaliação da confiabilidade de planos de emergência e de sistemas de aviso de catástrofes. Finalmente apresenta-se um programa de formação pós-graduada onde são propostos planos de teses de doutoramento e de dissertações de mestrado relacionados com os planos de estudo anteriormente apresentados.