Modeling and predictive control with defocusing in thermosolar systems

Tese (dissertação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2023.Uma das fontes renováveis de energia com maior potencial é a irradiação solar, que fornece uma quantidade significativa de energia à superfície da Terra. Devido à baixa densidade associados a esta fonte de energia, a sua exploração envolve a utilização de concentradores da irradiância solar, associados em série e paralelo, formando campos de coletores solares qu aquecem um fluido de trabalho. Devido ao ciclo diário de variação da intensidade da irradiância solar, estas plantas são dimensionadas de forma a captar múltiplas vezes a energia demandada, o que comumente gera situações de superaquecimento, que devem ser evitadas. Para evitar este superaquecimento, é possível reduzir o nível de concentração da energia solar nos coletores, em um processo denominado desfoque. Este desfoque geralmente não é incorporado no sistema de controle da planta, o que pode reduzir a eficiência global do processo tendo em vista que sistemas de segurança tendem a ser conservadores. Existem poucos trabalhos na literatura que exploram a incorporação do desfoque ativamente no controle do campo solar, sendo que os trabalhos existentes não contemplam como implementar este desfoque em coletores do tipo Fresnel. Este trabalho se dedica a começar a preencher esta lacuna na literatura, fornecendo propostas de estruturas de controle de campos solares com coletores Fresnel que incorporam o desfoque como variável manipulada, e também analisando os impactos da introdução desta atuação nas incertezas dos modelos utilizados no controle. Para este fim, foram consideradas técnicas avançadas de controle, como o Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC) que é muito utilizado em pesquisas visando aumentar a viabilidade deste tipo de processo. Este trabalho visa estudar técnicas de controle preditivo em sistemas termossolares com coletores fresnel, em especial MPC híbrido e não linear. Estes controladores são utilizados em problemas que envolvem todo o processo de geração de energia e as interações entre seus componentes, além de considerar o desfoque dos coletores utilizados para captar energia solar. As propostas de controladores apresentadas são desenvolvidas objetivando um custo computacional que permita a implementação em processos reais, além de promover melhoras em indicadores de produtividade do processo. Esta tese está dividida em sete capítulos, sendo estes: Uma introdução à motivação desta tese, bem como apresentação dos objetivos do trabalho; Uma revisão de aspectos relevantes da literatura pertentes aos estudos realizados nesta tese, como modelagem de plantas termossolares, Controle Preditivo Baseado em Modelo, modelos óticos de coletores fresnel e inteligência artificial; O primeiro capítulo de contribuições, contendo um estudo comparativo entre duas propostas de controladores já existentes na literatura com uma nova proposta de controlador, que incorpora aspectos das duas anteriores. Os controladores são avaliados em simulações de casos de operação do campo solar, onde se notou que cada uma das três propostas de controle é capaz de controlar o processo estudado não havendo uma proposta com desempenho claramente superior em todos os aspectos analisados; O segundo capítulo de contribuições, no qual é apresentada uma modelagem ótica simplificada de um coletor Fresnel, possibilitando a compreensão de como as características óticas deste tipo de coletor afetam o processo. Além disso, também é mostrado um estudo de possibilidades para o rastreamento do Sol neste tipo de coletor, avaliando os possíveis ganhos que a manipulação individual de cada espelho do coletor pode trazer para o processo. O modelo ótico foi validado com dados de um software de referência e com dados do fabricante do coletor modelado, apresentando proximidade com os dados de referência. As estratégias de seguimento do Sol consideradas apresentaram desempenho muito similar entre si, levando à conclusão de que a estratégia de implementação mais simples é a mais adequada. O terceiro capítulo de contribuições, onde mais uma proposta de controle preditivo que considera o desfoque como variável manipulada, mas desta vez utilizando um controlador preditivo baseado apenas em um modelo não-linear. Este controlador proposto foi comparado com um dos controladores já presentes na literatura e apresentou desempenho em geral superior, apesar de também ter custo computacional mais elevado. Neste capítulo também foram realizadas análises de sensibilidade na estratégia de desfoque proposta, de forma a compreender como incertezas na configuração do coletor poderiam impactar a capacidade do controle de implementar um certo valor de desfoque. Esta análise conclui que para que o controle utilizando desfoque em coletores fresnel possa ocorrer sem introduzir incertezas consideráveis no modelo, a posição angular dos espelhos deve apresentar valores de incerteza muito baixos; O quarto e último capítulo de contribuições apresenta uma nova proposta de cálculo do desfoque, agora utilizando inteligência artificial, e mais especificamente redes Neuro-Fuzzy, para realizar o cálculo do desfoque com maior velocidade e precisão. Após treinamento com dados obtidos de um software de referencia para modelagem ótica de coletores solares, a nova proposta se mostrou superior quando comparada com a abordagem baseada em otimização tanto na qualidade dos resultados quanto na velocidade de cálculo; No último capítulo desta tese, é apresentado um resumo dos resultados obtidos, bem como são apresentadas oportunidades para pesquisas futuras a partir dos trabalhos realizados.Abstract: One of the renewable energy sources with the greatest potential is solar irradiation, which provides a significant amount of energy. Due to the low density and high intermittency associated with this source, its exploitation involves the use of concentrators, which have conversion rates that can be considered low when compared to other energy sources. This low efficiency is reflected in the generation costs, and it has been observed that in all solar energy harvesting techniques, these are much higher than the costs possible with traditional solutions. In this context, the development of technologies to capture, store and use solar energy efficiently is crucial for the economic viability of these processes. Unlike more traditional energy sources, the source of solar energy cannot be manipulated directly, so the study of advanced control techniques such as Model Predictive Control (MPC) is interesting to increase the viability of this type of process. This work aims to study predictive control techniques in thermosolar systems with fresnel collectors, in particular hybrid and nonlinear MPC. These controllers are used in problems involving the entire power generation process and the interactions between its components, as well as considering the blur of the collectors used to capture solar energy. The controller proposals presented are developed aiming at a computational cost that allows implementation in real processes, besides promoting some improvement in process productivity indicators. A simplified optical modeling of a Fresnel collector is presented, allowing the understanding of how the optical characteristics of this type of collector affect the process. In addition, a study of possibilities for sun tracking on this type of collector is also shown, evaluating the possible gains that individual manipulation of each collector mirror can bring to the process. Predictive control proposals that consider how the proposed controller blur is implemented are also evaluated. Potential errors or uncertainties arising from the use of blur as a manipulated variable are investigated and, finally, an alternative way to implement the strategy is proposed, using neuro-fuzzy networks. The results show that the proposed predictive controllers are able to control the process avoiding overheating, but for this operation to occur without introducing considerable uncertainties in the controller, the angular position of the mirrors must present very low uncertainty values. The proposed alternative implementation with neuro-fuzzy proved to be superior when compared to the optimization-based approach

Transactional filesystems

Dissertação de Mestrado em Engenharia InformáticaThe task of implementing correct software is not trivial; mainly when facing the need for supporting concurrency. To overcome this difficulty, several researchers proposed the technique of providing the well known database transactional models as an abstraction for existing programming languages, allowing a software programmer to define groups of computations as transactions and benefit from the expectable semantics of the underlying transactional model. Prototypes for this programming model are nowadays made available by many research teams but are still far from perfection due to a considerable number of operational restrictions. Mostly, these restrictions derive from the limitations on the use of input-output functions inside a transaction. These functions are frequently irreversible which disables their compatibility with a transactional engine due to its impossibility to undo their effects in the event of aborting a transaction. However, there is a group of input-output operations that are potentially reversible and that can produce a valuable tool when provided within the transactional programming model explained above: the file system operations. A programming model that would involve in a transaction not only a set of memory operations but also a set of file operations, would allow the software programmer to define algorithms in a much flexible and simple way, reaching greater stability and consistency in each application. In this document we purpose to specify and allow the use of this type of operations inside a transactional programming model, as well as studying the advantages and disadvantages of this approach

INTERNACIONALIZAÇÃO NA UFSC: ANÁLISE DO PROGRAMA INGLÊS SEM FRONTEIRAS E DO CURSO EXTRACURRICULAR DE INGLÊS

O presente artigo tem como objetivo analisar o Programa Idiomas Sem Fronteiras - Inglês, oferecido pelo Ministério da Educação (MEC) na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e o Curso Extracurricular de Inglês, ofertado como projeto de extensão na mesma Universidade. A análise foi desenvolvida por meio de informações coletadas no site de inscrições dos Cursos Extracurriculares de Línguas Estrangeiras da UFSC e no site do Programa Idiomas sem Fronteiras - Inglês da UFSC. As referidas análises estão ancoradas nos conceitos de internacionalização fundamentados por Held, McGrew (1999); García-Canclini (2003); Bartell (2003); Morosoni (2006); Campos (2007); Gacel-Ávila (2008) e Stallivieri (2015). O estudo comprova que, mesmo com a adesão da UFSC ao Programa Idiomas sem Fronteiras - Inglês, houve um aumento nas matrículas do curso de Língua Inglesa oferecido nos Cursos Extracurriculares na UFSC

O contrabaixo como instrumento solista na segunda metade do século XIX em Lisboa: perspectiva histórica e analítica, edição crítica

A presente dissertação de estrutura tripartida tem como objetivo primordial dar a conhecer três obras para contrabaixo solista escritas em Lisboa na segunda metade do século XIX, através da análise musical destas composições e de uma Edição Crítica, acompanhada pelo respetivo enquadramento histórico. Estas três obras foram escritas pelos contrabaixistas/compositores João Rodrigues Cordeiro (1826, Rio de Janeiro – 1881, Lisboa), Francisco de Freitas Gazul (1842 – 1925, Lisboa) e Júlio António Avelino Soares (1846 – 1888), aos quais são dedicados alguns capítulos de teor biográfico. Coloca-se o foco de investigação no ensino no Conservatório de Música de Lisboa, assim como na passagem por Lisboa, no Teatro de São Carlos (palco principal da Lisboa novecentista), dos virtuosos italianos Luigi Anglois, Giovanni Bottesini e Italo Caimmi; Abstract: The double bass as a soloist instrument in the second half of the nineteenth century in Lisbon: Historical and analytical perspective, critical edition. This dissertation of tripartite structure has the primary objective of bringing to light three works for double bass soloist written in Lisbon in the second half of the nineteenth century through the musical analysis of these compositions and a Critical Edition accompanied by an examination of their historical background. These three works were written by the double bassists and composers João Rodrigues Cordeiro (1826, Rio de Janeiro – 1881, Lisbon), Francisco de Freitas Gazul (1842, Lisbon – 1925, Lisbon) and Júlio António Avelino Soares (1846, Lisbon – 1888, Lisbon), to whom are dedicated some chapters with biographical information. The focus of this investigation is on the teaching practices at the Conservatório de Música de Lisboa as well as on the passage through Lisbon, at the Teatro de São Carlos (the principal stage in nineteenth century Lisbon) of the italian virtuosi Luigi Anglois, Giovanni Bottesini and Italo Caimmi. NOTA: Contém Anexos indisponiveis online. Consulta presencia

Álvaro Vieira Pinto on the concept of technology: an introductory discussion

This paper aims to discuss the concept of technology as provided by the Brazilian philosopher Álvaro Vieira Pinto. First, the philosopher’s life and work are presented, his book “O conceito de tecnologia” [The concept of technology] and his methodological foundations are briefly examined and, finally, we discuss his conceptualization of technology. From the four meanings of the term unravelled by the author, we highlight technology as the “logos of technique”, as the philosopher proposes it as a unitary field of study on this matter. We conclude pointing the richness of his reflections to the liberation of underdeveloped countries.Álvaro Vieira Pinto sobre o conceito de tecnologia: uma discussão introdutória Esse artigo tem o objetivo de discutir o conceito de tecnologia provido pelo filósofo brasileiro Álvaro Vieira Pinto. Primeiramente, vida e obra do filósofo são apresentadas, seu livro “O conceito de tecnologia” e seus fundamentos metodológicos são brevemente examinados e, finalmente, discute-se sua conceituação de tecnologia. Dos quatros significados do termo desvelados pelo autor, destaca-se tecnologia como sendo o “logos da técnica”, já que é ela proposta como um campo unitário de estudo do tema em questão. Na conclusão, aponta-se a riqueza de suas reflexões para a libertação dos países subdesenvolvidos. --- Artigo em inglês. &nbsp

Analysis and NN-based control of doubly fed induction generator in wind power generation

With the increasing size of wind power generation it is required to perform power system stability analysis that uses dynamic wind generator models. In this paper are presented all the wind power system components, including the turbine, the generator, the power electronic converter and controllers. The aim is to study the Doubly Fed Induction Generator (DFIG) operation and its connection to the power system, either during normal operation or during transient grid fault events. Two different control system design technologies are present, the first is performed by standard PI controllers and the second is based on artificial neural networks

Dystrophic cardiomyopathy: amplification of cellular damage by Ca2+ signalling and reactive oxygen species-generating pathways

Aims Cardiac myopathies are the second leading cause of death in patients with Duchenne and Becker muscular dystrophy, the two most common and severe forms of a disabling striated muscle disease. Although the genetic defect has been identified as mutations of the dystrophin gene, very little is known about the molecular and cellular events leading to progressive cardiac muscle damage. Dystrophin is a protein linking the cytoskeleton to a complex of transmembrane proteins that interact with the extracellular matrix. The fragility of the cell membrane resulting from the lack of dystrophin is thought to cause an excessive susceptibility to mechanical stress. Here, we examined cellular mechanisms linking the initial membrane damage to the dysfunction of dystrophic heart. Methods and results Cardiac ventricular myocytes were enzymatically isolated from 5- to 9-month-old dystrophic mdx and wild-type (WT) mice. Cells were exposed to mechanical stress, applied as osmotic shock. Stress-induced cytosolic and mitochondrial Ca2+ signals, production of reactive oxygen species (ROS), and mitochondrial membrane potential were monitored with confocal microscopy and fluorescent indicators. Pharmacological tools were used to scavenge ROS and to identify their possible sources. Osmotic shock triggered excessive cytosolic Ca2+ signals, often lasting for several minutes, in 82% of mdx cells. In contrast, only 47% of the WT cardiomyocytes responded with transient and moderate intracellular Ca2+ signals. On average, the reaction was 6-fold larger in mdx cells. Removal of extracellular Ca2+ abolished these responses, implicating Ca2+ influx as a trigger for abnormal Ca2+ signalling. Our further experiments revealed that osmotic stress in mdx cells produced an increase in ROS production and mitochondrial Ca2+ overload. The latter was followed by collapse of the mitochondrial membrane potential, an early sign of cell death. Conclusion Overall, our findings reveal that excessive intracellular Ca2+ signals and ROS generation link the initial sarcolemmal injury to mitochondrial dysfunctions. The latter possibly contribute to the loss of functional cardiac myocytes and heart failure in dystrophy. Understanding the sequence of events of dystrophic cell damage and the deleterious amplification systems involved, including several positive feed-back loops, may allow for a rational development of novel therapeutic strategie