Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. Proposta de criação do

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1 Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Departamento de Engenharia Electrotécnica e Automação Proposta de criação do Grupo de Investigação em Aplicações Avançadas de Potência Pulsada GIA 2 P 2 Lisboa, 19 de Novembro de 2009

2 Índice Índice Motivação Proposta Objectivos Bibliografia Estrutura do grupo Constituição inicial do grupo Data de constituição do GIA 2 P Página 1 de 9

3 1. Motivação A Potência Pulsada (PP) representa a ciência e tecnologia associada ao processo de armazenamento de energia durante um intervalo de tempo relativamente longo seguido da sua libertação rápida, aumentando a potência instantânea. Trata-se de uma técnica que remonta ao início dos anos quarenta, que com o avento do desenvolvimento tecnológico na área dos semicondutores de potência tem vindo a ser alvo de nova pesquisa e desenvolvimento. A potência pulsada, usada inicialmente com fins militares e em grandes aplicações de física experimental, possui hoje um enorme potencial em aplicações civis, podendo ainda ser utilizada para incrementar o desenvolvimento da sociedade e o seu bem-estar. Objectivo em que, primordialmente, a ciência e tecnologia devem ser utilizadas. Actualmente, há uma crescente variedade de áreas de aplicação, nomeadamente: ambientais, biomédicas, comerciais e industriais. Em todas estas áreas de aplicação podem ser utilizados impulsos positivos e/ou negativos de alta tensão repetitivos de forma a melhorar a propriedade de um produto ou a eficiência de um processo. Dependendo da aplicação específica, os impulsos eléctricos gerados podem ser extremamente pequenos (centenas de pico-segundos) e possuir taxas de repetição até dezenas de milhares por segundo. O que torna a PP interessante é este conceito de que se podem gerar potências de pico extremamente elevadas, durante intervalos de tempos muito bem determinados e pequenos, sem a necessidade de utilização de grandes fontes de armazenamento de energia, vulgarmente usadas nos sistemas de tensão contínua e alternada. No passado esta tecnologia era dominada por tubos de gás e de vácuo (i.e. válvulas electrónicas) para comutar potências elevadas necessárias para aplicações militares e de física de partículas. Com o advento tecnológico dos semicondutores nos anos setenta, e em particular dos semicondutores de potência nos anos noventa, foi possível iniciar-se o desenvolvimento de geradores de PP baseados em semicondutores, ainda, com potências reduzidas quando comparados com os das válvulas. Esta limitação de potência é largamente compensada com a elevada flexibilidade e eficiência, juntamente com a redução do tamanho do equipamento e custos associados. A utilização de impulsos repetitivos de alta tensão unipolares ou bipolares, associados às técnicas de PP, está hoje disseminada em todos os campos industriais, que vão desde o processamento de Página 2 de 12

4 alimentos (pasteurização), tratamento de água, resíduos orgânicos e médicos, moldagem electromagnética, tratamentos de gases tóxicos (catalizadores), aplicações médicas, fragmentação de rochas até lasers. Nestas aplicações, a PP apresenta como principais vantagens a poupança de energia, aumento do valor acrescentado aos produtos, optimização de processos, rendimentos energéticos elevados, processos ambientalmente limpos e a redução de custos Em Portugal, a PP está a dar os primeiros passos, tendo-se iniciado a transferência desta tecnologia para a indústria. A mais valia desta área de investigação está presente, de forma directa, no aumento de qualidade do produto final, na melhoria eficiência do processo de fabrico e na transferência de conhecimento para a indústria. De forma indirecta, na criação e consolidação de conhecimento, na transferência destes para a sociedade através das pessoas formadas e no desenvolvimento interdisciplinar das áreas relacionadas com as aplicações. 2. Proposta Um conjunto de individualidades, centrado, mas não só, na área científica de Engenharia de Sistema de Potência e Automação, ESPA, do Departamento de Engenharia Electrotécnica e Automação, DEEA, do ISEL com interesses tecnológicos e científicos que abrangem a investigação e desenvolvimento, I&D, de técnicas de potência pulsada e suas aplicações, sente a necessidade de se agregar numa estrutura comum. Esta estrutura deve ser capaz de potenciar a massa crítica existente, facilitar a partilha de conhecimentos, enquadrar as suas actividades de I&D, potenciar o apoio à indústria e fortalecer a relação com outras equipas de investigação nacionais e internacionais. Propõe-se a criação do Grupo de Investigação em Aplicações Avançadas de Potência Pulsada (GIA 2 P 2 ) enquanto grupo interdisciplinar com competências técnicas e científicas nas áreas da engenharia electrotécnica, engenharia civil, engenharia química e biológica, física e outras áreas relacionadas com as técnicas de PP, nomeadamente, associadas à produção de impulsos de alta tensão e frequência baseadas em circuitos com semicondutores, desenvolvimento, optimização e controlo. Pretende-se, também, dar grande enfoque à relação entre estes domínios científicos no âmbito da engenharia electrotécnica e os restantes domínios do conhecimento relevantes para a resolução dos problemas relacionados com a aplicação da técnica de PP nas áreas do ambiente, saúde e industria. Página 3 de 12

5 Citam-se, por exemplo, a inactivação microbiana em alimentos líquidos e em produtos líquidos medicinais, aplicações médicas, a implantação iónica por imersão em plasma, a fragmentação de rochas e betão e a deformação metálica por pressão electromagnética. A capacidade de intervenção nas áreas relevantes depende, de forma crítica, da aquisição de competências em muitos domínios e variados, só possível de alcançar com equipas transdisciplinares e através do estabelecimento de parcerias com outras equipas, quer na exploração dos temas ao nível académico, quer na compreensão da experiência adquirida por especialistas do tecido empresarial e institucional. Neste contexto, a criação do GIA 2 P 2 é um contributo para dar resposta a este tipo de desafios complexos. 3. Objectivos O grupo é criado de acordo com os estatutos do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, ISEL, integrado na estrutura do DEEA. O grupo terá como lema Investigar, Inovar, Formar e Unir as pessoas nas áreas da Potência Pulsada e suas aplicações, adiante designada por área de interesse. Os principais objectivos de enquadramento do GIA 2 P 2 serão: a) apoiar as actividades de I&D dos seus elementos, b) promover a actividade de I&D, procurando sempre acrescentar inovação nas áreas de interesse, c) participar em projectos de I&D e de aplicações com a indústria, d) promover a cooperação com outras instituições (academia, tecido empresarial e institucional), nacionais e estrangeiras, e) orientar alunos em teses de mestrado e de doutoramento nas áreas de interesse, f) disseminar o conhecimento nas áreas de interesse, g) promover e divulgar as suas actividades científicas em eventos científicos e de divulgação. Página 4 de 12

6 4. Bibliografia Proposta de criação do Grupo de Investigação em Aplicações Avançadas de Potência Pulsada Esta proposta de formação do GIA 2 P 2 assenta no trabalho científico a decorrer e anteriormente desenvolvido por membros do grupo desta proposta na área da Potência Pulsada e suas Aplicações, como se comprova por alguns dos artigos científicos já publicados em revistas científicas da especialidade, que a seguir se identificam: Generalized Solid-state Marx Modulator Topology L. M. Redondo, H. Canacsinh, J. Fernando Silva IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 16, No. 4, 2009, pp Repetitive High-Voltage Solid-State Marx Modulator Design for Various Load Conditions L. M. Redondo, J. Fernando Silva IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 37, No. 8, August 2009, pp Flyback versus Forward switching power supply topologies for unipolar pulsed power applications L. M. Redondo, J. Fernando Silva IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 37, No. 1, January 2009, pp High precision 180 Hf ion implantation using a High-Current Ion Implanter L. M. Redondo, J. Rocha, J. C. Soares Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Vol. 266, no. 16, Agosto 2008, pp A low-cost, accurate and non-intercepting continuous method for beam current measurements in a High-Current Ion Implanter L. M. Redondo, J. Rocha, J. C. Soares Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B, vol. 265, no. 2, pp , Pulse shape improvement in core-type high-voltage pulse transformers with auxiliary windings L. M. Redondo, J. Fernando Silva, E. Margato IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 43, Issue 5, pp , May Página 5 de 12

7 Analysis of a modular generator for high-voltage, high-frequency pulsed applications, using low voltage semiconductors (<1kV) and series connected step-up (1:10) transformers L. M. Redondo, J. Fernando Silva, E. Margato Review of Scientific Instruments 78, , Rise time reduction in high-voltage pulse transformers using auxiliary windings L. M. Redondo, E. Margato, J. Fernando Silva IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 17, No. 2, pp March Progress on high-voltage pulse generators, using low voltage semiconductors (<1kV), designed for Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) L. M. Redondo, N. Pinhão, E. Margato, J. Fernando Silva Surface and Coatings Technology, Vol. 156/1-3, pp , A new method to build a High Voltage Pulse Supply using only semiconductor switches for plasma immersion ion implantation. L. M. Redondo, E. Margato, J. Fernando Silva Surface and Coatings Technology, Vol. 136/1-3, pp , Estrutura do grupo Propõe-se que o grupo seja constituído por uma Comissão Científica (CC) formada por todos os seus elementos doutorados ou com equivalência a doutoramento. Poderão ser convidados a participar na Comissão Científica outras individualidades que detenham curriculum técnico e científico relevante em áreas de interesse do grupo. Nesse caso, será solicitado o reconhecimento desse mérito à CC do grupo. Poderá integrar o GIA 2 P 2 qualquer individualidade que realize investigação e desenvolvimento nas áreas de interesse do grupo, nacionais ou estrangeiros. As condições de admissão dos membros serão estabelecidas nos estatutos que serão aprovados em fase posterior à constituição do GIA 2 P 2. Página 6 de 12

8 Posteriormente à aprovação da presente proposta, será criada uma Comissão Instaladora constituída por Luís Manuel dos Santos Redondo, Elmano da Fonseca Margato, Cristina Ferreira Xavier de Brito Machado e Maria José Ribeiro Gomes. Esta comissão terá como missão a elaboração dos estatutos do grupo, a serem aprovados pela Comissão Científica do mesmo, devendo a qualidade de membro-eleitor do grupo ser definida no âmbito dos referidos estatutos. O coordenador do grupo será eleito por todos os membros-eleitores e deverá ser um membro da Comissão Científica do mesmo, exercendo o seu mandato por um período de dois anos de acordo com os estatutos do ISEL. 6. Constituição inicial do grupo À data da sua formação, o GIA 2 P 2 integrará os seguintes docentes: Luís Redondo José Carvalho Soares Professor Coordenador do ISEL Doutorado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores pelo IST Professor Catedrático Jubilado da FCUL Doutorado pela Univ. de Bona Marcos Pereira Elmano Margato Fernando Melício Cristina Machado Mário Moreira Administrador da Empresa LUSOFORMA Doutorado em Física pela UBI Professor Coordenador do ISEL Doutorado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores pelo IST Professor Coordenador do ISEL Doutorado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores pelo IST Professora Coordenador do ISEL Mestre em Engenharia Civil pelo IST Professor Adjunto do ISEL Doutorado em Física pela FCUL Página 7 de 12

9 Maria Luísa Botelho Nuno Pinhão Sandra Cabo Verde Teresa Pinheiro Maria José Gomes Manuel Ribeiro da Silva Hiren Canacsinh Luís Encarnação José Lopes João Mendes Carlos Mendes Nuno Ferrão Investigadora do ITN Equivalente a doutoramento em Radiomicrobiologia pelo INETI. Investigador do ITN Doutorado em Física pela FCUL Investigadora do ITN Doutorada em Microbiologia pela FCUL Investigadora do ITN Doutorada em Biologia pela FCUL Investigadora do CFNUL Doutorado em Física pela FCUL Professor Auxiliar do IST Doutorado em Física pela FCUL Eq. Assistente do 2º Triénio do ISEL Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores pelo IST Eq. Assistente do 2º Triénio do ISEL Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores pelo IST Eq. Assistente do 2º Triénio do ISEL Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores pelo IST Técnico Superior do ISEL Licenciado Engenharia Electrotécnica pelo ISEL Aluno de Mestrado em Engenharia Electrónica do ISEL, bolseiro FCT do ISEL Licenciado em Engenharia Electrónica pelo ISEL Aluno de Mestrado em Engenharia Electrónica do ISEL, bolseiro FCT do ISEL Licenciado em Engenharia Electrónica pelo ISEL Página 8 de 12

10 Rudi Soares Vânia Dores Bruna Baptista Bolseiro AdI no grupo ABT, TE Department, CERN, Switzerland Licenciado em Engenharia Electrónica pelo ISEL Bolseira da FCT do ISEL/ITN Mestrado em Eng. Biológica pela Univ. do Algarde Bolseica da FCT do ISEL/ITN Mestrado em Biotecnologia pela FCUL 7. Data de constituição do GIA 2 P 2 Pretende-se que o grupo seja formalmente constituído à data da aprovação desta proposta na Comissão Científica do DEEA, de acordo com o definido nos Estatutos do ISEL. Os proponentes, Luís Redondo José Carvalho Soares Marcos Pereira Página 9 de 12

11 Elmano Margato Fernando Melício Cristina Machado Mário Moreira Maria Luísa Botelho Nuno Pinhão Sandra Cabo Verde Teresa Pinheiro Maria José Gomes Página 10 de 12

12 Manuel Ribeiro da Silva Hiren Canacsinh Luís Encarnação José Lopes João Mendes Carlos Mendes Nuno Ferrão Vânia Dores Bruna Baptista Página 11 de 12

13 Rudi Soares ISEL, 19 Novembro de 2009 Página 12 de 12