Navegação exploratória baseada em problemas de valores de contorno

Este trabalho apresenta e discute uma estratégia e discute uma estratégia inédita para o problema de exploração e mapeamento de ambientes desconhecidos usandoo robô NOMAD 200. Esta estratégia tem como base a solução numéricqa de problemas de valores de contorno (PVC) e corresponde ao núcleo da arquitetura de controle do robô. Esta arquitetura é similar à arquitetura blackboard, comumente conhecida no campo da Inteligência Artificial, e é responsável pelo controle e gerenciamento das tarefas realizadas pelo robô através de um programa cleinte. Estas tarefas podem ser a exploração e o mapeamento de um ambiente desconhecido, o planejamento de caminhos baseado em um mapa previamente conhecido ou localização de um objeto no ambiente. Uma características marcante e importante é que embora estas tarefas pareçam diferentes, elas têm em comum o mesmo princípio: solução de problemas de valores de contorno. Para dar sustentabilidade a nossa proposta, a validamos através de inúmeros experimentos, realizados e simulação e diretamente no robô NOMAD 200, em diversos tipos de ambientes internos. Os ambientes testados variam desde labirintos formados por paredes ortogonais entre si até ambientes esparsos. Juntamente com isso, introduzimos ao longo do desenvolvimento desta tese uma série de melhorias que lidam com aspectos relacionados ao tempo de processamento do campo potencial oriundo do PVC e os ruídos inseridos na leitura dos sensores. Além disso, apresentamos um conjunto de idéias para trabalhos futuros.

ONNIS-GI: uma rede neural oscilatória para segmentação de imagens implementada em arquitetura maciçamente paralela

A presente tese apresenta a concepção de uma rede neural oscilatória e sua realização em arquitetura maciçamente paralela, a qual é adequada à implementação de chips de visão digitais para segmentação de imagens. A rede proposta, em sua versão final, foi denominada ONNIS-GI (Oscillatory Neural Network for Image Segmentation with Global Inhibition) e foi inspirada em uma rede denominada LEGION (Locally Excitatory Globally Inhibitory Oscillator Network), também de concepção recente. Inicialmente, é apresentada uma introdução aos procedimentos de segmentação de imagens, cujo objetivo é o de situar e enfatizar a importância do tema abordado dentro de um contexto abrangente, o qual inclui aplicações de visão artificial em geral. Outro aspecto abordado diz respeito à utilização de redes neurais artificiais em segmentação de imagens, enfatizando as denominadas redes neurais oscilatórias, as quais têm apresentado resultados estimulantes nesta área. A implementação de chips de visão, integrando sensores de imagens e redes maciçamente paralelas de processadores, é também abordada no texto, ressaltando o objetivo prático da nova rede neural proposta. No estudo da rede LEGION, são apresentados resultados de aplicações originais desenvolvidas em segmentação de imagens, nos quais é verificada sua propriedade de separação temporal dos segmentos. A versão contínua da rede, um arranjo paralelo de neurônios baseados em equações diferenciais, apresenta elevada complexidade computacional para implementação em hardware digital e muitos parâmetros, com procedimento de ajuste pouco prático. Por outro lado, sua arquitetura maciçamente paralela apresenta-se particularmente adequada à implementação de chips de visão analógicos com capacidade de segmentação de imagens. Com base nos bons resultados obtidos nas aplicações desenvolvidas, é proposta uma nova rede neural, em duas versões, ONNIS e ONNIS-GI, as quais suplantam a rede LEGION em diversos aspectos relativos à implementação prática. A estrutura dos elementos de processamento das duas versões da rede, sua implementação em arquitetura maciçamente paralela e resultados de simulações e implementações em FPGA são apresentados, demonstrando a viabilidade da proposta. Como resultado final, conclui-se que a rede ONNIS-GI apresenta maior apelo de ordem prática, sendo uma abordagem inovadora e promissora na solução de problemas de segmentação de imagens, possuindo capacidade para separar temporalmente os segmentos encontrados e facilitando a posterior identificação dos mesmos. Sob o ponto de vista prático, a nova rede pode ser utilizada para implementar chips de visão digitais com arquitetura maciçamente paralela, explorando a velocidade de tais topologias e apresentando também flexibilidade para implementação de procedimentos de segmentação de imagens mais sofisticados.

Estudo e desenvolvimento de um sensor de CO2 de baixo custo

Este trabalho descreve um estudo e desenvolvimento de um sensor de dióxido de carbono (CO2), de baixo custo, para monitoramento da qualidade do ar em ambientes climatizados. O sensor aqui proposto baseia-se na técnica de absorção em infravermelho não dispersivo (NDIR). Este trabalho avalia alguns métodos já empregados e propõe um modelo alternativo visando uma solução de baixo custo que possa ser incorporada a sistemas de monitoramento e/ou condicionamento existentes, permitindo o controle do teor de CO2. A metodologia inclui o estudo dos diferentes tipos de sensores de CO2, a seleção da técnica mais apropriada para medição, o estudo das alternativas para implementação da técnica selecionada, o desenvolvimento, testes e avaliações da solução. Especificamente desenvolveu-se uma solução em termos de sensor de CO2 que utiliza componentes comerciais, sendo facilmente reprodutível e de custo reduzido. O sensor desenvolvido tem faixa de medição entre 330 a mais de 10000 ppm, com resolução estimada em torno de 20 a 30 ppm, com erro em relação ao padrão menor que 10% da medição ou 150 ppm,o que for maior.

Uma experiência didática de inserção do microcomputador como instrumento de medida no laboratório de física do ensino médio

Neste trabalho elaboramos cinco atividades experimentais que envolvem o uso do microcomputador como instrumento de medida no laboratório didático de Física. As atividades são do tipo aberto, de modo que os alunos tenham a oportunidade de explorar, testar e discutir soluções para todo o processo de medida, desde o uso de sensores nos sistemas de detecção, à conversão analógica/digital, passando pelos softwares. Somente depois de medidas manuais, o aluno passa à aquisição automática. Há guias impressos para alunos, com questões, desafios e sugestões de tarefas a serem executadas, e um texto de apoio para professores, contendo embasamento teórico e técnico indispensáveis para a compreensão do processo de aquisição automática. Os tópicos tratados são: sensores, medidas de tempo, e ondas mecânicas transversais (em cordas) e longitudinais (sonoras). O embasamento teórico para o desenvolvimento da proposta está apoiado na teoria sócio-interacionista de Vigotsky, na qual o desenvolvimento cognitivo não pode ser entendido sem referência ao contexto social, seus signos e instrumentos. Todas atividades foram testadas em condições de sala de aula em turmas de ensino médio e tecnológico da Unidade de Ensino do CEFET/RS, em 2003, e no curso de extensão Física para o Ensino Médio II, do Instituto de Física da UFRGS, em 2004. O produto educacional deste trabalho consiste em um texto de apoio para professores do ensino médio sobre o uso do microcomputador como um instrumento de medida, guias para alunos das cinco atividades experimentais envolvendo aquisição automática de dados e um hipertexto, disponível na web, baseado em animações do tipo Java Applet (Physlet).

Caracterização de mutantes condicionais de Arabidopsis thaliana L. em organofosfatos

Entre os minerais, o fósforo é um dos mais limitantes ao crescimento e desenvolvimento vegetal. Como é altamente requerido para os mais diversos processos fisiológicos e celulares, as plantas desenvolveram complexos mecanismos para manejar sua deficiência. As respostas à limitação de fósforo são bem conhecidas, mas sobre a sua percepção e a transdução do sinal pouco se sabe. Os mutantes p9, p23 e p37 estudados neste trabalho são provenientes de uma seleção que busca identificar genes regulatórios envolvidos na sinalização de fósforo. Desta forma, fez-se através da caracterização morfológica, fisiológica e bioquímica destes mutantes condicionais de Arabidopsis thaliana, deficientes quando ácidos nucléicos são a única fonte de fosfato (Pi), a ampliação do conhecimento da rota de sinalização da limitação de Pi. Os fenótipos dos mutantes devem-se à mutação em um gene recessivo para cada mutante, sendo estes complementares. Análises do sistema radicular, acúmulo de amido e antocianinas, teor de Pi livre e do P total e atividade de nucleases em diferentes disponibilidades de fósforo e a avaliação da especificidade dos fenótipos à deficiência de P possibilitaram a criação de hipóteses para a ação dos genes mutados A mutação de p9 causa, provavelmente, alterações na sensibidade às concentrações de Pi, podendo estar relacionada tanto aos sensores da raiz quanto à interação da transdução dos sinais entre o sensor local e o status da planta. Devido à limitação de sementes não foi possível desenvolver hipótese sobre a ação do gene mutado em p23. Enquanto o gene mutado em p37 age primordialmente sobre o elongamento e a divisão das células radiculares, estas respostas podem estar sendo influenciadas pelos níveis de citocinina. Assim, a complexidade da transdução do sinal à limitação de Pi e a interação com outras rotas de sinalização em plantas vasculares evidencia a importância de estudar suas respostas e esclarecer como esses processos são regulados.

Estimativa da área impermeável dentro da bacia hidrográfica do Arroio Diluvio (porto Alegre/RS) através de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento

Neste trabalho foram realizadas classificações utilizando-se as bandas 1 a 5 e 7 dos sensores Landsat 5 TM (1987) e Landsat 7 ETM+ (2000). A caracterização espectral dos materiais foi realizada em laboratório utilizando um espectrorradiômetro, e através das bandas 1 a 5 e 7 dos sensores Landsat 5 TM (1987) e Landsat 7 ETM+ (2000). A transformação dos dados multiespectrais de imagens de sensoriamento remoto é uma maneira de reduzir o volume de dados através da identificação de classes de interesse numa imagem digital. No intuito de verificar condições de melhoramento na classificação de alvos urbanos em imagens digitais, identificados por procedimentos já conhecidos, como a classificação pela Máxima Verossimilhança, escolheu-se um classificador baseado na lógica fuzzy. O classificador utilizado foi o Fuzzy Set Membership classification - Fuzclass, que faz parte de um conjunto de classificadores não-rígidos disponíveis no programa Idrisi 32. Uma vez que informações sobre o desempenho de produtos deste classificador em áreas urbanas são escassas, foram conduzidos ensaios de comparação de resultados obtidos por este classificador com a verdade terrestre, representada por uma imagem de alta resolução espacial do satélite QuickBird. As áreas teste selecionadas desta imagem atendem ao critério de inalterância das condições de ocupação para o intervalo temporal considerado A comparação feita, permite concluir que o classificador apresenta limitações na classificação de áreas urbanas devido ao comportamento espectral semelhante dos materiais que fazem parte dessa cobertura. A utilização de uma classe única para identificar áreas impermeáveis foi a solução adotada para contornar este óbice. O emprego de áreas teste possibilitou acertar a escolha do grau de possibilidade de presença da classe no pixel (PPCP). Uma comparação entre os resultados apresentados na classificação de áreas impermeáveis, com base nos classificadores Máxima Verossimilhança e Fuzclass, demonstrou um desempenho melhor do classificador fuzzy, em função do nível de PPCP ajustado durante a análise comparativa Landsat e Quickbird nas áreas teste. Um procedimento alternativo de estimativa de áreas impermeáveis em bacias urbanas é apresentado no final.

Análise quantitativa de pontos de controle para correção geométrica de imagens orbitais

Neste trabalho será feita uma análise da quantidade de pontos de controle para correção geométrica de imagens, mais especificamente, do satélite CBERS-I, utilizando o sensor CCD, através de análises estatísticas para o cálculo da quantidade de pontos e estudo quantitativo através da análise de variância da média dos resíduos obtidos de amostras de tamanhos variados. Os pontos de controle foram coletados com receptor GPS e foi utilizado um modelo polinomial de segunda ordem para a correção geométrica da imagem. Os resultados experimentais obtidos na análise da média para o cálculo da quantidade de pontos mostram que o erro residual tende a se estabilizar para a quantidade de pontos definidos pela estatística. Apresenta-se ao final, considerações iniciais sobre a aplicação desta proposta para diversos outros sensores, permitindo um maior aproveitamento destes na atualização cartográfica e na geração de cartas imagens.

Aplicação de imagens Aster para estudos territoriais no nordeste do estado do Rio Grande do Sul

É apresentada uma nova abordagem na técnica e na avaliação de área de florestas nativas, exóticas e uso do solo do Nordeste do Estado do Rio Grande do Sul, em particular no entorno da escarpa que divide os Campos de Cima da Serra e a Planície Costeira, caracterizada por apresentar espécies de Pinus elliotti Engelm var elliottiii e Pinus taeda L., Eucalyptus sp. e Araucaria angustifólia (Bert.) O. Ktze. e áreas de campo nativo. Nas últimas décadas tem se verificado avanço das florestas exóticas, principalmente de florestas de pinus, sobre as áreas de campo e florestas nativas, surgindo como uma das maiores fontes de exploração econômica da região. Parcialmente em razão disto, as florestas de araucária distribuem-se de forma pouco homogênea, em decorrência de décadas de desmatamento. As técnicas de classificação em Sensoriamento Remoto, usando imagens de Landsat, mostraram que é possível separar tipos diferentes de vegetação, e no exemplo das florestas na região estudada, tanto nativas como exóticas. As limitações em definições espacial e espectral até meados da década de 1990 motivaram o desenvolvimento de uma nova geração de satélites e sensores, incluindo o sensor ASTER a bordo do satélite Terra. Este sensor apresenta 14 bandas espectrais com diferentes resoluções espaciais, sendo usado nesta pesquisa suas 9 bandas correspondentes ao espectro de radiância refletida. O foco central deste trabalho está na utilização de sensoriamento remoto e geoprocessamento para determinação de áreas de vegetação e uso do solo no extremo leste dos Campos de Cima da Serra, através de imagens orbitais do sensor ASTER. Utilizando métodos de classificação supervisionada foi possível caracterizar a área, separar as espécies vegetais entre si, além de quantificá-las O grupo das 9 bandas foram distribuídas em três grupos: com 3 bandas de resolução espacial de 15 metros no visível e infravermelho próximo (VNIR); com 6 bandas com resolução espacial de 30 metros no infravermelho médio (SWIR); e com 9 bandas com resolução espacial de 30 metros cobrindo toda a faixa de resolução espectral do espectro de radiância refletida do sensor ASTER (VNIR+SWIR). A metodologia incluiu processamento de imagem e classificação com o algoritmo de máxima verossimilhança gaussiana. Os resultados são: 1) é possível identificar tipos diferentes de manejo e idade nas florestas de Pinus elliottii (jovens, adulto, velho e manejado diferenciado); 2) a exatidão geral foi de 90,89% no subsistema VNIR, e o índice do Kappa foi de 0,81 em ambos subsistemas VNIR e (VNIR+SWIR); 3) a classificação apresentando o mapa do uso do solo mostra que, de forma geral, os dados de VNIR têm os melhores resultados, incluindo o detalhamento para pequenas áreas da superfície terrestre. O grupo (VNIR+SWIR) têm potencial superior para a determinação das classes araucária , eucalipto e pinus com manejo / pinus adulto , enquanto que o grupo SWIR não apresenta não vence em nenhuma classe; 4) com relação aos dados de exatidão geral resultantes do subsistema VNIR, a área estimada de pinus é 22,28% da área estudada (cena de 1543,63 quilômetros quadrados totais), e de araucária é 10,10%, revelando que aquela espécie exótica está mudando rapidamente a paisagem da região. Na comparação destes resultados com outros estudos na região pesquisada, verifica-se que a utilização de dados ASTER implica em um aumento na acurácia da classificação de vegetação em geral e que este sensor é altamente apropriado para estudos ambientais, devido a suas excelentes características espaciais e espectrais.

Aplicação de sensoriamento remoto orbital no mapeamento de unidades vulcano-sedimentar no Platô da Ramada, Vila Nova do Sul, RS

Os produtos de sensoriamento remoto gerados pelos novos sensores orbitais, aliados ao desenvolvimento de sistemas computacionais e de técnicas de processamento de imagens possibilitam a manipulação numérica das imagens, visando o realce de informações de interesse para a interpretação visual ou automática. O uso dessas técnicas traz boas perspectivas no mapeamento geológico básico, pois possibilita uma visão sinóptica de amplas áreas e a integração de dados litológicos e estruturais de várias fontes. Este trabalho selecionou as imagens do sensor ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) devido as características de suas resoluções espectral e espacial, como as mais promissoras para identificação dos diferentes litotipos da área do Platô da Ramada, em especial as unidades vulcânicas e hipabissais relacionadas e sedimentares subjacentes. O Platô da Ramada, região de Vila Nova do Sul (RS) constitui uma feição geomorfológica de destaque na área, facilmente identificável nas imagens orbitais, sendo formado por uma seqüência vulcânica caracterizada por depósitos efusivos e piroclásticos, de composição dominantemente ácida. Representa uma fração significativa do magmatismo alcalino sódico neoproterozóico no Escudo Sul-rio-grandense e marca um dos ciclos vulcânicos do período pós-colisional do Ciclo Brasiliano Este estudo testou e avaliou diversos processamentos das imagens multiespectrais para diferenciação litológica, a identificação de alvos e a definição de morfoestruturas da área do Platô da Ramada. A integração de dados geológicos existentes com os produtos obtidos neste estudo possibilitou novas informações anexadas ao mapa geológico utilizado como verdade terrestre. O processamento utilizando a técnica de Transformação por Componentes Principais Seletivas proporcionou os melhores resultados realçando diferenças espectrais existentes entre as rochas vulcânicas e hipabissais e as rochas sedimentares. A partir dessa técnica, selecionou-se as imagens CP2 dos pares das bandas 4-5 (R), 3-4 (G) e 8-9 (B) na geração de uma composição colorida. Esta imagem permitiu a diferenciação espectral entre as rochas vulcânicas do Platô da Ramada e as rochas sedimentares do Grupo Maricá, bem como a individualização, no Grupo Maricá, de duas subunidades, levando-se em conta a densidade de intrusões de diques riolíticos ao norte da área. Identificou-se, ainda, um corpo diorítico com forma elíptica na borda SW do Platô da Ramada, não registrado anteriormente.

Integração de técnicas de SIG e sensoriamento remoto na classificação de imagens digitais através do uso da teoria da evidência

O desenvolvimento de novos, e mais eficientes, métodos de classificação de imagem digitais em Sensoriamento Remoto se constitui em uma importante área que tem chamado a atenção de muitos pesquisadores. Nesta área em particular, um problema que freqüentemente surge para a classificação de imagens digitais provenientes de cenas naturais, é a ocorrência de classes espectrais com resposta espectral muito similar. Nestes casos, os sistemas sensores mais comuns e os métodos tradicionais de classificação de imagem apresentam muito baixa precisão ou mesmo falham completamente. Várias abordagens vem sendo propostas na literatura. Uma das possíveis abordagens consiste em fazer uso de informações auxiliares que possuam poder discriminante para as classes sob análise. Esta é a possibilidade explorada nesta dissertação, utilizar-se de dados auxiliares, provenientes de fontes diversas, tais como: temperatura, precipitação, altitude e classes de solo. Estes dados são então combinados com dados provenientes de imagens multiespectrais de acordo com a Teoria de Evidência proposta por Dempster e Shafer. Esta abordagem é testada usando dados de uma área no Estado do Rio Grande do Sul, Brasil, com a finalidade de delimitar a ocorrência da Mata Nativa com Araucária (composta pela conifera Araucaria angustifolia), que é de difícil separação em relação a outras classes espectrais que ocorrem na região, tornando difícil o processo preciso de classificação.

Monitoramento de temperaturas noturnas da superfície terrestre no estado do Rio Grande do Sul com uso do sensor orbital AVHRR/NOAA

A temperatura da superfície terrestre (TST), além da ação determinante sobre o crescimento e o desenvolvimento das plantas, influencia também muitos processos físicos, químicos e biológicos, tendo significativa relevância científica em um vasto campo das atividades de pesquisa e gerenciamento dos recursos naturais. O objetivo geral deste estudo foi verificar a adequação do uso de sensores orbitais AVHRR/3 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) classe POES (Polar Operational Environmental Satellites) para mapeamento de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul, visando sua implementação em programas operacionais de monitoramento agrometeorológico. No estudo realizado no período de junho a setembro de 2002, foram utilizadas 11 imagens noturnas e 20 imagens diurnas, captadas na estação de recepção de imagens NOAA pertencente ao Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia (CEPSRM). Após processamento, as imagens foram utilizadas para a determinação da temperatura de brilho da banda 4 e 5 da TST através dos métodos de Becker e Li (1990), Kerr et al. (1992) e Sobrino et al. (1993). A TST obtida a partir das imagens foi comparada aos dados de temperatura do ar obtidos em 13 estações meteorológicas de superfície Os resultados mostraram que os sensores orbitais AVHRR/3 são adequados para o mapeamento noturno de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul. O método de Sobrino et al. (1993) é o mais adequado entre os métodos testados para a estimativa das temperaturas noturnas no Estado, embora ainda seja necessário um aprofundamento teórico em relação aos efeitos atmosféricos sobre regiões localizadas em baixas latitudes. Também a temperatura estimada por sensores remotos pode ser utilizada para estimar a temperatura do ar nos locais avaliados, sendo que ainda deve ser testada a extrapolação para outros locais.

Projeto, construção e validação de transdutores para medição de esforços em semeadoras-adubadoras

A mecanização agrícola tem sido um importante fator que vem contribuindo para atender o aumento na demanda por alimentos. Porém, o desenvolvimento de máquinas e implementos com maior desempenho operacional ainda carecem de uma base de informações tecnológicas sistematizadas para a implementação em novos projetos de produtos. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho foi o de implementar um sistema capaz de gerar informações para auxiliar no desenvolvimento de novos projetos de produtos, ou mesmo na melhoria das máquinas e implementos já existentes. Para tanto, foi construído um conjunto de transdutores de força – dinamômetros do tipo anel octogonal estendido, capazes de medir solicitações em duas direções ortogonais e o momento associado a estes dois esforços. Associados a estes transdutores foram utilizados outros recursos para a formação de uma instrumentação embarcada, a fim de possibilitar os registros, em tempo real, dos dados gerados para serem armazenados em bancos de dados para posterior análises e avaliações. Com o sistema implementado foram realizados diversos conjuntos de testes de campo, onde se ensaiou uma semeadora adubadora comercial com seus elementos ativos e/ou seus componentes isolados da máquina. No primeiro teste, foi avaliada uma linha completa de uma semeadora-adubadora, onde foram medidos os esforços no disco de corte da palha, na haste sulcadora para deposição do adubo e na unidade de semeadura. Nos testes seguintes, foram realizadas avaliações em dois modelos de hastes sulcadoras, trabalhando com diversos parâmetros distintos, a fim de comparar os respectivos desempenhos entre os dois modelos estudados. Também, verificaram-se avaliações das solicitações dos esforços de tração para sulcadores de adubo tipo disco duplo e, para tracionar somente os discos de corte. Finalmente, mediram-se os esforços para o arraste do chassi durante o deslocamento em campo. Os resultados dos sensores de força combinados com a instrumentação embarcada foram considerados satisfatórios durante as medições nos testes de campo, visto a sua repetibilidade tendo como referência um sistema de calibrações prévias. Desta forma, confirmouse que os registros dos testes de campo podem servir de referência para a análise de projeto de máquinas semeadoras-adubadoras, uma vez que os mesmos foram obtidos em condições reais durante as operações de campo.

Estudo de recapeamentos asfálticos de pavimentos através de ensaios acelerados

O objetivo deste estudo é avaliar o desempenho de recapeamentos asfálticos, aplicados sobre pavimentos severamente trincados, através do acompanhamento da degradação ocorrida em função do tráfego. Foram testados dois tipos de recapeamentos: uma camada de 5,6 cm de espessura, em concreto asfáltico convencional e um tratamento superficial duplo, modificado por polímero SBS. Os recapeamentos asfálticos foram aplicados sobre uma pista experimental já trafegada e realizou-se, artificialmente, um trincamento padronizado buscando reproduzir efeitos similares àqueles provocados pelo fenômeno de fadiga. Utilizou-se a técnica de ensaios acelerados de pavimentos através da utilização de um simulador linear de tráfego, com rodado duplo. A carga de semi-eixo de 50 kN adotada proporcionou a degradação do pavimento três meses de ensaio para cada recapeamento. O monitoramento do pavimento, em termos estruturais e funcionais, fez-se pelo levantamento periódico de deflexões, bacias deflectométricas, afundamentos de trilha de roda e o controle do surgimento de trincas na superfície. Para melhor quantificar e compreender os fenômenos de degradação estrutural, instrumentou-se a pista experimental com sensores (células de tensão total e strain gages) na interface entre pavimento trincado e recapeamentos, obtendo-se tensões e deformações nestes locais, considerados críticos no desempenho de pavimentos recapeados. Durante os períodos de ensaio, foram monitoradas as condições pluviométricas e temperaturas do ar e pavimento. A determinação dos módulos elásticos das camadas das estruturas testadas foi efetuada pela aproximação das bacias obtidas em campo com os dados gerados em uma simulação numérica, através do programa computacional FLAPS. Percebeu-se que, além do tráfego, o trincamento no recapeamento em tratamento superficial foi devido à condição estrutural inicial do pavimento existente, severidade do trincamento artificial incompatível com a espessura desse tipo de restauração e baixas temperaturas. Quanto ao recapeamento em concreto asfáltico, percebeu-se que o maior trincamento surgiu em áreas sem trincas artificiais subjacentes, partindo do fundo da camada asfáltica do pavimento existente, em função da pouca rigidez da camada granular.

Estudo de acoplamento de luz a sistemas multicamadas : plasmons de superfícies e guias de onda

O acoplamento de radiação óptica em sistemas multicamadas tem sido objeto de diversas pesquisas, não somente acadêmicas, mas também para aplicações industriais, tanto na área de sensores ópticos, como na de processadores ópticos e na de comunicações ópticas. Existe uma variedade de técnicas que são exploradas nestes estudos. Nesta tese, focalizamos nossa atenção no acoplamento de radiação laser ou mesmo de luz branca incoerente a um filme tipo multicamadas e estudamos os mecanismos físicos que governam as reflexões e as perdas por absorção nas multicamadas, efeitos que normalmente não parecem quando a incidência ocorre diretamente do ar para o filme. A técnica que exploramos é conhecida como reflexão interna total atenuada, ATR. A presença de um filme fino metálico permite o estudo experimental de plasmons de superfície e do acoplamento a modos guiados do sistema multicamadas. Além dos estudos experimentais, apresentamos um cálculo teórico iterativo para a refletividade dos filmes do tipo multicamadas para um número qualquer de camadas, que apresenta vantagens computacionais no ajuste dos dados experimentais ou em simulações. Esta contribuição não necessita as aproximações encontradas em um grande número de trabalhos que envolvem sistemas mais simples. Apresentamos também o cálculo do fluxo de energia dentro de cada camada individual do sistema, o que nos permite determinar o tipo de modo acoplado e a sua localização. O método foi aplicado a diversos sistemas, quando uma das camadas foi modificada. Estes estudos foram realizados como função do ângulo de incidência e do comprimento de onda da radiação incidente para uma variedade de sistemas multicamadas. Nossa simulação teórica se mostra bastante adequada e útil para a projeção de sistemas multicamadas complexos com camadas metálicas e dielétricas para sensores óticos.

Análise energética de sistemas de aquecimento de água com energia solar e gás

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento de água combinando energia solar e gás como fontes energéticas. A ênfase desta análise está na influência que a forma de conexão dos coletores solares e do circuito da fonte auxiliar de energia ao reservatório exercem sobre a eficiência e o custo de operação do sistema. O trabalho engloba uma montagem experimental, caracterização de componentes, validação experimental de um programa de simulação, análises de eficiência utilizando o programa e análises econômicas com dados simulados. Na fase experimental desta Tese, foram montados três sistemas de aquecimento de água. Dois sistemas utilizando reservatórios verticais e um sistema utilizando reservatório horizontal. Os sistemas foram montados com componentes similares: reservatórios metálicos isolados termicamente com capacidade de 600 litros (verticais), reservatório de polietileno isolado termicamente com capacidade de 600 litros (horizontal), 2 coletores solares de placas planas, tubulação de cobre e aquecedores a gás de passagem de 7,5 l /min. Os componentes foram caracterizados mediante a curva de eficiência dos coletores solares, eficiência dos aquecedores a gás de passagem e o coeficiente de perdas térmicas dos reservatórios Sensores foram instalados para monitorar os sistemas em operação. Os sinais dos sensores foram medidos através de uma central de aquisição de dados conectado a um computador. Temperaturas, irradiância solar, consumo de gás e consumo de água foram registrados ao longo do tempo. Os resultados experimentais foram comparados com resultados calculados por meio de um programa desenvolvido no Laboratório de Energia Solar apresentando boa concordância. Utilizando o mesmo programa determinou-se a configuração do sistema de aquecimento de água com energia solar e gás mais eficiente para a cidade de Porto Alegre com um determinado perfil de consumo. Outros tipos de sistemas de aquecimento de água foram simulados para atender o mesmo perfil de demanda. Análises econômicas comparando estes sistemas entre si foram realizadas considerando diversos cenários econômicos.