Projeto e implementação de um sistema de instrumentação eletro-eletrônica para caracterização de escoamentos através de processamento digital de imagens

Historicamente, devido à incompreensibilidade dos fenômenos físicos envolvidos, diversas técnicas de análise experimental de escoamentos foram desenvolvidas. Inicialmente, estas técnicas consistiam em uma simples visualização do escoamento em questão. Visava-se com isto produzir a intuição física a respeito do sistema físico para que futuras teorias pudessem ser formuladas. No entanto, nos anos posteriores, tornou-se necessária a criação de técnicas quantitativas. Neste segmento, a evolução tecnológica da eletrônica propiciou que técnicas intrusivas e não intrusivas fossem criadas. Tal processo culminou com o surgimento da microeletrônica, quando sensores eletrônicos de imagem puderam ser fabricados. Assim, técnicas não intrusivas de velocimetria através de processamento digital de imagens tornaram-se referência, possibilitando a medição de campos de velocidade do escoamento em análise. Tais técnicas são atualmente utilizadas não apenas no meio acadêmico, na investigação da turbulência, como na indústria, em projetos de engenharia que envolvam alta tecnologia. Neste trabalho, apresenta-se uma metodologia para a concepção de um sistema de velocimetria de 2 dimensões por processamento digital de imagens. Para tanto, o sistema de velocimetria foi dividido em duas partes, sendo os equipamentos bem como os conceitos físicos envolvidos em cada uma analisados e descritos Por fim, projetou-se e implementou-se um sistema de velocimetria de 2 dimensões através de processamento digital de imagens, modo PIV. A sua validação foi efetuada sobre um escoamento altamente turbulento interno a um duto circular, cuja solução é conhecida e exaustivamente estudada no decorrer dos anos. O resultado obtido se apresentou totalmente satisfatório e demonstrou a grande importância atual de tal técnica de medição.

Sistema portátil de aquisição de dados para análise dinâmica de estruturas mecânicas

Este trabalho apresenta um sistema microcontrolado para aquisição dinâmica de sinais. O sistema possui condicionadores analógicos para três canais de entrada, possibilitando a leitura de sinais diferenciais provenientes de transdutores ligados em ponte de Wheatstone. Estes condicionadores provêem tensão de excitação AC, com portadora de 5 kHz. A parte digital do sistema baseia-se no microcontrolador Intel 80C196. Apresenta interface com o usuário através de teclado e mostrador de cristal líquido. A taxa de aquisição é de 1000 amostras/s e o armazenamento dos dados é feito em memória Flash de 4 Mbits. Também possibilita comunicação digital serial com um microcomputador tipo PC para análise e tratamento dos dados adquiridos. Um protótipo do equipamento foi montado interligando as partes analógica e digital. Para a calibração dos condicionadores de sinais foi adotado o procedimento de calibração estática, tendo como referência uma unidade de calibração resistiva padrão. Foi determinado o comportamento dos condicionadores através de ensaios dinâmicos, sendo apresentados gráficos de resposta em amplitude e fase em função da freqüência do sinal de entrada. Os dados resultantes de ensaios estáticos e dinâmicos foram adquiridos por um osciloscópio digital e pelo sistema de aquisição desenvolvido. São mostrados gráficos comparativos dos sinais obtidos com ambos os equipamentos.

Análise morfométrica digital na parede aórtica de suínos após implante de stents não revestidos versus stents revestidos com dacron

Os stents são dispositivos intravasculares implantados com o objetivo de dilatar ou fixar a placa de colesterol contra a parede arterial. O objetivo avaliar dois tipos de stents de aço inoxidável, um recoberto com poliéster (dacron) e outro não recoberto, implantados na aorta infra-renal de suínos jovens, foram avaliados por morfometria digital para medir o espessamento intimal. Foi realizado um estudo experimental randomizado, separados em dois grupos(stents não revestidos e revestidos com dacron) e duas fases (I e II). Oito stents recobertos com dacron e oito stents de aço inoxidável (30mm de extensão e 8 mm de diâmetro), não revestidos, foram implantados através de abordagem retroperitoneal na aorta infrarenal normal de 16 suínos normolipêmicos. Para a passagem do sistema de implante, foi necessário uma pequena arteriotomia na aorta distal (fase I). Após quatro semanas, a aorta com os stents foram removidas em monoblocos (fase II). Os valores de hematimetria e do lipidograma foram coletados nas duas fases e não apresentaram alterações que pudessem influenciar o estudo. Amostras de tecido dos sítios de fixação (proximal e distal) dos stents foram retiradas, confeccionadas lâminas, que foram coradas pelas técnicas de hematoxilina e eosina de Verhoeff e enviadas para análise morfométrica digital. A camada intima distal não apresentou diferença estatística significativa. A camada média proximal das porções proximal e da porção distal não apresentaram diferença entre os grupos. Os dois tipos de stents apresentaram 100% de perviedade, boa biocompatibilidade e boa incorporação a parede aórtica de suínos normolipêmicos. A camada íntima proximal do grupo de stents revestidos com dacron apresentou espessura maior do que os stents não revestidos, mas com significância estatísitica limítrofe.

Avaliação das demandas de usuários operadores e engenheiros na elaboração de uma interface gráfica de um sistema supervisório (SDCD) de uma planta petroquímica

Este trabalho tem como objetivo identificar, analisar e selecionar as variáveis prioritárias para o controle de um Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD) de transporte pneumático de esferas de uma Petroquímica. O método adotado no estudo foi o Desenho Comentado de Guimarães (1993), onde o usuário é filmado enquanto desenha e verbaliza sobre como se dá o funcionamento e o controle do sistema em estudo. O método permitiu conhecer as necessidades e prioridades dos sujeitos envolvidos na pesquisa e identificou diferenças entre as opiniões, que impactam na concepção da interface: basicamente, os operadores e engenheiros entendem o funcionamento do sistema de forma semelhante mas divergem na forma de conceber uma tela para o controle do mesmo sistema. Os sujeitos engenheiros foram mais detalhistas e preocupados com a segurança do sistema, ao verbalizarem mais variáveis nos dois modos de operação (funcionamento e controle) se comparados com os operadores. Os operadores mostraram preferência por uma interface que represente a área. Pode-se concluir que os operadores têm uma visão local (operacional) do sistema supervisório e os engenheiros têm uma visão global (gerencial) do mesmo sistema. Uma proposta de interface que concilie os conhecimentos teórico e tácito dos dois sujeitos parece ser a melhor alternativa de interface a ser testada.

Ferramenta computacional para a medição de campos de velocidade utilizando processamento digital de imagens

A proposta deste trabalho, consiste na elaboração de uma ferramenta computacional para a medição de campos de velocidades em escoamentos com baixas velocidades (< 0,5 m/s) utilizando o processamento digital de imagens. Ao longo dos anos, inúmeras técnicas foram desenvolvidas com este objetivo. Para cada tipo de aplicação, uma técnica se aplica com maior ou menor eficiência do que outras. Para o caso de estudos em fluídos transparentes, onde o escoamento pode ser visualizado, técnicas que utilizam processamento digital de imagens vêm ganhando um grande impulso tecnológico nos últimos anos. Este impulso, é devido a fatores como: câmaras vídeo filmadoras de última geração, dispositivos de aquisição de imagens e componentes de processamento e armazenamento de dados cada vez mais poderosos. Neste contexto, está a velocimetria por processamento de imagens de partículas cuja sigla é PIV (particle image velocimetry). Existem várias formas de se implementar um sistema do tipo PIV. As variantes dependem, basicamente, do equipamento utilizado. Para sua implementação é necessário, inicialmente, um sistema de iluminação que incide em partículas traçadoras adicionadas ao fluido em estudo. Após, as partículas em movimento são filmadas ou fotografadas e suas imagens adquiridas por um computador através de dispositivos de captura de imagens. As imagens das partículas são então processadas, para a obtenção dos vetores velocidade. Existem diferentes formas de processamento para a obtenção das velocidades. Para o trabalho em questão, devido às características dos equipamentos disponíveis, optou-se por uma metodologia de determinação da trajetória de partículas individuais, que, apesar de limitada em termos de módulo de velocidade, pode ser aplicada a muitos escoamentos reais sob condições controladas Para validar a ferramenta computacional desenvolvida, imagens ideais de partículas foram simuladas como se estivessem em escoamento, através do deslocamento conhecido de vários pixels. Seguindo o objetivo de validação, foi utilizada ainda uma imagem real de partículas, obtida com o auxílio de um plano de iluminação de luz coerente (LASER) e câmaras de vídeo tipo CCD. O programa desenvolvido foi aplicado em situações de escoamento real e os resultados obtidos foram satisfatórios dentro da escala de velocidades inicialmente presumida.

Análise experimental do sistema "vórtice ferradura" no escoamento ao redor de um cilindro circular

Este trabalho apresenta o estudo de um sistema hidrodinâmico encontrada em muitas situações dentro da mecânica dos fluidos: o Vórtice Ferradura. Esta estrutura possui características bastante complexas e seu comportamento ainda é pouco compreendido e explicado. Assim, o escoamento ao redor do cilindro circular, em leito fixo, foi investigado experimentalmente, com o propósito de tentar caracterizar o comportamento hidrodinâmico do Vórtice Ferradura através da visualização de escoamento e medições de pressão. Para o trabalho, um cilindro foi montado. As visualizações do Vórtice foram feitas através de uma janela de visualização na seção de testes do canal. A filmagem foi feita através de uma câmera de vídeo VHS, de uso doméstico, e injeção de corante. As medições de pressão foram feitas através do emprego de transdutores de pressão, e divididas em dois grupos: (i) medições de pressão feitas no leito do canal, na linha de simetria, na região de escoamento próxima ao Vórtice; (ii) medições de pressão do escoamento na superfície do cilindro. As imagens, assim como os dados de transdutor, foram transportados para o meio digital para posterior manipulação e análise. Os resultados confirmam algumas descrições fornecidas pela literatura, bem como, também levantam algumas considerações sobre o assunto: as imagens permitiram a visualização das etapas de formação do Vórtice, descrever modificações em seu diâmetro ao longo dos ensaios, reconhecer a variabilidade espacial de sua posição e detectar a presença de um vórtice secundário. Os dados de transdutor descreveram o campo de pressões no leito do canal, modificado pela presença do cilindro e, ao redor da superfície do mesmo, bem como, o comportamento das flutuações de pressão, correlações, autocorrelações e espectros das flutuações de pressão dos transdutores, para estas situações.

Implantação e uso de sistema de informações geográficas para a Área Antártica Especialmente Gerenciada Baía do Almirantado, Ilha Rei George, Antártica

Esta dissertação descreve a implementação de um Sistema de Informações Geográficas (SIG) para a Área Antártica Especialmente Gerenciada (AAEG) da Baía do Almirantado, Ilha Rei George, Arquipélago das Schetland do Sul, Antártica. O trabalho constituiu na definição de equipamentos e do SIG (ARC/INFO) necessários para a operação do sistema e integração dos dados nos diferentes formatos. Os primeiros planos de informação para este SIG estão prontos: (1) altimetria; (2) batimetria; (3) linha de costa; (4) glaciologia; (5) áreas livres de gelo; (6) ocupação humana (feições antropogênicas); e (7) toponímias. Os resultados são apresentados através de quatro estudos, exemplificando algumas de suas aplicações no gerenciamento da área. Inicialmente realizou-se a revisão dos limites da AAEG, conforme sugestões do Protocolo ao Tratado Antártico sobre Proteção ao Meio Ambiente (Protocolo de Madri), a área total foi recalculada em 362km2 (anteriormente calculada em 370 km2). A partir da geração de um Modelo Digital de Elevação (MDE) obteve-se a visualização tridimensional da área, que possibilitou a descrição de algumas de suas características geomorfológicas e revisão de cálculos morfométricos. As águas da AAEG possuem um volume de 24,1km3, sendo 22,7 km3 pertencentes a Baía do Almirantado e 1,4km3 ao Estreito de Bransfield. Com a integração de dados multitemporais, quantificou-se a retração das frentes de gelo da Baía do Almiratado, constatando-se a perda de 22,5km2 de gelo (12% da cobertura atual) entre 1956 e 2000. E, finalmente, a Península Keller serviu como área teste para um pequeno estudo de impacto ambiental, sendo identificado conflito da ocupação humana com áreas de reprodução, constatando-se a ocorrência de impacto superior a um impacto menor ou transitório, segundo as definições do Protocolo Madri. A implementação do sistema seguiu os padrões de Working Group of Geodesy and Geographic Information (WG-GGI) do Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR), permitindo a compatibilidade com projetos internacionais. O SIG serve como importante ferramenta de apoio ao gerenciamento da AAEG, podendo ser utilizado no planejamento de atividades científicas e logísticas, monitoramento e avaliações de impacto ambiental.

Localização de imagens ao microscópio utilizando processamento digital de imagem

O exame de sangue é um dos procedimentos de análises clínicos mais utilizados pelo largo espectro de anomalias que consegue detectar. A contagem de células de sangue, objeto deste trabalho, é um destes exames. A contagem manual é feita por um operador que examina ao microscópio, com ampliação adequada, uma amostra eventualmente tratada ou colorida. Ainda hoje há casos em que contagem manual é necessária mas é cada vez mais freqüente a utilização da contagem automática, feita através de citômetro de fluxo. Esta dissertação aborda um sistema de contagem de células do sangue por processamento digital de imagens e pode ser automático ou semi-automático. O projeto é fruto de uma parceria entre o LaPSIDELET e o HCPA. Deste projeto surgiu o SAIMO (Sistema de Aquisição de Imagens para uso em Microscopia Óptica). No estágio atual o SAIMO possui algumas limitações no controle de posicionamento e no campo de visão limitado. O controle de posicionamento atual fica a cargo do operador: não há informação sobre as imagens já adquiridas, podendo ocorrer sobreposição. Devido à limitação do campo de visão, várias aquisições devem ser feitas para se obter o número mínimo de células recomendado. Além disso, há um possível aumento de erro de contagem associado às imagens parciais de célula presentes nas bordas das imagens. Este trabalho tem como proposta solucionar o problema de controle de posicionamento das aquisições, com a localização da cena durante a captura da imagem. Além disso, é proposta uma técnica de composição de mosaico com as imagens adquiridas, reduzindo os problemas causados pelo campo de visão limitado. Também são propostos métodos de préprocessamento apropriados às imagens adquiridas, que proporcionam a redução do tempo das tarefas subseqüentes. O método de validação das localizações verifica se as coordenadas encontradas por este processo são consistentes. Os resultados obtidos mostraram que o método é rápido na localização e eficiente na composição do mosaico, podendo ser utilizado como parte de um sistema de contagem de células por processamento digital de imagens.