Análise termoelástica experimental e computacional por elementos finitos da parede externa em concreto armado de um forno de cozimento de anodo

Nesta dissertação foi desenvolvido um estudo sobre o comportamento de uma estrutura em concreto armado submetida a elevadas variações térmicas. A estrutura analisada consiste na parede externa de um forno de cozimento de anodo utilizado na produção de Alumínio, e está submetida a variações térmicas de cerca de 125C devido à própria operação do forno. As motivações principais para o estudo foram a ocorrência de grandes deformações e o surgimento de fissuras na estrutura, o que poderia provocar a inutilização do forno. O objetivo do trabalho foi a investigação das causas destas patologias, assim como o estabelecimento de propostas para reforço da estrutura. Para isso, foram realizados estudos experimentais e computacionais do comportamento da estrutura. Inicialmente, a estrutura foi monitorada utilizando-se transdutores de deslocamento e sensores de temperatura (termopares), conectados a um sistema de aquisição de dados para obtenção e armazenamento automática das amostras ao longo do tempo. Em seguida, foram desenvolvidos modelos computacionais em Elementos Finitos com auxilio do programa computacional Algor, para determinação da distribuição de temperatura e as correspondentes tensões e deformações de origem térmica na estrutura. Nestes estudos, foram realizadas análises estacionárias e transientes de condução de calor, seguidas de análises de tensões de origem térmica. Como conclusão do estudo, tem-se que a metodologia proposta para a solução do problema foi bastante satisfatória, solucionando o problema de forma precisa, porém econômica.

Monitoração e análise de grandezas da qualidade da energia elétrica em processos industriais utilizando instrumentação virtual

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados elétricos de cargas motrizes no processo industrial de sistema de rede automatizada baseado em instrumentação virtual, permitindo a monitoração e análise de distúrbios relacionados à Qualidade de Energia Elétrica (QEE) em regime permanente, como variação de tensão, distorção harmônica e desequilíbrio de tensão, onde os resultados possam ser visualizados em uma interface amigável e intuitiva ao usuário e armazenados de maneira conveniente em um banco de dados. Este sistema é uma solução viável por ter baixo custo na sua implementação e flexível para a monitoração e análise de parâmetros de QEE nos processos industriais quando comparada com a instrumentação tradicional.

Monitoramento do desempenho de diferentes tecnologias de módulos fotovoltaicos

Este trabalho consiste na avaliação experimental de 13 módulos fotovoltaicos de 5 diferentes tecnologias. Para isso foi instalado na área externa do laboratório do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas na Universidade Federal do Pará um campo de testes para medição de módulos a sol real, com os testes realizados no período de 21/10/12 a 30/08/2013. Essas medições possibilitaram a aquisição das principais variáveis de interesse nessa aplicação que são: irradiação solar, temperatura da parte posterior dos módulos, tensão e corrente elétrica e curva IV. A partir dessas medições foram calculados parâmetros como eficiência, desempenho global, produtividade, entre outros. Essas grandezas determinam as cacterísticas de geração dos módulos fotovoltaicos e são fundamentais para se entender seu funcionamento, sendo elas apresentadas detalhadamente na forma gráfica ao longo deste trabalho. Além dos dados experimentais, o estudo traz como contribuição um panorama geral sobre o estado da arte de módulos fotovoltaicos, experiências adquiridas durante o período de monitoramento, características do sistema de aquisição de dados desenvolvido e uma análise da influência de sombreamento no desempenho dos módulos fotovoltaicos.

Experimentos de mineração de dados aplicados a sistemas scada de usinas hidrelétricas

O atual modelo do setor elétrico brasileiro permite igualdade de condições a todos os agentes e reduz o papel do Estado no setor. Esse modelo obriga as empresas do setor a melhorarem cada vez mais a qualidade de seu produto e, como requisito para este objetivo, devem fazer uso mais efetivo da enorme quantidade de dados operacionais que são armazenados em bancos de dados, provenientes da operação dos seus sistemas elétricos e que tem nas Usinas Hidrelétricas (UHE) a sua principal fonte de geração de energia. Uma das principais ferramentas para gerenciamento dessas usinas são os sistemas de Supervisão, Controle e Aquisição de Dados (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA). Assim, a imensa quantidade de dados acumulados nos bancos de dados pelos sistemas SCADA, muito provavelmente contendo informações relevantes, deve ser tratada para descobrir relações e padrões e assim ajudar na compreensão de muitos aspectos operacionais importantes e avaliar o desempenho dos sistemas elétricos de potência. O processo de Descoberta de Conhecimento em Banco de Dados (Knowledge Discovery in Database - KDD) é o processo de identificar, em grandes conjuntos de dados, padrões que sejam válidos, novos, úteis e compreensíveis, para melhorar o entendimento de um problema ou um procedimento de tomada de decisão. A Mineração de Dados (ou Data Mining) é o passo dentro do KDD que permite extrair informações úteis em grandes bases de dados. Neste cenário, o presente trabalho se propõe a realizar experimentos de mineração de dados nos dados gerados por sistemas SCADA em UHE, a fim de produzir informações relevantes para auxiliar no planejamento, operação, manutenção e segurança das hidrelétricas e na implantação da cultura da mineração de dados aplicada a estas usinas.

Projeto e implementação de um nodo sensor para aquisição de sinais de extensômetros em redes de sensores sem fio aplicado ao monitoramento de deformações em estruturas

Esta dissertação tem como objetivo principal propor um nodo (ou nó) sensor sem fio para ser utilizado em redes de sensores sem fio, em sistemas de aquisição de dados de extensômetros. O sistema de aquisição para os extensômetros é baseado na ponte de Wheatstone e de modo a permitir várias configurações de extensômetros. O processamento e a comunicação sem fio é realizada pelo ATmega128RFA1, composto por um microcontrolador e um transceiver Rádio-Frequência com o padrão Zigbee. O nodo foi projetado para garantir confiabilidade na aquisição de dados e ser totalmente controlado remotamente. Entre os parâmetros controláveis estão: o ganho do sinal e a taxa de amostragem. Além disso, o nodo possui recursos para efetuar o equilíbrio da ponte de Wheatstone automaticamente. A escolha de seus componentes, baseou-se em critérios relacionados ao consumo de energia do mesmo e ao custo. Foi concebida uma placa de circuito impresso (PCI) para o nodo, e sobre ela foram realizadas estimativas sobre o consumo de energia e valor agregado do protótipo, com o objetivo de analisar a sua viabilidade. Além do projeto do nodo sensor, o trabalho apresenta a proposta de integração do mesmo em uma rede de sensores sem fio (RSSF), incluindo a sugestão do hardware complementar e desenvolvimentos dos softwares. Para os testes do nodo sensor, foi construido experimentalmente um transdutor de força.

Sistema de gerenciamentode energia como ferramenta de eficiência energética na indústria

Este trabalho propõe uma metodologia para o gerenciamento de energia como uma ferramenta de Gestão de Eficiência Energética na Indústria pelo lado do consumo de energia no processo produtivo de uma indústria. Uma ação importante neste processo é a criação da interatividade entre os usuários e a energia elétrica. É proposto a implementação de dispositivos de medição, controle e diagnostico, a fim de obter um melhor aproveitamento do uso da energia elétrica, e com a aquisição dos dados oriundos destes dispositivos permitirem o gerenciamento para redução do consumo de energia e fazer a gestão visando a eficiência energética. São apresentados resultados do sistema proposto nas áreas com centrais de refrigeração de uma indústria de produtos plásticos para atendimento à indústria alimentícia. No presente estudo, aplicou-se também uma metodologia chamada de medição e verificação (M&V) para avaliar o percentual efetivo de economia obtido após a implantação das ações de eficiência energética.

Localização de falhas em linhas de transmissão utilizando decomposição harmônica e redes neurais artificiais

Este trabalho propõe a utilização de uma nova metodologia para a localização de falhas em linhas de transmissão (LT). Esta metodologia consiste na utilização da decomposição harmônica da corrente de fuga de uma linha e na aplicação de uma Rede Neural Artificial (RNA) capaz de distinguir padrões da condição normal de funcionamento e padrões de situações de falhas de uma LT. Foi utilizado um modelo Pi capaz de absorver dados reais de tensão e corrente de três fases e de alterar valores de R, L e C segundo modificações ambientais. Neste modelo foram geradas falhas em todas as torres com diferentes valores de capacitância. A saída fornecida pelo modelo é a decomposição da corrente de fuga do trecho considerado. Os dados de entrada e saída do modelo foram utilizados no treinamento da RNA desenvolvida. A aquisição de dados reais de tensão e corrente foi feita através de analisadores de parâmetros de qualidade de energia elétrica instalados nas extremidades de um trecho de LT, Guamá-Utinga, pertencente à Centrais Elétricas do Norte do Brasil ELETRONORTE. O cálculo dos parâmetros construtivos foi feito através do método matricial e melhorado através da utilização do Método de Elementos Finitos (MEF). A RNA foi desenvolvida com o auxílio do software Matlab. Para treinamento da RNA foi utilizado o algoritmo de Retropropagação Resiliente que apresentou um bom desempenho. A RNA foi treinada com dois conjuntos de dados de treinamento para analisar possíveis diferenças entre as saídas fornecidas pelos dois grupos. Nos dois casos apresentou resultados satisfatórios, possibilitando a localização de falhas no trecho considerado.

Bancada experimental para ensaios em geradores elétricos utilizados em aerogeradores de pequeno porte

Este trabalho apresenta uma bancada para testes em geradores elétricos, utilizados em aerogeradores de pequeno porte. O sistema é composto basicamente por um motor de indução trifásico, que simula um rotor eólico, acoplado mecanicamente ao gerador elétrico submetido ao ensaio; um inversor de frequência, usado para variação da velocidade do motor; transdutores de grandezas elétricas, que efetuam a medição dos parâmetros de interesse (tensões e correntes instantâneas) na saída do gerador; um sensor de velocidade angular, para medição da rotação que é fornecida ao eixo do motor; um microcomputador, para monitoração e armazenamento dos parâmetros medidos, e controle do inversor de frequência, por meio de um programa computacional desenvolvido; e uma placa de aquisição de dados, que serve como interface entre os transdutores/sensores e o microcomputador. A velocidade angular fornecida ao gerador em ensaio pode ser variada conforme valores fornecidos de velocidades de vento, as quais são associadas a valores correspondentes de rotação, a fim de simular o comportamento de um rotor eólico. Dessa forma, é possível traçar a curva de potência (potência versus velocidade de vento) do gerador ensaiado e analisar seu desempenho. Apresenta-se também neste trabalho os resultados de medições realizadas na bancada, referentes aos ensaios de um gerador comercial de pequena potência (1 kW) e de outro desenvolvido em projeto de pesquisa, ambos do tipo de imã permanente com fluxo axial.

Programa computacional com interface gráfica para identificação estocástica de parâmetros modais de estruturas civis: aplicação em pontes e torres de linha de transmissão

O interesse no comportamento dinâmico de estruturas metálicas vem crescendo nas últimas décadas no Brasil, em decorrência de acidentes com colapso total de algumas estruturas devido às vibrações ambientes em diversas regiões do país. Na região amazônica, por exemplo, onde esse tipo de estrutura deve vencer obstáculos como florestas e rios de grande largura, casos de colapso total de estruturas metálicas também são relatados. O foco principal dessa dissertação é o estudo do comportamento modal de estruturas metálicas submetidas às vibrações ambientes cuja magnitude das forças de excitação é desconhecida. Dois estudos de caso são apresentados: no primeiro deles, o comportamento modal de uma torre de linha de transmissão de energia elétrica é investigado; e no segundo caso, tanto o comportamento modal como os níveis de desconforto de uma ponte são estudados. Os estudos realizados neste último caso visam avaliar os níveis de desconforto da ponte quando submetida às excitações ambientes como rajadas de vento e o tráfego de veículo de acordo a norma brasileira NBR 8800 (1986). Em ambos os estudos de caso foram realizadas análises experimentais e computacionais. Na etapa experimental, ambas as estruturas foram monitoradas com emprego de um conjunto de acelerômetros de baixa freqüência e também de um sistema de aquisição apropriados para ensaios de vibração de estruturas civis. Como é muito difícil medir a magnitude das forças de excitação ambientes, foram utilizados os métodos de identificação estocásticos SSI-DATA e SSI-COV para extração de parâmetros modais de estruturas civis a partir somente dos dados de resposta coletados nos ensaios de vibração. Entre as atividades desenvolvidas nessa etapa, destaca-se a criação de um programa computacional com recursos do Graphical User Interface (GUI) da plataforma Matlab®, destinado à identificação modal de estruturas civis com o emprego dos referidos métodos estocásticos. Esse programa é constituído de três módulos: o primeiro é destinado ao processamento e tratamento dos sinais coletados nos ensaios de vibração; o segundo é utilizado para adicionar as informações do posicionamento dos acelerômetros utilizados nos arquivos dos sinais de resposta; e o terceiro e último módulo é destinado à identificação a partir dos arquivos de dados de resposta processados nos dois primeiros módulos. Na etapa das análises teóricas, foram criados modelos numéricos utilizando o método dos elementos finitos para simular o comportamento dinâmico das estruturas analisadas. Comparando os resultados obtidos em ambas as etapas de análise, verifica-se que resultados experimentais e teóricos apresentaram parâmetros bastante próximos entre si nos primeiros modos de vibração. Os resultados experimentais mostraram que ambos os métodos estocásticos foram muito eficientes na identificação das estruturas ensaiadas.

A representação social da moradia por idosos: um estudo sobre a autoconstrução na baixada de Belém

A pesquisa demarca a década de 1970, pois este período em conjunto com as duas décadas anteriores (1950 e 1960), consolidou dois fenômenos decisivos para a configuração social, econômica e espacial brasileira: o intenso processo de urbanização experimentado pelo Brasil com a conseqüente consolidação do padrão desenvolvimentista proposto pelo governo federal. Em virtude destes fatores, as baixadas foram a opção viável aos trabalhadores que buscaram fixar moradia em Belém do Pará, impulsionados pelo anseio de melhores condições de vida. Tem, como ponto de referência, a autoconstrução de moradias realizada por idosos. Focaliza a representação social desta ação por 8 sujeitos, hoje idosos, da classe trabalhadora da baixada do bairro do Guamá em Belém do Pará, mais especificamente, da Passagem Pedreirinha, que resguarda sujeitos idosos migrantes entre seus moradores e que permanecem lá desde aquele período. Inicialmente foi aplicada uma enquete em todas as casas da rua para selecionar aquelas que se encontravam dentro do objetivo da pesquisa. Foram visitadas 48 residências com sujeitos respondentes. Destas, 18 onde residiam idosos foram selecionadas. Assim, foram escolhidas as casas, em que na enquete o morador entrevistado informou que a casa era própria e que a construção se deu, ao longo da década de 70, pelo morador hoje idoso. Por fim, foram aplicadas entrevistas a 8 idosos selecionados, utilizando como instrumento para a aquisição dos dados o formulário com a intenção de alcançar informações diretas dos respondentes. Constata que a resistência baseada em ações surgidas de indivíduos ante a emergência de necessidades, sem direção política ou ideológica definida pode, por vezes, comparada às formas tradicionais de luta e resistência, parecer atitude isolada e inoperante para alterações do sistema.

Implementação e análise do desempenho de técnicas de monitoramento através de medição de vibração e correlação com corrente estatórica

A crescente demanda por energia elétrica aliada à grande importância deste setor para o sistema econômico nacional tem levado o governo e empresas particulares a investirem em estudos que possibilitem melhorar o desempenho dos sistemas envolvidos nesse processo, em virtude dos relevantes ganhos que esta iniciativa pode produzir. Neste contexto, esse trabalho é uma contribuição ao estudo do desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico de defeitos para a máquina hidrogeradora número 3 da Usina Hidrelétrica de Coaracy Nunes, localizada no Estado do Amapá. Em muitas situações os métodos de análise de vibrações são utilizados para detectar a presença de falhas nesse tipo de máquina, neste trabalho também será utilizada a análise dos sinais de corrente para fornecer indicações similares. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia de diagnóstico de defeito em máquinas elétricas através dos sinais de vibração e correlação com a análise da corrente do estator. No decorrer deste trabalho apresenta-se uma revisão bibliográfica das técnicas de monitoramento e diagnóstico das condições das máquinas elétricas, através dos ensaios de vibração correlacionados com as características da corrente estatórica. O resultado da correlação da medição de vibração com a medição de corrente se baseia em uma metodologia implementada por um sistema de aquisição e de processamento de dados desenvolvido na plataforma LabView. Os resultados experimentais foram obtidos a partir de defeitos mecânicos (desbalanceamento mecânico e defeitos nas pistas, externa e interna dos rolamentos) induzidos em uma bancada experimental concebida com intuito de representar um sistema de geração. Finalizando, os sinais de vibração e corrente foram analisados e comparados para verificar se os defeitos que foram evidenciados pelo método convencional de vibração alteravam o comportamento dos sinais de corrente. Os bons resultados desse trabalho mostram a viabilidade em estudos futuros nesta área.

Aquisição de relações condicionais simétricas e não simétricas e formação de classes por Cebus apella

A dificuldade em documentar a formação de classes em não-humanos pode ser devida ao uso de procedimentos de treino e teste desenvolvidos no contexto da pesquisa com participantes humanos. Diferenças entre as situações de treino e de teste podem produzir a deterioração do desempenho nos testes. Este estudo teve como objetivo comparar, em macacos-prego (Cebus spp.), a curva de aquisição de relações condicionais simétricas com a curva de aquisição de relações condicionais não simétricas, a partir de linhas de base condicionais diferentes para cada tipo de treino. Essa comparação pode fornecer indícios de formação de classes sem a necessidade de testes formais previstos no modelo descritivo de equivalência de estímulos. Foram utilizados, como participantes, dois macacos prego machos Cebus spp. um jovem-adulto (M09) e um adulto (M12), ambos com história de treino de discriminações simples e condicionais. Foram utilizados seis pares de estímulos bidimensionais (A1-B1, A2-B2, A3-B3, A4-B4, A5-B5 e A6-B6). O procedimento foi composto por três fases: Fase 1, “preparatória”, de treino das discriminações condicionais A1-B1 e A2-B2 utilizando o procedimento de emparelhamento ao modelo arbitrário com atraso zero; Fase 2, “consistente” ou “simétrica”, de treino da discriminação condicional A3-B3 e A4-B4 seguida do treino da discriminação condicional consistente com o padrão de resposta bidirecional (B3-A3 e B4-A4); Fase 3, “inconsistente” ou “assimétrica”, de treino da discriminação condicional A5-B5 e A6-B6 seguido do treino da discriminação condicional inconsistente com o padrão bidirecional (B5-A6 e B6-A5). O Sujeito M12 concluiu todas as etapas do experimento. A análise comparativa das curvas de desempenho do sujeito M12 indica uma aquisição mais rápida quando as relações treinadas são simétricas, sugerindo que os eventos arbitrariamente relacionados compõem uma mesma classe. Tal resultado sugere que a análise comparativa entre as curvas de desempenho é um procedimento promissor para avaliar formação de classes em sujeitos não-humanos. O sujeito M09 foi retirado do experimento na Subfase 3.1, pois seu desempenho não alcançou o critério de aquisição. Os dados do sujeito M09 sugerem a necessidade de uma análise detalhada das relações de controle durante a tarefa de MTS possibilitando assim o refinamento do procedimento de treino de emparelhamento ao modelo arbitrário.

Análise de resolução em tomografia interpoços em 3-D

A aplicação de métodos de inversão aos dados de múltiplos levantamentos sísmicos interpoços permite a reconstrução de modelos de vagarosidade em 3-D de alta resolução adequados para monitoramento de processos de recuperação avançada de petróleo e caracterização de reservatórios. Entretanto, a falta de cobertura volumétrica uniforme de raios de levantamentos interpoços exige informação adicional ao sistema tomográfico para obtenção de soluções estáveis. A discretização do modelo em uma malha 3-D com células prismáticas triangulares e a decomposição em valores singulares são utilizadas para avaliar a reconstrução tomográfica em 3-D. O ângulo da projeção de modelos-alvo no subespaço ortogonal ao espaço nulo efetivo da matriz tomográfica é um critério adequado para se otimizar a malha de discretização do modelo interpretativo e a geometria de aquisição dos dados de modo a melhorar o condicionamento da reconstrução tomográfica. Esta abordagem pode ser utilizada durante as iterações lineares para redefinir a malha ou avaliar a necessidade de informação a priori adicional ao sistema tomográfico.

Desenvolvimento de um conjunto de modelagem de alta resolução para os métodos eletromagnéticos indutivos

A Modelagem Eletromagnética Analógica tem sido uma poderosa ferramenta no estudo das respostas eletromagnéticas de uma grande variedade das técnicas de levantamentos e de modelos geológicos. Nas aplicações de métodos eletromagnéticos nas investigações de contaminação no subsolo, recentemente em grande demanda, são obtidas anomalias muito baixas (da ordem de 0,01% do campo primário). Com o objetivo de estudar em laboratório os problemas de levantamentos eletromagnéticos para alvos de baixo número de indução, um conjunto de modelagem em escala reduzida de alta sensibilidade, foi projetado e construído. Este conjunto opera na faixa de freqüência de 1 kHz até 1 MHz com excelente linearidade. O transdutor de transmissão gera suficiente densidade de fluxo magnético com corrente de até 3 App (pico a pico) circulando nele. O sistema de recepção, isto é, o conjunto de bobinas receptoras mais o pré-amplificador acoplado apresenta sensibilidade 3 V/A/m na freqüência de 10 kHz com inclinação de 20 dB/dec de freqüência. A alta sensibilidade do sistema de recepção combinada com a boa capacidade de geração do sistema transmissor, permite alcançar a resolução de 0,025% do campo primário. O conjunto dispõe ainda, de um sistema mecânico que permite posicionar o sistema de transdutores (transmissor e receptor) em posições arbitrárias com resolução de 1 mm e precisão de 0,05 mm. A precisão no deslocamento linear do sistema de sonda numa linha de 1715 mm de comprimento é alcançada por meio de um motor de passo controlado por um microcontrolador, que é rigidamente acoplado a um fuso que converte o movimento angular do motor em movimento linear. Com este conjunto, é possível simular uma grande variedade de técnicas de levantamentos eletromagnéticos no formato Slingram, isto é, dipolo-dipolo. Além da boa resolução mecânica e boa resolução de medida eletromagnética do conjunto, todo o processo de controle e aquisição de dados é operacionalizado por meio de um computador mestre.

Determinação da velocidade e sentido do fluxo de águas subterrâneas utilizando radioisótopos pela técnica do poço único

Metodologia radioisotópica, através da técnica do poço único, foi empregada com o objetivo de determinar a velocidade e o sentido de deslocamento do fluxo de águas subterrâneas, utilizando traçadores radioativos, em poços piezométricos situados no campus da Universidade Federal do Pará (UFPA), em Belém-PA, às margens do Rio Guamá. Foi utilizado o iodo-131 como radiotraçador e a aquisição dos dados foi feita através de sistema espectrométrico, utilizando detectores de radiação. A aplicação dessa técnica na determinação conjunta da velocidade e sentido do fluxo, embora não seja usual, permitiu concluir que se trata de uma alternativa promissora que pode ser aplicada rotineiramente, proporcionando clareza e segurança nos resultados.