Modelagem e controle de uma incubadora neonatal

Este trabalho apresenta uma introdução sobre a história da neonatologia, a conceituação e a modelagem matemática do sistema térmico de uma incubadora neonatal, contendo a relação da mesma com um recém-nascido quanto a trocas térmicas, a partir da primeira lei da termodinâmica. É apresentado o método que foi utilizado para a linearização (Séries de Taylor) e os pontos de operação calculados para o sistema linear obtido no formato de espaço de estados, e a partir deste foi obtida uma representação em função de transferência. A partir da modelagem matemática do sistema, foi realizado um teste em malha aberta para verificar as características do mesmo, como estabilidade, constante de tempo e convergência para um valor final desejado, e como o sistema real opera em malha fechada, foi também realizado um teste com o sistema nesta configuração contendo um ganho unitário de malha. O comportamento do sistema não linear foi comparado ao do sistema linearizado através de suas curvas de resposta temporal a uma entrada degrau para a verificação da validade da representação linear, e após a sua validação, diagramas de bode foram gerados para diferentes parâmetros do modelo, para observar-se o efeito desta variação no comportamento dinâmico da planta, e foi percebido que o comportamento do modelo não é alterado de forma substancial para a variação dentro das faixas verificadas. Um controlador proporcional e integral (PI) foi então projetado para a eliminação do erro de regime permanente presente resposta temporal do sistema.. Testes sob diversas condições de operação foram realizados no sistema linear assim como as curvas de variação de temperatura foram obtidas com o controlador aplicado no modelo não linear, sendo os resultados considerados satisfatórios para este tipo de aplicação. Este trabalho foi realizado com o auxílio da ferramenta computacional Simulink do software Matalb®.

Acionamento vetorial por controlador fuzzy modo deslizante de motor de indução

Este trabalho estuda a técnica de acionamento vetorial aplicado ao motor de indução trifásico (MIT), utilizando como estratégia de controle a combinação de controle fuzzy com controladores chaveados do tipo modo deslizante, em uma configuração aqui denominada de Controlador Fuzzy Modo Deslizante (FSMC – Do inglês: Fuzzy Sliding Mode Control). Um modelo dinâmico do MIT é desenvolvido em variáveis ‘d-q’ o que conduziu a um modelo eletromecânico em espaço de estados que exibe fortes não linearidades. A este modelo são aplicadas as condições de controle vetorial que permitem desacoplar o torque e o fluxo no MIT, de maneira que o seu comportamento dinâmico se assemelha àquele verificado em uma máquina de corrente contínua. Nesta condição, são implementados controladores do tipo proporcional e integral (PI) às malhas de controle de corrente e velocidade do motor, e são realizadas simulações computacionais para o rastreamento de velocidade e perturbação de carga, o que levam a resultados satisfatórios do ponto de vista dinâmico. Visando investigar o desempenho das estratégias não lineares nesta abordagem é apresentado o estudo da técnica de controle a estrutura chaveada do tipo modo deslizante. Um controlador modo deslizante convencional é implementado, onde se verifica que, a despeito do excelente desempenho dinâmico a ocorrência do fenômeno do “chettering” inviabiliza a aplicação desta estratégia em testes reais. Assim, é proposta a estratégia de controle FSMC, buscando associar o bom resultado dinâmico obtido com o controlador modo deslizante e a supressão do fenômeno do chettering, o que se atinge pela definição de uma camada de chaveamento do tipo Fuzzy. O controlador FSMC proposto é submetido aos mesmos testes computacionais que o controlador PI, conduzindo a resultados superiores a este último no transitório da resposta dinâmica, porém com a presença de erro em regime permanente. Para atacar este problema é implementada uma combinação Fuzzy das estratégias FSMC com a ação de controle PI, onde o primeiro busca atuar em regiões afastadas da superfície de chaveamento e o segundo busca introduzir o efeito da ação integral próximo à superfície. Os resultados obtidos mostram a viabilidade da estratégia em acionamento de velocidade variável que exigem elevado desempenho dinâmico.

Simulação de sistemas de simples estágios de refrigeração por compressão de vapor

Na atualidade, o estudo do desempenho térmico de um sistema de refrigeração por compressão de vapor representa uma ferramenta importante no auxílio do desenvolvimento de novos produtos ou melhoria dos já existentes. Um modelo de simulação em regime permanente foi elaborado para avaliar o desempenho do sistema frigorífico. O sistema estudado inclui uma Central de Ar Condicionado, modelo PA HILTON, constituída de um compressor alternativo do tipo semi-hermético, evaporador e condensador compacto de tubos e aletas e uma válvula de expansão termostática. O modelo do condensador considera três regiões distintas de troca de calor as quais são respectivamente a região de dessuperaquecimento, condensação e subresfriamento. Para a modelagem do evaporador, foram consideradas as regiões de evaporação e superaquecimento. No modelo de simulação foram utilizadas correlações adequadas para a estimativa dos coeficientes de transferência de calor e perda de pressão para cada região do evaporador e condensador. Não foram consideradas a transferência de calor e queda de pressão nas linhas de conexão entre os componentes. A solução do sistema de equações não lineares resultantes da modelagem matemática dos componentes do sistema simulado foi obtida utilizando-se o método das substituições sucessivas com o emprego do software Engineenng Equation Solver . Os resultados obtidos pelo modelo de simulação apresentaram erros inferiores a 9% em relação aos valores experimentais.

Técnica de projeto de controlador fuzzy aplicada ao acionamento vetorial de motor de indução

Este trabalho investiga uma estratégia de controle fuzzy Takagi-Sugeno aplicada ao controle de velocidade do motor de indução. A estratégia implementa uma interpolação ponderada entre um conjunto de controladores locais previamente projetados. Ao ocorrer variações nas condições operacionais do motor de indução, os ganhos da lei de controle são ajustados automaticamente, de modo a manter satisfatório o desempenho do sistema de controle. Para o projeto do controlador fuzzy a representação em espaço de estados da planta foi considerada sob a forma de um sistema aumentado, incluindo-se uma nova variável de estado que, nesse caso, foi selecionada como sendo a integral do erro de velocidade. Tal formulação permitiu o projeto de controladores locais com a estrutura PI, através de realimentação completa de estados, com posicionamento de pólos. Como variáveis de operação para o chaveamento fuzzy dos controladores locais, foram selecionados as variáveis velocidade angular do rotor e a componente da corrente de estator responsável pelo torque elétrico do motor. Em seguida, a estabilidade do controlador fuzzy Takagi- Sugeno projetado foi comprovada através do critério de Lyapunov, para isso o problema de estabilidade foi escrito na forma de LMIs. O desempenho do controlador fuzzy Takagi-Sugeno foi avaliado através de estudos de simulação, e seus resultados comparados ao desempenho de um controlador PI convencional, para a regulação da velocidade do rotor. Os resultados obtidos nas simulações mostram que o emprego da estratégia proposta torna o sistema mais robusto a variações paramétricas no sistema de acionamento.

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 comunidade ictica e suas interrelacões tróficas como indicadores de integridade biológica na área de influencia do projeto hidrelétrico Belo Monte-Rio Xingu, PA

Este estudo apresenta diferentes metodologias aplicadas para compreender o funcionamento dos ambientes de um trecho do rio Xingu (PA), em relação à comunidade de peixes que nele habitam. Através do uso da ictiofauna procurou-se confirmar alguns padrões ambientais, visando constatar o estado atual de conservação de um trecho deste rio. A partir de levantamentos da ictiofauna local conforme a variação sazonal do rio, foram feitas diferentes análises ao nível espécies, populações e guildas tróficas. No nível de organização das populações, o estudo de parâmetros biológicos tais como: taxa de crescimento corporal, tamanho corporal máximo, taxa de mortalidade e o tamanho médio do início da maturação sexual constituíram uma boa aproximação para entender a história de vida dos diferentes grupos de peixes. Foi evidenciada uma tendência das comunidades de estarem conformadas por espécies tipo r-estrategistas e com menor tamanho corporal, em relação ao número de k-estrategistas de maior tamanho. Numa abordagem funcional, foi verificado que estruturar as comunidades em guildas constitui um bom indicador tanto dos padrões de convergência de uni ecossistema afim ao setor estudado do Xingu quanto do atual estado de conservação do mesmo. Um modelo de balanço de massas construído para o setor do médio rio Xingu indicou que se trata de um sistema com grande instabilidade ambiental e, que por sua vez, se comporta como um sistema sazonalmente maduro. A aparente restrição sazonal na disponibilidade de recursos alimentares observada para o setor de rio estudado pode incidir numa máxima eficiência no uso e transferência dos mesmos no ecossistema. Uma análise biogeográfica foi feita a partir da ocorrência das espécies para contextualizar o setor do rio compreendido entre a confluência dos rios Iriri e Xingu até as proximidades do povoado de Senador José Porfirio, na bacia do Xingu. Através desta análise verificou-se que o médio (a montante das cachoeiras) e baixo Xingu (a jusante) encontram-se inseridos em duas áreas de endemismo. A baixa afinidade na composição de espécies, observada para estes dois setores, é atribuída a uma variação geográfica na paisagem. Assim, a ocorrência do limite das cachoeiras nas proximidades do povoado de Belomonte e o efeito do rio Amazonas no setor do baixo Xingu podem ser os principais fatores que explicam as diferenças na composição ictiofaunística e na abundância das espécies em relação ao setor do médio Xingu. Finalmente, ressalta-se a importância da manutenção da conectividade hidrológica como forma de manter os processos ecológicos que ligam o sistema das cabeceiras à foz, e discutem-se os eventuais impactos na dinâmica ambiental e nas espécies de peixes do médio rio Xingu que serão ocasionados com a construção do projeto hidrelétrico de Belomonte.

Controle social e descentralização na gestão da política educacional de Castanhal – PA

A presente tese tem como objeto de estudo o Conselho Municipal de Educação, com a finalidade de compreender o papel desempenhado por este Órgão, na gestão descentralizada da política educacional de Castanhal – PA. O problema de pesquisa circunscreve sobre a organização da gestão da política educacional do município, assim como a institucionalidade política do Colegiado em referência, para o exercício do controle social; a forma de participação da sociedade civil, especialmente as classes subalternizadas na definição, execução e avaliação das políticas educacionais; e as políticas educacionais desenvolvidas a partir de 2000 quando se inicia o processo de delegação de competência conferida ao município locus da pesquisa, até o ano de 2011, compreendendo 06 (seis) mandatos de 02 (dois) anos, o que perfaz um total de 12 (doze) anos de gestão de descentralização das políticas educacionais, com a institucionalização do Sistema Municipal de Ensino. Para tanto, estabeleceu-se como hipótese orientadora: o Conselho Municipal de Educação de Castanhal – PA, mesmo com a delegação de competência, continuou exercendo um papel que se aproxima de um controle-gerencial na gestão das políticas educacionais, em detrimento de dimensões constitutivas de controle social, quais sejam: fiscalização, proposição e avaliação. Elegeram-se como eixos de análise para a compreensão do fenômeno investigado as dimensões: técnico-fiscalizadora; político-propositiva e ético-avaliativa. Trata-se uma pesquisa qualitativa, que tem como foco um estudo de caso, cujos dados foram revelados por meio de pesquisa bibliográfico-documental, além de entrevistas com os sujeitos sociais. Os resultados da pesquisa confirmaram a hipótese de que a classe trabalhadora não conseguiu exercer o controle social, no período analisado, a partir das dimensões aventadas neste trabalho, em razão do modelo de estado gerencial burocrático, que passou a influenciar as ações e procedimentos do Órgão ora aludido. Com efeito, a dimensão técnico-fiscalizadora se encerrou ao nível micro, na gestão da política educacional, sem a participação efetiva da classe trabalhadora; a dimensão político-propositiva, por sua vez, estava muito mais relacionada à necessidade de desburocratização dos processos de credenciamento e de autorização de instituições educacionais; e a dimensão ético-avaliativa foi inviabilizada em razão de alguns problemas que foram constatados, entre os quais a metodologia utilizada para avaliação de políticas educacionais deixando, assim, de favorecer a participação mais direta dos principais usuários dos serviços educacionais.

Comparação de métodos baseados em algoritmos genéticos para ajuste coordenado de estabilizadores de sistemas de potência

Essa dissertação de mestrado apresenta um estudo comparativo entre três metodologias baseadas em algoritmos genéticos para ajuste coordenado de estabilizadores de sistemas de potência (ESP). Os procedimentos de ajuste do ESP são formulados como um problema de otimização, a fim de: 1) maximizar o coeficiente de amortecimento mínimo do sistema em malha fechada; 2) maximizar o somatório de todos os coeficientes de amortecimento do sistema em malha fechada; e 3) deslocar os modos eletromecânicos poucos amortecidos ou mal amortecidos para uma zona pré-escrita no plano s. As três metodologias consideram um conjunto de condições de operacionais pré-especificadas. O sistema elétrico foi representado por equações no espaço de estado e as matrizes associadas com a modelagem foram obtidas por meio da versão acadêmica do programa PacDyn. As simulações foram realizadas usando o MATLAB. As metodologias foram aplicadas no conhecido sistema teste New England.

A formação do Brasil pela legislação: análise e crítica da utopia burocrática colonial

A presente dissertação procura estabelecer uma problematização do paradigma estatalizante na historiografia sobre o Brasil colonial, a partir dos limites reais do Estado na implementação do projeto civilizatório para o Brasil expresso na iniciativa legal da metrópole. Confronta o conceito construído de Estado moderno e as políticas que presidiram a expansão ultramarina e a colonização brasileira.