General electromagnetic simulation tool to predict the microwave nonlinear response of planar, arbitrarily-shaped HTS structures

This work describes a simulation tool being developed at UPC to predict the microwave nonlinear behavior of planar superconducting structures with very few restrictions on the geometry of the planar layout. The software is intended to be applicable to most structures used in planar HTS circuits, including line, patch, and quasi-lumped microstrip resonators. The tool combines Method of Moments (MoM) algorithms for general electromagnetic simulation with Harmonic Balance algorithms to take into account the nonlinearities in the HTS material. The Method of Moments code is based on discretization of the Electric Field Integral Equation in Rao, Wilton and Glisson Basis Functions. The multilayer dyadic Green's function is used with Sommerfeld integral formulation. The Harmonic Balance algorithm has been adapted to this application where the nonlinearity is distributed and where compatibility with the MoM algorithm is required. Tests of the algorithm in TM010 disk resonators agree with closed-form equations for both the fundamental and third-order intermodulation currents. Simulations of hairpin resonators show good qualitative agreement with previously published results, but it is found that a finer meshing would be necessary to get correct quantitative results. Possible improvements are suggested.

Evapotranspiração real diária em sub-bacias do Paracatu, utilizando produtos do sensor Modis

A evapotranspiração define a perda total de água do sistema solo-planta para a atmosfera. Nas áreas agrícolas, particularmente onde se pratica algum tipo de irrigação, a determinação da evapotranspiração, por via de sensoriamento remoto, vem ganhando cada vez mais importância, pois possibilita identificar a eficiência com que a água tem sido utilizada. Nesse contexto, este trabalho tem o objetivo de determinar a evapotranspiração real diária (ETr diária), com a utilização de produtos do sensor MODIS, nas sub-bacias do Ribeirão Entre Ribeiros e Rio Preto, que ficam entre os Estados de Goiás e Minas Gerais. O SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) foi utilizado para a obtenção da ETr diária em quatro dias diferentes, no período de julho a outubro de 2007. Os resultados encontrados foram compatíveis com os citados em outras literaturas e a comparação entre a evapotranspiração, obtida pelo SEBAL, e a evapotranspiração da cultura (ETc) demonstraram que esse algoritmo pode ser utilizado como boa opção para determinar, com a utilização de produtos do sensor MODIS, a evapotranspiração diária nas condições das sub-bacias do ribeirão Entre Ribeiros e rio Preto.

Estimation of soil moisture in the root-zone from remote sensing data

Field-based soil moisture measurements are cumbersome. Thus, remote sensing techniques are needed because allows field and landscape-scale mapping of soil moisture depth-averaged through the root zone of existing vegetation. The objective of the study was to evaluate the accuracy of an empirical relationship to calculate soil moisture from remote sensing data of irrigated soils of the Apodi Plateau, in the Brazilian semiarid region. The empirical relationship had previously been tested for irrigated soils in Mexico, Egypt, and Pakistan, with promising results. In this study, the relationship was evaluated from experimental data collected from a cotton field. The experiment was carried out in an area of 5 ha with irrigated cotton. The energy balance and evaporative fraction (Λ) were measured by the Bowen ratio method. Soil moisture (θ) data were collected using a PR2 - Profile Probe (Delta-T Devices Ltd). The empirical relationship was tested using experimentally collected Λ and θ values and was applied using the Λ values obtained from the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) and three TM - Landsat 5 images. There was a close correlation between measured and estimated θ values (p<0.05, R² = 0.84) and there were no significant differences according to the Student t-test (p<0.01). The statistical analyses showed that the empirical relationship can be applied to estimate the root-zone soil moisture of irrigated soils, i.e. when the evaporative fraction is greater than 0.45.

Avaliação de fluxos de calor e evapotranspiração pelo modelo SEBAL com uso de dados do sensor ASTER

O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da aplicação do modelo SEBAL em estimar os fluxos de energia em superfície e a evapotranspiração diária, numa extensa área de cultivo de arroz irrigado, no município de Paraíso do Sul, RS, tendo como parâmetros dados do sensor ASTER. As variáveis estudadas constituem importantes parâmetros do tempo e do clima em estudos agrometeorológicos e de racionalização no uso da água. As metodologias convencionais de estimativa desses parâmetros são pontuais e geralmente apresentam incertezas, que aumentam quando o interesse é o comportamento espacial desses parâmetros. Aplicou-se o algoritmo "Surface Energy Balance Algorithm for Land" (SEBAL), em uma imagem do sensor "Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer" (ASTER). As estimativas obtidas foram comparadas com medições em campo, realizadas por uma estação micrometeorológica localizada no interior da área de estudo. As estimativas mais precisas foram as de fluxo de calor sensível e de evapotranspiração diária, e a estimativa que apresentou maior erro foi a do fluxo de calor no solo. A metodologia empregada foi capaz de reproduzir os fluxos de energia em superfície de maneira satisfatória para estudos agrometeorológicos e de rendimento de culturas.

Evapotranspiração e estimativa da água consumida em perímetro irrigado do Semiárido brasileiro por sensoriamento remoto

O objetivo deste trabalho foi mapear a evapotranspiração real (ETr) e determinar o volume de água utilizado no projeto de irrigação de São Gonçalo, PB, no Semiárido brasileiro, com auxílio do sensoriamento remoto. Foram adquiridas imagens TM/Landsat 5 da área em estudo, em 2008, que foram utilizadas na obtenção dos mapas temáticos da ETr diária. Selecionaram-se dois pomares de coqueiro‑anão para validação dos resultados da evapotranspiração obtida com o "surface energy balance algorithm for land" (ET Sebal) e com o método FAO‑56 (ET FAO). Para determinação da ET FAO, utilizou-se o produto entre o coeficiente de cultura, o coeficiente de ajuste e a evapotranspiração de referência. As diferenças obtidas, com uso das duas técnicas, resultaram em raiz do erro quadrado médio, erro relativo médio e erro absoluto médio iguais a 0,53 mm, 9,46% e 0,43 mm, respectivamente. Nas áreas irrigadas, a ETr representou 85% do saldo de radiação e, nas de sequeiro, apenas 12,5%. O mapeamento da ETr delimitou claramente as áreas irrigadas das de sequeiro, bem como as diferenças existentes no interior do perímetro irrigado do projeto em investigação. O volume de água empregado no projeto de irrigação representa, somente no período de julho a dezembro, mais de 60% da capacidade do açude de São Gonçalo.

Geotecnologias aplicadas à avaliação de parâmetros biofísicos do Pantanal

O objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros biofísicos de superfície do Bioma Pantanal com a aplicação de geotecnologias. Foram utilizados o algoritmo Sebal ("surface energy balance algorithm for land"), imagens do sensor Modis ("moderate‑resolution imaging spectroradiometer") e o mapa de classes de uso e cobertura da terra. Os resultados obtidos para NDVI, temperatura da superfície, albedo, fluxo de calor sensível diário, saldo de radiação diário e evapotranspiração real diária foram consistentes com dados de literatura para os diferentes usos e cobertura da terra, e corroboram a eficiência da capacidade analítica e sinóptica das estimativas do Sebal. Tais resultados mostram o potencial de geotecnologias na implementação de modelos ou algoritmos voltados para a compreensão da dinâmica de processos biofísicos de interação solo‑planta‑atmosfera do Pantanal.

Seasonality of net radiation in two sub-basins of Paracatu by the use of modis sensor products

The net radiation (Rn) represents the main source of energy for physical and chemical processes that occur in the surface-atmosphere interface, and it is used for air and soil heating, water transfer, in the form of vapor from the surface to the atmosphere, and for the metabolism of plants, especially photosynthesis. If there is no record of net radiation in certain areas, the use of information is important to help determine it. Among them we can highlight those provided by remote sensing. In this context, this work aims to estimate the net radiation, with the use of products of MODIS sensor, in the sub-basins of Entre Ribeiros creek and Preto River, located between the Brazilian states of Goiás and Minas Gerais. The SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) was used to obtain the Rn in four different days in the period of July to October, 2007. The Rn results obtained were consistent with others cited in the literature and are important because the orbital information can help determine the Rn in areas where there are not automatic weather stations to record the net radiation.

Estimativa da evapotranspiração regional por meio de técnicas de sensoriamento remoto integradas a modelos de balanço de energia : aplicação no estado do Rio Grande do Sul

A evapotranspiração (ET) abrange todos os processos que envolvem a mudança de fase líquida ou sólida para vapor de água. Globalmente, suas principais componentes são a evaporação nos oceanos, corpos d’água e solo e a transpiração pela cobertura vegetal. O conhecimento da ET da superfície terrestre para a atmosfera é muito importante para a resolução de inúmeras questões relacionadas aos recursos hídricos. Dentre essas questões, destacam-se planejamento de bacias hidrográficas e, em especial, o manejo da irrigação. Esse tipo de informação é igualmente relevante para estudos climáticos uma vez que, por meio da ET, ocorre redistribuição de umidade e calor da superfície para a atmosfera.As metodologias convencionais de estimativa da ET, em geral, apresentam muitas incertezas. Essas incertezas aumentam muito quando o interesse é o comportamento espacial da mesma. A única tecnologia que permite acessar esse tipo de informação, de forma eficiente e econômica, é o sensoriamento remoto. Por meio de dados derivados de imagens de satélite é possível calcular o balanço de energia de uma região e acessar as reais taxas de ET. A literatura internacional apresenta alguns modelos para estimar a ET por meio de sensoriamento remoto. A verificação dessas estimativas é feita por medidas dos termos do balanço de energia realizadas por sensores colocados em torres meteorológicas. Esse tipo de informação, no entanto, é de alto custo e de difícil aquisição. Após revisão de literatura, foram escolhidos os algoritmos SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) e SSEBI (Simplified Surface Energy Balance Index). O primeiro foi adotado por ser um dos mais utilizados e o segundo pela sua simplicidade.Dessa maneira, a partir de 44 imagens de satélite, praticamente livres de cobertura de nuvens, do sensor AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), a bordo do satélite NOAA-14, e dados climatológicos de algumas estações, foram geradas séries de coberturas de ET real para o Estado do Rio Grande do Sul em nível diário, durante o ano de 1998. Para efeito de simplificação, na análise dos resultados foram escolhidas algumas áreas representativas das principais classes de cobertura do Estado: área cultivada, campo, área urbana, banhado, lagoa e floresta. Os resultados demonstraram que, para o SEBAL, asperdas médias anuais (mm ano-1) ocorrem, em ordem decrescente nas classes banhado (827), lagoa (732), floresta (686), área cultivada (458), campo (453) e área urbana (276). Para o S-SEBI, esta ordem é a seguinte: floresta (918), banhado (870), lagoa (669), área cultivada (425), campo (403) e área urbana (363). Ficou evidente que as classes com as menores influências antrópicas apresentaram as maiores taxas de ET. Outra observação feita é que, em média, as estimativas do S-SEBI superestimam a ET em relação ao SEBAL, na porção leste do Estado, e o oposto na porção oeste. Foi verificado, ainda, um eixo de decréscimo da ET na primeira metade do ano da porção noroeste para sudeste, e posterior crescimento na segunda metade do ano, em sentido oposto.As verificações foram feitas de forma indireta por meio de um balanço hídrico anual simplificado em algumas bacias hidrográficas do Estado, por meio de valores de ET real para a cultura do milho em algumas localidades do Estado e medidas de evaporação de tanque do tipo Classe A. Em geral, os resultados foram considerados coerentes, o que confere à metodologia utilizada um grande potencial de uso, uma vez que possibilita acessar a distribuição espacial da ET.

Estimativa da evapotranspiração espacial em uma região semiárida utilizando sensoriamento remoto

With the need to deploy management and monitoring systems of natural resources in areas susceptible to environmental degradation, as is the case of semiarid regions, several works have been developed in order to find effective models and technically and economically viable. Therefore, this study aimed to estimate the daily actual evapotranspiration (ETr) through the application of the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), from remote sensing products, in a semiarid region, Seridó of the Rio Grande do Norte, and do the validation of these estimates using ETr values obtained by the Penman-Monteith (standard method of the Food and Agriculture Organization-FAO). The SEBAL is based on energy balance method, which allows obtaining the vertical latent heat flux (LE) with orbital images and, consequently, of the evapotranspiration through the difference of flows, also vertical, of heat in the soil (G), sensitive heat (H) and radiation balance (Rn). The study area includes the surrounding areas of the Dourado reservoir, located in the Currais Novos/RN city. For the implementation of the algorithm were used five images TM/Landsat-5. The work was divided in three chapters in order to facilitate a better discussion of each part of the SEBAL processing, distributed as follows: first chapter addressing the spatio-temporal variability of the biophysical variables; second chapter dealing with spatio-temporal distribution of instant and daily radiation balance; and the third chapter discussing the heart of the work, the daily actual evapotranspiration estimation and the validation than to the study area

The characteristics of a nonlinear vibration neutralizer

This paper concerns an investigation into the use of cubic nonlinearity in a vibration neutralizer to improve its effectiveness. It is assumed that the frequency of the harmonic excitation is well above the resonance frequency of the machine to which the neutralizer is attached, and that the machine acts as a simple mass. It is also assumed that the response of the system is predominantly at the harmonic excitation frequency of the machine. The harmonic balance method is used to analyze the system. It is shown how the nonlinearity has the effect of shifting the resonant peak to a higher frequency away from the tuned frequency of the neutralizer so that the device is robust to mistune. In a linear neutralizer this can only be achieved by adding mass to the neutralizer, so the nonlinearity has a similar effect to that of adding mass. Some characteristic features are highlighted, and the effects of the system parameters on the performance are discussed. It is shown that, for a particular combination of the system parameters, the effect of the nonlinearity is also to increase the bandwidth of the device compared to the linear neutralizer with similar mass and damping. Some approximate expressions are derived, which facilitate insight into the parameters which influence the dynamics of the system. The results are validated by some experimental work. (c) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

On the undamped free vibration of a mass interacting with a Hertzian contact stiffness

Three methods are used to determine the natural frequency of undamped free vibration of a mass interacting with a Hertzian contact stiffness. The exact value is determined using the first integral of motion. The harmonic balance method is used on a transformed equation for an approximate solution, and the multiple scales method is used on an approximate equation. The maximum initial displacement avoiding contact loss is also determined, and the corresponding exact natural frequency is also obtained analytically. The methods are evaluated by studying the free vibration of an elastic sphere on a flat rigid surface. © 2011 Elsevier Ltd © 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

On the Chaotic Suppression of Both Ideal and Non-ideal Duffing Based Vibrating Systems, Using a Magnetorheological Damper

In this paper the dynamics of the ideal and non-ideal Duffing oscillator with chaotic behavior is considered. In order to suppress the chaotic behavior and to control the system, a control signal is introduced in the system dynamics. The control strategy involves the application of two control signals, a nonlinear feedforward control to maintain the controlled system in a periodic orbit, obtained by the harmonic balance method, and a state feedback control, obtained by the state dependent Riccati equation, to bring the system trajectory into the desired periodic orbit. Additionally, the control strategy includes an active magnetorheological damper to actuate on the system. The control force of the damper is a function of the electric current applied in the coil of the damper, that is based on the force given by the controller and on the velocity of the damper piston displacement. Numerical simulations demonstrate the effectiveness of the control strategy in leading the system from any initial condition to a desired orbit, and considering the mathematical model of the damper (MR), it was possible to control the force of the shock absorber (MR), by controlling the applied electric current in the coils of the damper. © 2012 Foundation for Scientific Research and Technological Innovation.

Caos e controle de microviga em balanço de um microscópio de força atômica, operando em modo intermitente, na ressonância

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Evapotranspiração na sub-bacia do Riacho Jardim – CE, por sensoriamento remoto

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Estudo e aplicação de diferentes métodos de resolução para problemas dinâmicos não-lineares em presença de atrito

The friction phenomena is present in mechanical systems with two surfaces that are in contact, which can cause serious damage to structures. Your understanding in many dynamic problems became the target of research due to its nonlinear behavior. It is necessary to know and thoroughly study each existing friction model found in the literature and nonlinear methods to define what will be the most appropriate to the problem in question. One of the most famous friction model is the Coulomb Friction, which is considered in the studied problems in the French research center Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés (LMSSC), where this search began. Regarding the resolution methods, the Harmonic Balance Method is generally used. To expand the knowledge about the friction models and the nonlinear methods, a study was carried out to identify and study potential methodologies that can be applied in the existing research lines in LMSSC and then obtain better final results. The identified friction models are divided into static and dynamic. Static models can be Classical Models, Karnopp Model and Armstrong Model. The dynamic models are Dahl Model, Bliman and Sorine Model and LuGre Model. Concerning about nonlinear methods, we study the Temporal Methods and Approximate Methods. The friction models analyzed with the help of Matlab software are verified from studies in the literature demonstrating the effectiveness of the developed programming