Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática - Mestrado

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Um algoritmo inspirado em cat swarm optimization para redução do makespan em soluções de integração de aplicações empresarias
(2019-06-06) Lima, Francisco Rodrigues
A Integração de Aplicações Empresariais (EAI) tem proporcionado as plataformas de integração métodos, metologias e técnicas, possibilitando que diferentes aplicações que não foram desenvolvidas com o objetivo de integração possam colaborar umas com as outras. O desempenho das plataformas integração depende da performance dos modelos de execução implementados aos motores de execução. Este trabalho propõe um algoritmo como ferramenta que pode melhorar a performance dos motores de execução reduzindo o tempo total de execução de tarefas, denominado makespan, em processamento de mensagens. A pesquisa é baseada na distribuição ideal de threads nos pools locais, utilizando a técnica de otimização Cat Swarm Optimization (CSO). Portanto foi utilizada uma abordagem sistemática para a execução do algoritmo através de experimentos em estudo caso real, nos quais verificamos que há grandes diferenças de redução do makespan quando se trata da distribuição de threads nos pools locais. Os dados gerados foram submetidos a análises que demonstraram o comportamento do algoritmo proposto. Também foi utilizada a técnica estatística ANOVA e o método Scott-Knoot para a validação dos resultados. Por fim, comprovamos que alto nível de gestão de threads utilizadas para executar as tarefas pode impactar no desempenho das soluções de integração ao reduzir o makespan. Através da análise estatística, constatamos que a representação gráfica da linha de tendência descreve o comportamento do tempo total média de processamento, em função do número total threads nos conjuntos de pools. E que o algoritmo proposto pode contribuir para melhorar o desempenho da execução dos processos de integração em modelos de tempo de execução e, consequentemente, dinamizar o fluxo de integração.
Análise comparativa de metodologias de estimação de parâmetros aplicada a modelos analíticos utilizados na predição do termpo de vida de uma bateria
(2012-07-24) Oliveira, Alan Vicente
Nos últimos anos, a utilização de dispositivos móveis têm aumentado significativamente, estes dispositivos podem ser utilizados nas mais diversas áreas, como no lazer, na segurança, no trabalho, entre outras. Para que estes dispositivos possam operar correntamente, necessitam de uma bateria que forneça energia aos mesmos. Geralmente estas baterias são recarregáveis e possuem um repositório finito de energia que relaciona o tempo de funcionamento do dispositivo a carga disponível da bateria. Neste contexto, surge a necessidade de utilizar algum método capaz de predizer o tempo de vida destas baterias e conseqüentemente o tempo em que o dispositivo ficará operacional. Atualmente existem uma série de métodos utilizados para esta finalidade, os modelos matemáticos são uma destas opções. Neste trabalho, inicialmente, é apresentado um estudo sobre modelos matemáticos utilizados para predizer o tempo de vida de uma bateria utilizadas em dispositivos móveis, dando ênfase aos modelos analíticos, dentre os modelos analíticos estudados destacam-se três modelos, o Modelo Linear, a Lei de Peukert e o Modelo Analítico de Difusão de Rakhmatov-Vrudhula. Todos estes modelos foram implementados computacionalmente objetivando a realização de simulações para determinar o tempo de vida de uma bateria sob diferentes perfis de descargas. Porém, para realizar as simulações computacionais dos modelos, é necessário primeiramente estimar os parâmetros dos mesmos, esta estimação é realizada a partir de curvas de descargas, obtidas em ensaios realizados em uma plataforma de teste especialmente desenvolvida para este fim. Logo em seguida, os modelos matemáticos foram validados a partir de ensaios utilizando-se baterias reais, no caso deste trabalho foram utilizadas baterias de lition-íon modelo BL-5F que equipam telefones celulares da marca Nokia modelo N95. Na continuidade do estudo, ainda foram comparadas duas metodologias de estimação dos parâmetros, que utilizam a técnica de estimação dos Mínimos Quadrados. A primeira metodologia avaliada foi proposta por Rakhmatov-Vrudhula e a segunda metodologia foi proposta por Gauss. Ambas metodologias foram simuladas computacionalmente e seus resultados serão validados a partir de ensaios realizados em uma plataforma de teste objetivando a apresentação da metodologia e do modelo que consegue predizer com maior precisão o tempo de vida de uma bateria que alimenta um dispositivo móvel.
Análise Comparativa de Modelos Analíticos sob o mesmo Cenário de Simulação para Perfis de Descargas Variáveis considerando as Funções Desempenhadas por um Smartphone
(2017-07-28) Zart, Julia Giehl
A procura por dispositivos móveis tem aumentado significativamente nos últimos anos, devido à praticidade que eles oferecem ao cotidiano dos usuários, tais como, mobilidade, comodidade e fácil acesso à comunicação e à rede sem fio. Contudo, a utilização destes dispositivos depende do tempo de vida das baterias que os alimentam, sendo este tempo finito, necessitando a cada período de uso uma recarga. Desta forma, conhecer o tempo pelo qual a bateria consegue fornecer energia ao dispositivo sem a necessidade de conexão a uma fonte de energia externa tem sido de fundamental importância no desenvolvimento de dispositivos móveis. Uma maneira de realizar esta predição é através do uso de modelos matemáticos que descrevem o processo de descarga das baterias a partir de suas características físicas reais, ou de um conjunto de dados obtidos em ensaios experimentais. Neste contexto, será apresentado um estudo sobre os modelos analíticos – Linear, Lei de Peukert, Lei de Peukert Estendida, cinético de Manwell-McGowan e, o modelo de difusão de Rakhmatov e Vrudhula – utilizados para predizer o tempo de vida de bateria que alimentam dispositivos móveis. A classe de modelos analíticos foi escolhida, pois utiliza um conjunto reduzido de equações para calcular o tempo de vida da bateria, possui menos parâmetros para serem estimados quando comparado aos demais modelos matemáticos, e apresenta simulação computacionalmente flexível e eficiente. Estes modelos são analisados e validados a partir de ensaios reais, objetivando verificar através de uma análise comparativa qual o modelo analítico é mais acurado para a predição do tempo de vida de baterias de Lítio Íon Polímero (LiPo), considerando o mesmo cenário de simulação, e utilizando perfis de descarga constantes e variáveis, baseadas em um conjunto de operações rotineiras realizadas em um telefone celular do tipo smartphone. Os resultados simulados são comparados com os resultados experimentais obtidos a partir de uma plataforma de testes, verificando que o modelo analítico de difusão de Rakhmatov e Vrudhula é o mais acurado no que se refere à predição do tempo de vida de baterias do tipo LiPo.
Análise comparativa de modelos híbridos para a predição do tempo de vida de baterias considerando correntes de descarga variáveis
(2020-07-28) Gonçalves, Carolina Bruski
As baterias que proporcionam energia e impulsionam o funcionamento dos dispositivos móveis têm sido objeto de estudo visando o aperfeiçoamento destas tecnologias. O tempo que estas baterias alimentam os dispositivos móveis é finito, com isso, este tempo é de importante conhecimento no meio científico. Uma forma eficaz de compreender o tempo de vida de baterias é por meio da modelagem Matemática. Para isso, são encontrados na literatura técnica modelos matemáticos de baterias de diferentes classes: os analíticos, os estocásticos, os via teoria de identificação de sistemas, os elétricos, os eletroquímicos e os híbridos. Os modelos pertencentes a classe dos modelos híbridos apresentam o benefício de agregar as vantagens dos modelos que os compõem. Com isso, nesta pesquisa, são comparados três modelos híbridos, sendo eles os modelos de Kim, de Zhang e de Gomes. Nesse sentido, o objetivo desta pesquisa é realizar a análise comparativa entre os modelos híbridos, por meio da modelagem matemática do tempo de vida útil de baterias do tipo Lítio Íon Polímero, com correntes de descarga variáveis e dados tratados estatisticamente. Para tal, são realizados testes experimentais do tempo de vida de baterias, e os dados experimentais são submetidos à tratamentos estatísticos. Os dados experimentais obtidos são avaliados mediante os processos da Análise de Variância - ANOVA, assim como são retirados os valores discrepantes, ou seja, os valores outliers. Com isso, a validação dos modelos é realizada considerando o conjunto de dados com e sem tratamento estatístico. Para a validação, são realizadas simulações computacionais utilizando o software MatLab/Simulink. Após as simulações, verificou-se que os valores de erro médio obtidos para os dados com tratamento estatístico são menores quando comparados aos erros médios obtidos considerando dados sem tratamento estatístico. Com isso, considera-se que a aplicação do tratamento estatístico é eficaz para a predição do tempo de vida de baterias, uma vez que houve a redução nos erros médios, além de aumentar a confiabilidade dos resultados.
Análise Comparativa do Nível de Acurácia de Modelos Híbridos Utilizados para Predizer o Tempo de Vida de Baterias
(2018-07-13) Alessi, Odenis
O desenvolvimento tecnológico permite que diferentes dispositivos eletrônicos sejam capazes de executar cada vez mais um número maior de tarefas. Dentre estes dispositivos estão os dispositivos móveis, que pela utilização de uma bateria, agregam mobilidade e comodidade na execução de diferentes serviços, otimizando o tempo do usuário. Desta forma, o funcionamento do dispositivo está ligado diretamente ao tempo de vida da bateria, nesse contexto é importante o estudo acerca do desempenho e do comportamento da bateria frente a diferentes cenários de descarga. A predição do tempo de vida de baterias pode ser realizada através da modelagem matemática, que permite realizar a simulação de um processo de descarga real através de modelos matemáticos. Estes modelos são classificados em categorias: os modelos eletroquímicos, os modelos elétricos, os modelos analíticos, os modelos estocásticos, os modelos via teoria de identificação de sistemas e os modelos híbridos. Este trabalho é realizado utilizando a categoria de modelos híbridos. Estes modelos são constituídos através da união de pelo menos dois modelos pertencentes a categorias diferentes, conseguindo agregar as vantagens dos modelos utilizados nesta união. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é realizar a modelagem matemática do tempo de vida de baterias utilizando os modelos híbridos encontrados na literatura técnica, realizando uma análise comparativa entre o nível de acurácia dos mesmos. São usados perfis de descarga constantes e os dados experimentais são obtidos de uma plataforma de testes, considerando baterias de Lítio Íon Polímero. Nos dados experimentais é realizado um tratamento estatístico, a fim de identificar a presença de valores outliers e médias experimentais diferentes estatisiticamente. As simulações computacionais são realizadas no software MatLab e as validações dos modelos híbridos ocorre através da comparação dos resultados das simulações com os dados obtidos da plataforma de testes. Após as validações, constatou-se que todos os modelos híbridos utilizados neste trabalho são acurados, apresentando erro médio inferior a 5%, independente da presença de valores outliers. Por fim, comparando os valores dos erros, é concluído que o modelo híbrido proposto por Zhang é o modelo mais acurado, seguido pelo modelo híbrido de Kim e de Gomes. Também foi possível observar que os menores erros foram encontrados na presença de valores outliers.
Análise de estabilidade do modelo não linear de um pulverizador agrícola do tipo torre
(2011-12-19) Belusso, Cássio Luiz Mozer
No presente trabalho analisa-se o comportamento dinâmico do modelo não linear de um pulverizador agrícola do tipo torre, constituído por duas torres dotadas de ventiladores que espalham os defensivos químicos na forma líquida através do fluxo de ar. O pulverizador é montado sobre uma carreta, a qual se encontra acoplada a um trator que trafega entre as fileiras das plantas, tornando possível o espalhamento dos produtos pelos ventiladores em ambos os lados, simultaneamente. Devido à grande altura da torre de pulverização, o sistema pode apresentar sinais de instabilidade em alguns pontos de sua estrutura. Sendo assim, a fim de verificar tais comportamentos, pretende-se também realizar carregamentos periódicos na suspensão veicular da carreta, na qual o pulverizador está inserido, através das ferramentas de análise de bifurcações que ocorrem nos pontos de equilíbrio de um sistema constituído por um pêndulo invertido flexível não linear acoplado a um sistema de suspensão com excitação periódica, provocando grandes oscilações na estrutura. O modelo matemático que governa o sistema carreta-pulverizador é representado por equações diferenciais ordinárias de segunda ordem não lineares com três graus de liberdade. As excitações do modelo proposto têm origem do solo, através do contato deste com os pneus da carreta acoplada ao trator. Cada pneu corresponde a excitações distintas, descritas por funções periódicas que representam o tipo ondulado de solo pelo qual a estrutura transita. As simulações numéricas do modelo matemático tornaram possível detectar diferentes tipos de comportamentos, dentre eles o caos, oriundos das crescentes frequências de excitação na suspensão da carreta.
Análise dos critérios de erros na validação do modelo matemático Arimax de propulsores eletromecânicos
(2018-12-05) Post, Eduardo
Este trabalho apresenta o estudo da modelagem matemática caixa preta de propulsores eletromecânicos de aeronaves do tipo multirrotor. Estas aeronaves têm sido crescentemente investigadas e ainda estão em evolução. Justifica-se este fato em função de possuírem aplicações em diversas áreas, inclusive em situações que causam risco à vida humana. Dentre os multirrotores destaca-se o quadrirrotor, que vem sendo utilizado como plataforma padrão de estudo. Este possui a capacidade de decolagem e aterrissagem vertical, o que desafia a área de controle. Nesse sentido, estudou-se a modelagem matemática do sistema de propulsão eletromecânico dos multirrotores a fim de poder contribuir futuramente com a otimização de seu controle. A metodologia utilizada consiste na compreensão do sistema de propulsão e utilização de uma plataforma de testes para a coleta de dados, seguida da aplicação de testes de estacionariedade para a análise dos mesmos. O cálculo das funções de autocorrelação e autocorrelação parcial é utilizado para determinação da estrutura e ordem dos modelos matemáticos e posteriormente, os parâmetros são estimados. A validação se dá pela comparação da simulação de cada modelo com os dados da plataforma e a análise dos resíduos. Além disso, são utilizados critérios de informação para seleção de modelos obtendo-se, a partir do Critério de Informação Bayesiano (BIC), uma aproximação prévia de resultados para diferentes modelos, visando garantir possíveis condições impostas pelo projeto que os utilizará. Dessa forma, a metodologia apresentada contribui para novas técnicas de controle.
Aplicação de conceitos de smart grids para otimização através de reconfiguração de sistemas radiais seletivos subterrâneos
(2024-11-12) França, Ronei Eloi Ody
A introdução de Smart Grids em sistemas de distribuição subterrâneos tem sido viabilizada pela tecnologia de informação e comunicação de dados, sensoriamento e controle inteligentes. Devido à alta densidade de carga e ao aumento progressivo da demanda de energia elétrica, dada complexidade do sistema duplo radial, é necessário aprimorar técnicas que incorporam as necessidades operacionais emergentes para melhorar a qualidade de energia e garantir operabilidade. O estudo foca na rede da Companhia Estadual de Energia Elétrica – Distribuição (CEEE-D), destacando a necessidade de inovação e a transição de redes tradicionais para Smart Grids. As reconfiguração de redes de distribuição são extremamente necessárias para evitar contingências e atribuir uma condição ótima entre unidades geradoras, cargas do sistema de distribuição e sistema de proteção. Neste projeto é proposto o desenvolvimento de uma modelagem computacional em que RNA analisam os consumos e as demandas pontuais do sistema de distribuição de energia elétrica através de dados acumulados, analisadores de sinal e sensores em tempo real condicionados nas chaves telecomandadas. O objetivo é aplicar técnicas de IA por redes neurais artificias para reduzir o tempo de reconfiguração de sistemas de distribuição, através da reconfiguração dinâmica. A RNA é utilizada para enfrentar a complexidade dos sistemas elétricos de distribuição subterrâneos, utilizando funções de ativação não-lineares e arquiteturas para reconfigurações. Os resultados obtidos pela RNA com a função de ativação sigmoide na camada oculta e da função linear na camada de saída, em conjunto com o algoritmo Backpropagation e a otimização pelo método de Levenberg-Marquardt, apresentam as configurações de chaveamento, as quais serão aplicadas às chaves de transferência automáticas. A técnica adotada provou ser eficiente, resultando em previsões confiáveis que contribuem para a redução de perdas, respeitando os limites de capacidade de corrente e magnitude de tensão. Os resultados dos testes em três cenários evidenciam a robustez do modelo, que conseguiu capturar variações nas potências de carga e prever configurações de chaveamento, mantendo desempenho elevado mesmo em condições não vistas durante o treinamento. A aplicação de RNA em Smart Grids destaca-se pela precisão e adaptabilidade, mostrando-se promissora para otimizações futuras em sistemas mais complexos.
Aplicação de modelos elétricos de bateria na predição do tempo de vida de dispositivos móveis
(2012-07-24) Porciuncula, Cleber Mateus Duarte
Nos últimos anos, houve um aumento significativo na utilização de dispositivos eletrônicos móveis tais como: notebooks, câmeras digitais, celulares inteligentes (i.e., smartphones), entre outros. A utilização destes dispositivos, na maior parte do tempo, está condicionada ao estado de carga de suas baterias, então surge a necessidade de predizer por quanto tempo este dispositivo poderá ficar operacional. Uma forma de realizar esta predição é a partir do uso de modelos matemáticos que simulam a descarga de uma bateria, e consequentemente, estimam o seu tempo de vida. Neste trabalho é apresentada a avaliação de um modelo elétrico, presente na ferramenta computacional MatLab/Simulink, denominado Battery, que foi escolhido em virtude da praticidade no que se refere a extração de seus parâmetros de configuração e por considerar parte dos efeitos não-lineares que ocorrem em um processo real de descarga, que influenciam diretamente no tempo de vida da bateria. Todas as simulações computacionais com o modelo Battery foram realizadas na ferramenta computacional MatLab/Simulink, a partir de um circuito implementado em diagrama de blocos, considerando os parâmetros da bateria de íon lítio Nokia modelo BL-5F, e os parâmetros da bateria de íon lítio polímero PL-383562. A avaliação do modelo Battery foi realizada a partir da comparação de seus resultados simulados, com dados experimentais obtidos a partir de uma plataforma de testes (i.e., testbed), e com os resultados simulados de um modelo elétrico de alta acurácia encontrado na literatura, denominado Modelo para Predizer Runtime e Características V-I (i.e., tensão e corrente) de uma bateria. A partir da análise dos resultados obtidos em simulações comparados com os dados experimentais da bateria de íon lítio Nokia modelo BL-5F, verificou-se que o menor erro na predição do tempo de vida apresentado pelo modelo Battery foi de 2,12% em descarga contínua, e de 1,79% em descarga variável, indicando resultados satisfatórios. Na comparação realizada entre o modelo Battery e o modelo elétrico de alta acurácia, o erro na predição do tempo de vida apresentado pelo modelo Battery foi de 0,534%, em descarga contínua, e o erro na predição do tempo de vida do modelo de alta acurácia foi de 0,395%. Em descarga variável, o erro do modelo Battery foi de 1,621%, e o erro do modelo de alta acurácia foi de 0,338%. Portanto, as diferenças de erros entre os modelos, na predição do tempo de vida, foram de apenas 0,139%, em descarga contínua, e de 1,283%, em descarga variável, indicando que os resultados apresentados pelo modelo Battery são satisfatórios, considerando que no seu processo de extração de parâmetros, não foi realizado nenhum teste experimental com a bateria utilizada, já que os parâmetros foram extraídos diretamente do datasheet da bateria.
Aplicação de modelos matemáticos de crescimento de microestrutura ao estudo do crescimento de grãos em filmes de Al nanoestruturados
(2011-11-08) Duarte, Patrik Tavares
Neste trabalho é realizado um estudo sobre, à dinâmica do crescimento competitivo das partículas em processos controlados por difusão e reação em ligas metálicas binárias. Foi elaborado um modelo matemático capaz de descrever por suas soluções analíticas os vários mecanismos de crescimento de grãos já conhecidos e comprovados pela literatura. A partir dos resultados do modelo e da comparação com resultados experimentais (LUCE, 2008) foi possível determinar o mecanismo de crescimento em um caso específico. A determinação do mecanismo foi dada pela melhor aproximação entre as formas de distribuição em tamanho granular experimental (DTG) e a função distribuição em tamanho analítica (FDA). O tipo de mecanismo atuando no controle do crescimento pode ser determinado pela obtenção do expoente “n” do tempo na lei de crescimento. Apresentamos a Teoria LSW agora transformada em crescimento granular. Foi elaborado um modelo genérico e a sua função de distribuição analítica para vários mecanismos, indicado pelo parâmetro k. Assim, foi determinado o fator de crescimento k em função do mecanismo k, permitindo o ajuste entre as formas analíticas e as experimentais.. O modelo foi validado para a determinação do mecanismo de crescimento de grãos em filmes finos de Al, onde atuam dois mecanismos diferentes dependendo da temperatura do sistema.
Aplicação de técnicas de Big Data Analytics às Smart Grids como forma de descoberta de padrões relevantes
(2020-07-28) Kühne, Ivan Eduardo Metz
Os Sistemas Elétricos de Potência são responsáveis pelo suprimento de energia elétrica aos consumidores, tendo aumentando consideravelmente a sua complexidade ao longo dos anos. Entretanto, em muitos casos a sua infraestrutura ainda é concebida de acordo com padrões que não incorporam as tecnologias modernas de comunicação e computação, o que os torna vulneráveis a ameaças de diversas naturezas. O conceito de Smart Grid incorpora essas tecnologias às redes de distribuição, acrescentando funcionalidades que otimizam a distribuição de energia, minimizam as perdas e proporcionam a capacidade de auto-regeneração. As abordagens tradicionais de análise de dados não conseguem lidar de maneira adequada com o volume, velocidade, variedade, veracidade e valor associados aos dados gerados pelos sensores das Smart Grids. Uma maneira de superar essa limitação é o uso de Big Data Analytics. Nesse trabalho foi aplicada a técnica de Regressão Logística ao banco de dados do sistema de monitoramento de subestações subterrâneas instalado e operado pela CEEE-D na cidade de Porto Alegre - RS com objetivo de desenvolver um modelo matemático e computacional para a detecção de ocorrências de subtensão. O modelo foi testado e validado com dados reais, alcançando resultados satisfatórios.
Aplicação de um modelo híbrido para predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis
(2014-05-28) Duarte, Kelly Pereira
Com o passar dos anos, a sociedade está cada vez mais dependente das diferentes tecnologias disponíveis no mercado. Não é possível pensar outra forma de concluir as atividades no trabalho, ou no lazer, sem utilizar dispositivos móveis, tais como, telefones celulares, notebooks, tablets, iPhones, iPads, entre outros aparelhos so sticados, a partir dos quais é possível executar diversas tarefas. O uso destes dispositivos móveis está relacionado ao tempo de vida da bateria, que no projeto de dispositivos móveis é considerado uma das características mais importantes, pois informa a quantidade de tempo que o dispositivo permanecerá operacional sem a necessidade de ligá-lo a uma fonte de alimentação externa. Neste contexto, para os projetistas de baterias, é importante possuir uma maneira precisa de determinar este tempo de vida. Uma das formas é através do uso de modelos matemáticos que simulam o processo de descarga de energia dos aparelhos portáteis. Entre os modelos mais referenciados na literatura técnica, destacam-se os modelos eletroquímicos, os modelos de circuitos elétricos, os modelos estocásticos, os modelos analíticos, os modelos via Identi cação de Sistemas, e os modelos híbridos. Esta última categoria de modelos possui a vantagem de unir os benefícios de dois ou mais tipos de modelos. Recentemente, foi desenvolvido um modelo híbrido através da união de um modelo elétrico e um modelo analítico. O modelo elétrico é conhecido como o modelo para Predizer Runtime e Características V-I de uma bateria, este foi escolhido por ser capaz de capturar as características dinâmicas da bateria e a resposta da tensão de forma acurada. No entanto, este modelo elétrico não pode capturar os efeitos não lineares da bateria. Para isto, foi escolhido o modelo analítico Kinetic Battery Model (KiBaM), este modelo pode capturar os efeitos não lineares e predizer o estado de carga da bateria com acurácia. Portanto, neste trabalho é realizado o estudo e aplicação deste modelo híbrido, desenvolvido a partir da união entre um modelo elétrico e um modelo analítico, para predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis, considerando dados experimentais de uma bateria, do tipo Lithium Íon, modelo BL-5F, utilizada em telefones celulares da marca Nokia. O modelo híbrido é implementado na ferramenta computacional MatLab/Simulink, os resultados calculados pelo modelo são comparados com os dados experimentais, obtidos de uma plataforma de testes. Por m, o modelo híbrido é comparado com modelo de Rakhmatov e Vrudhula, que é o modelo analítico de melhor acurácia da literatura para predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis. A partir dos resultados das simulações é encontrado que o modelo híbrido apresenta boa acurácia com erro médio igual a 3,91%.
Aplicação do processamento de imagens digitais para análise da anisotropia da massa de grãos
(2011-11-01) Knob, Andréia Hass
O cultivo de grãos é um dos principais segmentos do setor agrícola no Brasil e também em todo o mundo. Sendo assim, é de grande importância a realização de estudos que possam contribuir para a garantia da qualidade do produto estocado em silos ou armazéns, por um determinado período de tempo. A conservação dos grãos depende principalmente de um eficiente sistema de aeração sem prejuízo da qualidade e da quantidade da massa armazenada. Nos dias atuais o processo de aeração num armazém realiza-se por setores, separadamente, devido às enormes dimensões. Nestas condições os fatores relacionados com não homogeneidade e anisotropia da massa de grãos têm grande influência sobre a distribuição do ar no armazém. Sendo assim, tem-se como objetivo analisar a formação da estrutura não homogênea e anisotrópica da massa de grãos durante de enchimento dos silos e armazéns para posterior simulação do escoamento do ar nestas condições. Para isso, fez-se uso do processamento de imagens digitais para analisar a forma dos grãos e a posição deles, na massa de grãos. Com a intenção de propor uma forma para automatizar a análise morfológica dos grãos na identificação da sua estrutura, optou-se nesse trabalho por aplicar uma ferramenta (toolbox) utilizando o software Matlab para o processamento de imagens desses grãos, no qual seja possível identificar a estrutura da massa de grãos. A anisotropia foi relacionada com posições mais prováveis dos grãos na massa de grãos ocupadas no armazém. Durante o enchimento do armazém, os grãos ocupam uma posição para qual a energia potencial do sistema seja mínima, isto é, o centro de gravidade do grão fique o mais baixo possível. Isto implica que para o fluxo vertical a resistência será maior, pois a projeção horizontal do contorno do grão, neste caso, terá área máxima. Para projeção vertical foi considerada a área que corresponde à posição mais provável do grão. Aplicando o processamento de imagens digitais foram obtidas as características geométricas dos vários tipos de grãos (soja, trigo, aveia, milho, arroz, lentilha, linhaça, ervilha). Utilizando a relação entre a área de projeção horizontal e a área mais provável de projeção vertical, foram generalizados os dados experimentais sobre o escoamento do ar nas direções horizontal e vertical, com variação de velocidade. Constatou-se que, com o aumento da excentricidade dos grãos, a razão entre as permeabilidades na direção horizontal e vertical (fator de anisotropia) aumenta.
Avaliação do controlador de erro-quadrático na metodologia de controle por bandas aplicado em um modelo matemático de uma tubulação-separador sob golfadas
(2011-11-08) Kreuzberger, Leandro
A golfada é um dos problemas mais preocupantes na produção de petróleo, pois gera vários transtornos entre eles: oscilações de pressão na tubulação, desgaste e corrosão dos equipamentos do processo. Quando muito severa pode causar uma parada não programada da plataforma de produção gerando perdas econômicas significativas. Na literatura são encontradas diferentes estratégias para minimizar seus efeitos nos equipamentos do processo ou até mesmo evitar a golfada. Entre as estratégias utilizadas atualmente encontram-se as estratégias de controle por realimentação, pois utilizam um número reduzido de equipamentos na tubulação e no separador apresentando baixo custo de instalação e manutenção, melhorando a regularidade do processo, com aumento da produção de petróleo. Na literatura o controlador de erro-quadrático é sugerido para ser utilizado no controle de nível de líquido em separadores de produção sob fluxo com golfadas, por utilizar o quadrado do erro de rastreamento do processo. Considerando o algoritmo de controlador de erro-quadrático Sausen [4] realizou um estudo amplo propondo um limite positivo para o ganho não-linear deste controlador baseado na teoria da estabilidade de Lyapunov. Neste contexto este trabalho estende o trabalho apresentado em Sausen [4], apresentando um limite negativo para o ganho não-linear deste controlador. Em seguida o controlador de erro-quadrático na metodologia por bandas será implementado em um modelo do processo sob golfadas considerando uma ampla quantidade de abertura de válvulas no topo da tubulação ascendente, sendo comparado com o controlador de nível PI convencional, amplamente utilizado em processos industriais. A partir da análise dos resultados das simulações verificou-se que controlador de nível PI de erro-quadrático, na metodologia por bandas, apresentou resultados satisfatórios, quando comparado com o controlador de nível PI convencional, pois reduziu as oscilações provenientes das golfadas para os equipamentos a jusante do processo efetuando um controle rígido nas bandas definidas, sendo recomendado para controlar o nível de líquido em sistemas tubulação-separador sujeitos a golfadas na produção de petróleo.
Caracterização de estimadores para utilizar em propulsores eletromecânicos
(2017-07-28) Luft, Caroline
As aeronaves do tipo multirrotor são investigadas pela percepção tridimensional, a mobilidade, a estabilidade de voo e baixo custo de construção. Vários tipos de controladores vêm sendo utilizados para garantir a estabilidade da mesma. Cabe destacar o controlador adaptativo, cujo desempenho é definido por um identificador que lhe precede e monitora simultaneamente o processo a controlar. A especificação dos parâmetros do identificador permite estabelecer critérios de conexão entre controlador e o próprio identificador. Portanto, o objetivo deste trabalho de investigação é propor uma metodologia para especificar o identificador e constatar se este atende aos requisitos do controlador adaptativo quando utilizado no controle de propulsores eletromecânicos. O projeto de identificadores é associado às técnicas de modelagem matemática caixa preta, portanto, a metodologia a ser usada consiste em: testes para a coleta de dados, definição da estrutura do modelo, escolha da ordem do modelo, estimação dos parâmetros e validação do modelo. Os identificadores a ser investigados são os métodos de gauss-newton, gauss-newton adaptado, levenberg-marquardt, mínimos quadrados não lineares e gradiente de descida. Por fim, pela comparação da simulação do modelo com os dados da plataforma e a análise residual, o modelo é validado. Diante disso, conclui-se que os modelo propostos são capazes de descrever as características do sistema de propulsão eletromecânico, porém o que apresentou melhor resultado foi o método de gauss-newton adaptado e poderá contribuir para novas técnicas de controle.
Caracterização de polímeros e grafite de lápis para desenvolvimento de sensores piezoresistivos
(2023-12-04) Pedrali, Patrícia Carolina
O principal objetivo desta tese centra-se em analisar as propriedades de dois materiais que possam ser utilizados como substrato na implementação de dispositivos sensores eletrônicos, almejando uma produção eficiente e econômica de dispositivos alternativos aos tradicionais fabricados a partir do silício. Foram realizadas a caracterização óptica e química do grafite usado como elemento sensor e caracterização mecânica do papel A4 usado como substrato para implementação de dispositivos sensores eletrônicos. Sensores piezoresistivos foram produzidos com os materiais selecionados e por meio de diferentes ensaios foi analisado o comportamento elétrico, térmico quando submetidos a esforços mecânicos. Os resultados mostraram que a sensibilidade média do grafite permite a fabricação de elementos sensores utilizando os procedimentos descritos neste trabalho. Com o desenvolvimento desta pesquisa foram produzidos e caracterizados sensores, e os resultados comparados com o modelo matemático de piezoresistor de Gniazdowski, uma vez que, as pesquisas, anteriormente, defendidas pelo grupo GPMaD utilizaram as propriedades definidas na literatura para simulação e comparação com a modelagem matemática. Com os resultados alcançados referente à caracterização dos materiais utilizando o MEV, a Microscopia Ótica, a Difração de Raio X, tanto do substrato de papel como do filme semimetálico do grafite, usado como piezoresistor foi possível comprovar a tendência do modelo teórico. Palavras-chave: Grafite, Sensores Piezoresistivos, Poliuretano, Caracterização, Modelagem Matemática.
Caracterização eletromecânica de sensores piezoresistivos de grafite
(2020-08-04) Rolim, Cristiane Sonego
A pesquisa apresenta o desenvolvimento e resultados de um estudo sobre o comportamento experimental e matemático de elementos sensores piezoresistivos de grafite. Neste trabalho são projetados e fabricados elementos sensores de grafite posicionados longitudinal e transversalmente utilizando materiais e ferramentas de baixo custo que são facilmente encontrados no mercado, utilizando o método da viga engastada. Os resultados obtidos apresentam concordância com os apresentados na literatura indicando que os modelos matemáticos e o método experimental utilizados para caracterização e análise são adequados para o processo de fabricação de elementos sensores piezoresistivos. Como resultado principal desse trabalho está a determinação das constantes de compliância, 𝑆𝑖𝑗=3,081𝑥1010 𝑚2/𝑁, e de elasticidade, 𝐶𝑖𝑗=3,245𝑥10−11𝑁/𝑚², do grafite.
Caracterização mecânica, elétrica e térmica de elementos sensores piezoresistivos de grafite com diferentes encapsulamentos
(2018-12-07) Berkenbrock, Rafael
A presente dissertação descreve o efeito piezoresistivo no grafite, uma forma alotrópica do carbono, validando sua aplicação em elementos sensores em substituição a outros materiais cujos processos de fabricação são mais complexos e de custos superiores. Neste trabalho são projetados e fabricados elementos sensores de grafite visando a sua caracterização mecânica, elétrica e térmica, a partir da análise de três diferentes tipos de encapsulamento: Epóxi-Bisfenol A, Esmalte e Acetato de Vinila. Os resultados obtidos são comparados com a literatura, a fim de validar os modelos matemáticos empregados no processo de fabricação de elementos sensores piezoresistivos.
Cotejamento do modelo matemático de quadricopteros com topologia positiva e topologia cruzada
(2019-05-09) Finkler, Alcedir Luis
Dentre os VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados), do tipo RPAs (Naves Remotamente Tripuladas), multirrotores com quatro propulsores, conhecidos como quadricopteros ou quadrirrotores, tem se destacado em diversas aplicações. Dependendo da forma como são posicionados os propulsores no frame em relação aos eixos referenciais, surgem diferentes topologias apresentando diferente desempenho comportamental. Na literatura técnica prevalecem duas topologias, a positiva e a cruzada. Entretanto, cabe questionar seu uso, vantagens e desvantagens. Essa dissertação desenvolve uma investigação e obtém os modelos matemáticos de cada uma das topologias. Descreve o procedimento de construção de um algoritmo que permite simular ambos modelos em Matlab-Simulink implementados em S-Function. Utilizando-se desse algoritmo, é realizado o cotejamento do desempenho entre as topologias. São descritas as diferenças existentes na construção do algoritmo para uma ou para outra topologia e são apresentados os resultados obtidos para desempenho entre ambas.
Desenvolvimento de um modelo computacional para simulação do comportamento de uma solução de integração na Administração Pública de Huelva (Espanha) utilizando Rede de Petri Temporizada
(2017-08-08) Welter, Franciéli Cristina
As empresas, em seus processos de negócio desenvolvem ou compram aplicações que servem de base para apoiar a tomada de decisões e também para aperfeiçoar seus processos de negócio. Estas aplicações, que são desenvolvidas ou adquiridas pelas empresas, compõem seu ecossistema de software. As aplicações frequentemente são desenvolvidas sem a preocupação de integração, o que dificulta a possibilidade de reutilizar aplicações. A área da integração de aplicações empresariais (EAI) fornece metodologias, técnicas e ferramentas para que as empresas possam desenvolver soluções de integração, visando associar novas aplicações com as já existentes. Assim sendo, o problema abordado nessa dissertação visa analisar o comportamento de uma solução de integração de aplicações, no contexto da administração pública da cidade de Huelva (Espanha). Essa solução é responsável por gerar certificados digitais e unificar as bases de usuários que possuem acesso aos sistemas informáticos da administração. Essa pesquisa assume que é possível identificar gargalos de desempenho com base no modelo de simulação, obtido a partir do modelo conceitual da solução de integração ainda na fase de projeto, com auxílio da técnica matemática Redes de Petri temporizadas. Se um modelo conceitual for implementado com gargalos, poderá gerar falhas, que aumentam os custos, tempo e riscos na solução implementada. A simulação realizada possibilitou a análise de duas variáveis, o tempo associado às transições, e a quantidade de mensagens (tokens) em cada lugar (slot). Gargalos foram observados em alguns cenários de execução.

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Navegando Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática - Mestrado por Título