Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática - Mestrado
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- ItemCaracterização de polímeros e grafite de lápis para desenvolvimento de sensores piezoresistivos(2023-12-04) Pedrali, Patrícia CarolinaO 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.
- ItemModelagem matemática para a previsão de consumo de ração aplicada em unidades armazenadoras avícolas(2023-12-04) Kuhn, JonasA partirdocrescimentodaaviculturadecortenasregiõesSul,SudesteeCentro-Oeste, o gerenciamentodoestoquederaçãodasunidadesprodutoras(aviários)édeextremaim- portância,vistoqueemcasosdefaltaafetaodesenvolvimentoeoprocessodeengordadas avesdecorte.Nestecontexto,nessapesquisaédesenvolvidoummodelomatemáticovia Redes NeuraisArtificiais(RNAs)desériestemporais,baseadonaarquiteturaNARX,capaz de realizaraprediçãodoconsumoderaçãoparaavesdecorte.Estapesquisaestávinculada à empresaApcInovaetambémaumavicultordoExtremoOesteCatarinensequepossui um dispositivodesenvolvidopelaempresaequeestainstaladonossilospresentesemsua propriedade, deondeforamcoletados245dadosobservadosduranteoprocessodeengorda das aves.Comointuitodealcançaroobjetivogeralfoinecessáriaaescolhadevariáveis observadaspeloavicultorduranteoprocessodeengordadasavesdecorte.Paradeterminar o modelomatemáticoviaRNA,querealizaaprevisãodoconsumoderação,foinecessário desenvolverumalgoritmoquerealizadeformadinâmicaotreinamentoeavalidaçãodas redes emumformatometodológicodetesteeerro.Asimplementaçõesesimulaçõesforam realizadas nosoftwareMatlab.Porfim,foiapresentadaavalidaçãodaRNAobtidapelo algoritmo detreinamentocomomelhordesempenho,quepossuiumerrode2,61%,sendo este consideradoumresultadoacuradoparaaprevisãodoconsumoderaçãoemaviários. Palavras-chave: Avicultura;ModelagemMatemática;RNA;SériesTemporais;Previ- são.
- ItemModelagem e viabilidade econômica de sistemas de geração distribuída, baseada em painéis fotovoltáicos para aplicação em pequenas propriedades rurais na Região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul(82 f., 2023-12-04) Almeida, Mônica Nejar deAo longo dos tempos, a energia utilizada pelo ser humano e seus meios de obtenção foram se modificando, influenciando profundamente o modo como vivemos. Atualmente, a energia está presente em quase tudo, o que faz com que o consumo energético venha aumentado exponencialmente. O cenário da distribuição de energia vem sendo alterado em função do advento das chamadas Redes Elétricas Inteligentes, que são caracterizadas pelas redes elétricas tradicionais modernizadas a partir da inserção de novas tecnologias, principalmente de monitoramento e comunicação. Entre os novos conceitos está o de Geração Distribuída (GD), que se baseia na ideia da utilização da geração de eletricidade descentralizada. A energia fotovoltaica é uma excelente opção para áreas remotas com deficiência de energia elétrica e com radiação solar abundante. A economia advinda do uso da energia solar possibilita ao produtor rural um maior investimento no agronegócio local promovendo maior lucratividade para o produtor e maior desenvolvimento para a região. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade da inserção de um sistema de GD a partir de células fotovoltaica em uma pequena agroindústria familiar na cidade de Ijuí. A incidência solar é distinta para as diversas regiões do Brasil, e para isso foi modelada a capacidade de geração da região noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Em seguida, foi medida e avaliada a demanda energética de uma agroindústria familiar. A partir destes dados foi dimensionado um sistema de GD fotovoltaica e analisados vários casos distintos para este mesmo cenário. Esses casos foram estabelecidos, levando-se em conta que sistemas de distribuição rurais podem sofrer impacto a partir de sua configuração, sua construção e expensão, a região onde esta instalado e até mesmo com variações na qualidade de energia. Mesmo nos casos mais extremos o tempo de retorno do investimento não ultrapassou 6 anos e 1 mês, levando-se em conta uma vida útil do sistema de 20 anos. Na sequência foi avaliada a possibilidade de utilização de sistemas de armazenamento, tais como baterias. Entretanto, o alto custo destes dispositivos elevou o payback para 10 anos e 6 meses e reduziu a vida útil do sistema para 16 anos e 6 meses. Desta forma, conclui-se que sistemas fotovoltaicos são viáveis na zona rural da região noroeste do estado do Rio Grande do Sul, mesmo nas piores condições de fornecimento. No entanto, ainda não é viável a utilização de sistemas de armazenamento de energia com o uso de baterias. Palavras-chave: Energia Rural, Redes elétricas inteligentes, Geração distribuída, Geração fotovoltaica.
- ItemModelagem matemática e computacional de um medidor de umidade de grãos(2023-12-04) Antunes, Marcelo CarvalhoEsta dissertação de mestrado aborda a modelagem matemática e computacional de um medidor de umidade de grãos, considerando a influência da variação da porosidade dos grãos nas medidas elétricas de temperatura, tensão e frequência. Para isso, foram utilizadas técnicas de regressão linear múltipla e redes neurais artificiais para desenvolver modelos preditivos eficazes para a inferência da umidade nos grãos de soja e milho. Os dados experimentais utilizados foram obtidos de um aparelho protótipo para medição de umidade, e os resultados da modelagem indicam que o método de redes neurais artificiais é superior ao de regressão linear múltipla para realizar a inferência da umidade. Além disso, foi levantada a hipótese de que a morfologia dos grãos pode influenciar na acomodação dos mesmos durante o escoamento, alterando o valor da porosidade e interferindo na verificação da umidade. Para verificar essa hipótese foi utilizado o método dos elementos discretos para simular a deposição dos grãos no aparelho. A simulação numérica mostrou que a variação da porosidade segue a mesma tendência da variação das medidas elétricas, indicando uma possível relação entre esses fenômenos. No entanto, para comprovar essa hipótese de forma definitiva, seria necessário incluir mais tipos de grãos e estudar mais a fundo os mecanismos que podem explicar uma relação de causa e efeito. Palavras-chave: Soja, Milho, Umidade, Modelagem Matemática, Redes Neurais Artificiais, Porosidade, Método dos Elementos Discretos.
- ItemPredição da eficiência térmica da soldagem a arco elétrico utilizando redes neurais artificiais(2023-11-19) Arruda Júnior, Ricardo José CampeloNeste trabalho é apresentada a modelagem matemática e computacional, baseada na aplicação de Redes Neurais Artificias (RNA), aplicada ao problema da predição da eficiência do processo de soldagem do tipo arco elétrico amplamente utilizada na indústria metalmecânica. Embora a eficiência da solda seja um parâmetro importante, muitas vezes é determinada por valores tabelados em normas técnicas, o que pode prejudicar a análise metalúrgica, já que esses valores podem não considerar todas as variações possíveis nos parâmetros de soldagem ou mesmo do ambiente. Neste trabalho, a eficiência foi estimada experimentalmente a partir de um conjunto real de dados obtidos a partir da utilização de um calorímetro de fluxo contínuo de água. O conjunto de dados obtido foi analisado para determinar a presença de calor residual e utilizado para calcular o aporte térmico e a eficiência do processo. Além disso, foi desenvolvido um modelo matemático e computacional baseado em Redes Neurais Artificiais que possibilita predizer a eficiência do processo de soldagem sem a necessidade de realizar novos ensaios físicos que demandam um alto tempo e custo financeiro. Foi realizado um conjunto significativo de simulações computacionais onde foi avaliado e validado o melhor método de treinamento para o modelo desenvolvido. O modelo final disponibilizado consegue predizer o valor da eficiência do processo de soldagem com um erro inferior a 4% o que comprova o bom desempenho do modelo proposto e apresentado neste trabalho. Palavras-chave: Modelagem Matemática. Redes Neurais Artificiais. GMAW. Soldagem