Bauru - FEB - Faculdade de Engenharia

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Método de construção de banco de dados para identificação de jogos para uso educacional no ensino superior
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-04-22) Machado, Bruna Andrade ; Souza, Fernando Bernardi de
A qualidade dos engenheiros recém-formados no Brasil é discutida há anos, concluindo-se que existem lacunas entre o que se aprende nos cursos e o que o mercado de trabalho espera. Analisando o atual cenário, o Ministério de Educação (MEC) homologou, em 2019, as novas Diretrizes Curriculares Nacionais (DCNs), que enfatizam o desenvolvimento de competências e o uso de metodologias ativas, as quais visam tornar o aluno o protagonista de sua formação. Uma das possíveis metodologias a serem adotadas é a Game-based learning (GBL), a qual se apoia no uso de jogos com fins educacionais para unir teoria e prática e, a partir de simulações, apresentar e fixar conceitos de forma lúdica e descontraída, implicando maior engajamento e interesse dos alunos. Ocorre que a falta de conhecimento e a dificuldade de acesso aos jogos ainda são barreiras para a implementação dessa metodologia. Como forma de estimular a promoção de seu uso, essa pesquisa propõe o desenvolvimento de um método de construção de banco de dados para identificação e seleção de jogos em função de determinadas características de interesse do docente. Para tanto, o presente trabalho fez uso da Design Science Research para identificar tal lacuna, justificar a pesquisa, construir e validar a metodologia proposta. Como resultados, têm-se: o desenvolvimento de um padrão de metadados voltado aos jogos educacionais (SGM – Serious Game Metadata) composto por 16 elementos, a definição de vocabulários controlados, a identificação e catalogação de jogos educacionais voltados para a Engenharia de Produção, o desenvolvimento, disponibilização e avaliação de um banco de dados online, bem como a sistematização de um modelo e construção de banco de dados para jogos educacionais
Otimização da medição de impedância elétrica para monitoramento de integridade estrutural pela configuração do número de ciclos do sinal de excitação
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-04-22) Silva, Cláudio José Ribeiro da ; Baptista, Fabricio Guimarães ; Budoya, Danilo Ecidir
Pesquisadores têm utilizado amplamente sistemas de medição comerciais e alternativos no monitoramento da integridade estrutural baseado em impedância, onde um transdutor piezoelétrico conectado à estrutura monitorada é excitado enquanto sua impedância elétrica é medida. No entanto, a literatura carece de atenção ao número necessário de ciclos do sinal de excitação, uma questão frequentemente ignorada pelos pesquisadores. Portanto, esta tese teve como objetivo analisar o impacto do número de ciclos de excitação nas medições de impedância, utilizando tanto uma abordagem teórica baseada na resposta dinâmica da estrutura monitorada quanto uma abordagem experimental que emprega um sistema de medição baseado em dispositivo de aquisição de dados com número de ciclos de excitação variável. Foram analisadas quatro estruturas de diferentes tamanhos e materiais, e os resultados mostram que o número adequado de ciclos para que a medição de impedância seja otimizada depende do fator de amortecimento da estrutura monitorada. Configurar o sistema de medição com o número ideal de ciclos pode melhorar notavelmente a medição dos picos de ressonância relacionados às frequências naturais da estrutura, aumentando assim o desempenho na detecção de danos estruturais, bem como a reprodutibilidade das medições de impedância. Portanto, os resultados reportados nesta tese podem ser úteis aos pesquisadores na configuração de diferentes sistemas de medição de impedância para obter melhor desempenho em aplicações de monitoramento de integridade estrutural.
Análise da integridade superficial e subsuperficial em inconel 718 após roleteamento convencional e a quente
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-03-05) Godoi, Eduardo Luiz de ; Sanchez, Luiz Eduardo de Angelo ; Fragelli, Renan Luis
O roleteamento, tradução livre de “roller burnishing”, é um processo associado à fabricação de peças metálicas, sem remoção de material, que se beneficia do mecanismo de deformação plástica para melhorar vários aspectos mecânicos da peça, como aumento da tensão residual de compressão, aumento da dureza, resistência ao desgaste e diminuição da rugosidade superficial. Para tanto, emprega uma ferramenta de maior dureza que a peça, executando um movimento de avanço. A ferramenta pode ser estática ou dotada de movimento de rotação. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar os efeitos superficiais e subsuperficiais do roleteamento, produzido por uma ferramenta em forma de rolo, com rotação livre, em peças de Inconel 718 na temperatura ambiente e sob aquecimento a 310 °C efetuado por um conjunto de resistências de quartzo montadas em torno da peça. A ferramenta adotada foi um rolamento de zircônia, a qual foi mantida sob um carregamento constante de 500 N, sendo executados quatro passes repetidos sobre uma peça cilíndrica previamente torneada. Para ambas as condições de temperaturas ensaiadas, e após cada passe de roleteamento, foram realizadas medidas de rugosidade, desvio de circularidade, nanodureza e tensão residual na superfície da peça. Em adição, foram feitas imagens da microestrutura por meio de microscopia eletrônica de varredura com posterior observação dos efeitos da deformação plástica usando a técnica EBSD. Como resultado, constatou-se que o roleteamento diminuiu tanto a rugosidade média aritmética (Ra) quanto o desvio de circularidade, em relação a peça inicial vinda do torneamento. Observou-se, ainda, que a tensão residual mudou do estado de tração para compressão. Ademais, o roleteamento convencional promoveu um aumento de dureza em cerca de 20% em relação à peça torneada, e de aproximadamente 30 % com auxílio do aquecimento. Na mesma direção, o roleteamento convencional diminuiu a rugosidade superficial em cerca de 60% em relação à peça torneada, enquanto a operação com aquecimento alcançou aproximadamente 75%.
Reformulação do problema de fluxo de potência ótimo discreto com restrições disjuntivas e de complementaridade
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-08-03) Alencar, Marina Valença ; Soler, Edilaine Martins ; Silva, Diego Nunes da ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O sistema elétrico de potência é um sistema complexo, que contém uma série de dispositivos controláveis que influenciam diretamente no seu desempenho. Devido a tal complexidade, abordagens de modelagem e solução a partir de técnicas de otimização têm sido cada vez mais utilizadas para auxiliar na operação de tais sistemas. Entre estas ferramentas, pode-se citar o Fluxo de Potência Ótimo (FPO), o qual pode ser modelado como um problema de otimização restrito, não linear e não convexo. Propõe-se neste trabalho um modelo para o problema de FPO que visa minimizar o custo de geração de potência ativa considerando as variáveis contínuas e discretas, os efeitos de ponto de carregamento de válvula, zonas de operação proibidas, múltiplas opções de combustíveis e a atuação dos dispositivos de controle por meio de restrições de complementaridade. Além disso, propõe-se uma abordagem de resolução que integra estratégias para tratamento da não diferenciabilidade que o efeitos de ponto de carregamento de válvula traz para a função objetivo, para tratamento das restrições disjuntivas relativas às zonas de operação proibidas e às múltiplas opções de combustíveis, bem como o tratamento das variáveis discretas e a reformulação para as restrições de complementaridade por meio de um problema equivalente, tornando-o viável de ser resolvido diretamente por solvers. A viabilidade da proposta foi analisada por meio de testes numéricos, utilizando os sistemas elétricos IEEE 30, 118 e 300 barras.
Cálculo de ofertas estratégicas por meio de sistema de curvas cota-preço Nodais com restrições de rede em mercados do dia seguinte
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-08-04) Cabana, Tiago Gomes ; Nepomuceno, Leonardo ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
No mercado pool de energia do dia seguinte, o problema de cálculo de ofertas estratégicas (COE) de uma companhia geradora price-maker consiste em calcular as ofertas desta companhia no leilão de modo maximizar seus lucros. O COE tem sido formulado por meio de modelos de otimização bi-nível, em que o nível superior envolve a maximização dos lucros da companhia e o nível inferior envolve o problema de compensação de mercados (do inglês, market clearing procedure) utilizado pelo operador de mercado. Esta abordagem de COE apresenta dificuldades devido à necessidade de que o problema de nível inferior seja convexo, o que não ocorre na operação prática dos mercados. Outra abordagem para o COE envolve a utilização de problemas de autoprodução (AP) que definem as ofertas ótimas da companhia geradora com base nas previsões de preços de equilíbrio do sistema fornecidos pela curva cota-preço, a qual relaciona o preço de equilíbrio do sistema com a cota aceita pela companhia. Entretanto, esta abordagem pode apresentar erros de estimação de preços associados às imprecisões da curva cota-preço. Esta tese tem por objetivo propor um modelo de COE baseado em modelos de AP e nas curvas cota-preço, que considera a representação de aspectos físicos e operativos práticos de unidades termelétricas, da rede de transmissão e de incertezas associadas às ofertas das unidades geradoras das demais companhias e aos lances dos consumidores. Para tanto, é proposto um sistema de curvas cota-preço nodais, obtido por meio de modelos de otimização, que reduz consideravelmente os erros de estimação de preços de equilíbrio e um novo modelo de AP que utiliza este sistema de curvas de modo a obter as ofertas estratégicas para o mercado do dia seguinte.
Stents bioabsorvíveis para tratamento de coarctação da aorta em crianças: simulação numérica utilizando elementos finitos
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-07-14) Santos, Flávio José dos ; Sousa, Edson Antônio Capello ; Andrade, Aron José Pazin de ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Stents vêm sendo utilizados para o tratamento de Coarctação da Aorta (CoA), que é uma estricção da artéria, impedindo parcialmente a passagem do sangue. Sua correção é geralmente feita através de cirurgia ou com a utilização de stents metálicos, os quais se tornam um problema em crianças, pois, devido ao seu crescimento, novas cirurgias ou novas dilatações do stent se fazem necessárias. Novas cirurgias trazem novos riscos à criança e a dilatação do stent só é possível até um determinado diâmetro. Assim, a utilização de stents bioabsorvíveis surge como uma possibilidade para o tratamento de CoA, visto que estes dispositivos permanecem temporariamente no corpo do paciente e depois são degradados. Por se tratar de materiais geralmente poliméricos com baixa rigidez, baixo módulo de elasticidade, e da artéria aorta com grande diâmetro, a simulação numérica e computacional através de elementos finitos envolve grandes deformações e alto grau de não-linearidade, o que torna a simulação bastante complexa. Esta pesquisa teve como objetivo desenvolver um modelo em elementos finitos para avaliar a performance de três geometrias propostas pela Fundação Adib Jatene, associada ao Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia utilizando-se um material bioabsorvível polimérico, PLLA (PLLA: Poly-L-Lactide Acid). Foram desenvolvidos ao todo cinco modelos principais em elementos finitos e foi apresentado um método inovador para validar as simulações realizadas, através de testes customizados de ensaio de tração. Pôde-se constatar que o encurtamento, foreshortening, das geometrias dos stents apresentaram resultados muito promissores, abaixo de 3%, enquanto o recuo elástico, recoil, apresentou resultados elevados. Apesar disso, verificou-se que o recoil diminui a medida em que o diâmetro máximo alcançado pelo stent aumenta. Foi realizado a simulação do ensaio de dobramento em três pontos para as geometrias finais e verificou-se que as diferentes geometrias obtiveram curvas força versus deflexão diferentes. Também foi verificado que o processo de crimpagem possui pouca influência no padrão de distribuição de tensões no stent e na aorta. No trabalho foram avaliados dois modelos hiperelásticos da aorta disponíveis na literatura, um modelo de Mooney-Rivlin e outro de Yeoh. Foi visto que os dois modelos apresentaram rigidezes diferentes, que influenciaram a performance do stent em termos de recoil. Por fim, conclui-se que o método de elementos finitos é uma ferramenta poderosa para avaliar virtualmente as geometrias propostas do stent, poupando tempo e recursos.
Comparação entre diferentes rebolos aplicados no processo de retificação utilizando lubrirrefrigeração sustentável
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-07-07) Sato, Bruno Kenta ; Lopes, José Claudio ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL) foi desenvolvida para possibilitar a implementação da sustentabilidade nos processos de usinagem. No presente estudo parâmetros como: vazão de fluido de corte, tipo de rebolo e o sistema de limpeza da superfície de corte do rebolo serão avaliados para atingir o melhor desempenho da técnica de MQL no processo de retificação. A comparação entre rebolos superabrasivo (CBN) e convencional (Al2O3), variação da vazão do fluido de corte (30 ml/h, 60 ml/h e 120 ml/h) e a utilização do sistema de limpeza será feita com base nos parâmetros de saída: rugosidade superficial, erro de circularidade, desgaste diametral do rebolo, análise confocal da superfície retificada, potência da retificação, emissão acústica e microscopia ótica. De forma inovadora, esse estudo apresenta o cálculo de custo por peça e a emissão de CO2 por peça retificada para as diferentes condições analisadas. Em todos os parâmetros analisados o desempenho do rebolo de CBN foi superior ao rebolo de Al¬2O3, apresentando, em média, rugosidade superficial 29% e um desvio de circularidade 9% menores em comparação com o rebolo de Al2O3. Além disso, o desgaste do rebolo de CBN foi 127% menor, a emissão acústica 42% menor e a potência 13% menor em relação ao rebolo convencional. No entanto, o custo por peça apresentado pelo rebolo de Al2O3 é significativamente menor em comparação ao rebolo de CBN, independentemente do método de lubrirrefrigeração utilizado. O custo da retificação utilizando MQL foi em média 72% menor ao utilizar o rebolo de Al2O3. Além disso, o custo ao utilizar a refrigeração convencional foi 7% mais caro quando o rebolo de CBN foi utilizado.
Desempenho dos transformadores de distribuição relacionado à geração distribuída
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-07-07) Carvalho, Fábio de Oliveira ; Souza, André Nunes de ; Amaral, Haroldo Luiz Moretti do ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Atualmente, busca-se o equilíbrio entre a oferta de energia e o consumo diante do aumento da população e do padrão de consumo atual, pois a utilização de recursos minerais ocasiona danos ao meio ambiente. Por essa razão, empenha-se em uma inserção na matriz energética de fontes renováveis. No âmbito da eletricidade, destacam-se os geradores fotovoltaicos pela facilidade de instalação, abundância de fonte solar e baixo custo. Permite-se o uso desse recurso em domicílios ou em qualquer ponto da rede, contribuindo para uma mais ampla penetração da geração distribuída. Esse cenário proporciona o surgimento de efeitos tais como fluxo reverso, sobretensão e distorções harmônicas, os quais podem interferir na integridade do sistema elétrico, dessa maneira necessitando que se desenvolvam estudos nesse sentido. O objetivo deste trabalho foi realizar uma análise do desempenho dos transformadores de distribuição em relação à inserção da geração distribuída. As diretrizes metodológicas adotadas se baseiam em normas nacionais e internacionais tais como, NBR 5356-7, NBR 5356-8, IEEE Std 57.110/2018 e IEEE Std 57.91/2011. No decorrer deste trabalho foi realizada uma simulação de um estudo de caso, considerando um transformador de distribuição de 112,5 kVA submetido a um carregamento genérico e distorções harmônicas de corrente. Nesse circuito foi introduzida uma geração distribuída. Os resultados obtidos sugerem uma redução na expectativa de vida do transformador, interferindo negativamente nos custos da empresa. Diante disso, conclui-se sobre a necessidade de se investigar a presença de distorções harmônicas nas redes de distribuição, além de um estudo profundo da sua interferência na operação dos diversos componentes do sistema elétrico, como o transformador.
Aplicação da técnica híbrida de MQL com limpeza da superfície de corte do rebolo para uma produção mais limpa e verde
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-04-18) Rodriguez, Rafael Lemes ; Lopes, José Claudio ; Bianchi, Eduardo Carlos ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Soluções com maior ecoeficiência têm sido cada vez mais propostas por pesquisadores e pelo setor industrial em todo o mundo nos últimos anos, a fim de tornar os sistemas de fabricação mais verdes e limpos. Essa ação está relacionada ao alerta global sobre a geração de gases de efeito estufa, como o CO2, conforme informado pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change). Uma das questões de maior risco ambiental no processo de usinagem é a aplicação de fluidos de corte, especialmente no processo de retificação em que os fluidos de corte são fundamentais para controlar a alta geração de calor e evitar queimas superficiais da peça e alterações microestruturais. A técnica da mínima quantidade de lubrificação (MQL) foi amplamente relatada na literatura como uma técnica de lubrirrefrigeração potencialmente alternativa à técnica convencional abundante. No entanto, o principal limitante da técnica de MQL na retificação está relacionado à geração do fenômeno de empastamento produzido por cavacos que se alojam na superfície do rebolo devido ao baixo volume de óleo aplicado por essa técnica e consequentemente à sua menor ação lubrirrefrigerante. A fim de propor melhorias à técnica MQL, aumentar sua eficiência, viabilizar e desenvolver uma técnica de lubrirrefrigeração potencialmente mais verde, este trabalho propõe e avalia a aplicação da técnica híbrida de MQL com limpeza da superfície de corte do rebolo (HMQL + WCJ, “Wheel Cleaning Jet”) que combina a aplicação óleo e água na proporção 1:5 no processo de retificação com rebolo de Al2O3 do aço AISI 4340. Esta técnica foi comparada com as técnicas convencional abundante e com a técnica de MQL com óleo puro e limpeza da superfície de corte do rebolo (PMQL + WCJ). Ambas as técnicas de MQL (híbrida e pura) foram testadas as vazões de 30, 60 e 120 mL/h. A técnica PMQL + WCJ produziu os piores resultados independente da vazão. A técnica HMQL + WCJ a 120 mL/h a maior vazão (120 mL/h) apresentou desempenho próximo à técnica convencional em termos de rugosidade superficial, microdureza, comportamento do empastamento na superfície do rebolo, desvio de forma da peça, potência consumida, geração de CO2 durante o processo e emissão acústica e desempenho superior em termos de relação G. Isso indica o potencial ecoeficiente desta técnica para ser amplamente empregada na indústria de manufatura e mitigar o impacto ambiental e a pegada de carbono.
Aplicação de diferentes métodos de lubrirrefrigeração com inibidores voláteis de corrosão na retificação de aço endurecido
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-02-24) Sales, Alan Rodrigo de ; Lopes, José Claudio ; Bianchi, Eduardo Carlos ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Em meio à atual busca por adequações dos processos produtivos em função da saúde humana e preservação do ambiente, sem renunciar à preocupação com os custos e a qualidade dos produtos, é preciso pesquisas a tentar novas técnicas de lubrirrefrigeração eficientes como alternativas às convencionais. Assim, busca-se técnicas modernas que possam substituí-las, nesse sentido, a técnica MQL (mínima quantidade de lubrificante) vem sendo uma alternativa pois utiliza baixo fluxo de óleo com ar em alta pressão, diminuindo a quantidade de resíduos gerados no processo. Assim este trabalho teve como objetivo comparar os métodos da lubrirrefrigeração com a aplicação dos fluidos com inibidores voláteis de corrosão (VCI) com fluido de corte base, utilizando métodos de lubrirrefrigeração convencional, MQL sem limpeza e MQL com limpeza da superfície de corte do rebolo (MQL+WCJ). Todos os métodos de lubrirrefrigeração foram aplicados na retificação de aço endurecido (ABNT 4340) com rebolo de óxido de alumínio. Os parâmetros de saída analisados foram: rugosidade média aritmética (Ra), desvio de circularidade, microdureza da peça, desgaste diametral do rebolo, emissão acústica e potência de retificação. As superfícies retificadas foram avaliadas por microscopias óptica e confocal, microscopia eletrônica de varredura. Não foram observados danos térmicos, microtrincas ou alterações microestruturais nas peças, independentemente do método de lubrirrefrigeração aplicado. Além disso, pode-se concluir que o uso de fluidos de corte com VCI evidenciaram os melhores resultados em comparação ao fluido de corte base.
Controle ótimo para manipulador robótico com três graus de liberdade sujeitos a fricção dependente de carga
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-02-02) Luz Junior, José Adenilson Gonçalves ; Balthazar, José Manoel ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Este trabalho estuda a modelagem matemática e a implementação de um controle SDRE para um manipulador robótico com três graus de liberdade operando em Planejamento de Trajetória e com componentes de fricção dependentes de carga. O principal objetivo deste estudo está na compreensão de como a carga submetida aos elos influi na capacidade do manipulador de operar em uma determinada trajetória. A verificação da eficiência do modelo proposto foi feita em duas etapas, inicialmente uma simulação numérica buscando ajustes no modelo para a segunda etapa que consiste no desenvolvimento de um modelo prático do manipulador. A partir da comparação entre os dois grupos de dados obtidos é possível traçar um modelo teórico mais próximo do experimental e buscar cada vez mais refinamento nas modelagens dinâmicas dos manipuladores robóticos.
Estudo do atraso de propagação em redes complexas de osciladores
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-12-12) Felix, Roger Oliva ; Bueno, Átila Madureira ; Serni, Paulo José Amaral ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
As malhas de sincronismo de osciladores têm grande importância em diversas aplicações na física e na engenharia, pois permitem a correta distribuição das informações. Diversas estratégias de distribuição de sinais de relógio podem ser utilizadas, desde estratégias descentralizadas como as mutuamente conectadas, até estratégias fortemente hierarquizadas como as redes mestre-escravo. Em quaisquer das estratégias podem ocorrer problemas relacionados à instabilidade do sincronismo, além do surgimento de comportamentos oscilatórios irregulares, como nos casos de osciladores caóticos, devido ao comportamento não linear usualmente presente, principalmente em sistemas de alta ordem. As redes de osciladores também são muito importantes para o desenvolvimento de modelos matemáticos de diversos sistemas complexos, descrevendo o comportamento de sistemas físicos, biológicos e sociais. Nesse contexto, os sistemas complexos são caracterizados pela interação de seus componentes, levando à produção de novas informações ou comportamentos emergentes que não podem ser observados ou inferidos a partir das condições de contorno, o que limita a previsibilidade. Mediante os resultados obtidos neste trabalho foi possível concluir que o atraso de propagação existente nas redes de osciladores é considerado um comportamento emergente, e para atenuar esse comportamento indesejável aplicou-se um projeto de controle de sincronismo que apresentou um ótimo desempenho na sincronização de sinais. Portanto, o foco desse trabalho é o estudo do comportamento de modelos matemáticos de redes de osciladores, do ponto de vista de sistemas complexos, levando em consideração o atraso de propagação entre os nós das redes. Dado o exposto, o trabalho apresenta também o estudo do jitter de frequência dupla existente nas malhas de sincronismo e o estudo do projeto de controle de sincronismo baseado no conceito da estabilidade de Lyapunov que tem como objetivo garantir o sincronismo das redes de distribuição de sinais de relógios.
Otimização de projeto de conversores CC-CC baseados em redes de impedância do tipo Fonte-Y por meio do método de pontos interiores com barreira logarítmica
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-09-01) Almeida, Felipe Augusto Ferreira de ; Gonçalves, Flávio Alessandro Serrão ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A crescente utilização de cargas que operam em corrente contínua aliada aos avanços nas tecnologias de eletrônica de potência, possibilitaram o interfaceamento com sistemas de armazenamento de energia e fontes de energia renováveis impulsionando a utilização de conversores CC-CC de elevado ganho e rendimento em microrredes CC. Neste cenário, os conversores empregando redes de impedância vêm chamando a atenção devido a sua flexibilidade operacional e capacidade de obtenção de ganhos elevados. Assim, este trabalho apresenta contribuições no estudo de conversores CC-CC baseados em redes de impedância do tipo fonte-Y considerando a otimização de seu projeto por meio do método de pontos interiores com barreira logarítmica, ainda não explorada na literatura. Foram exploradas diferentes combinações de configurações de projeto do conversor relacionadas com a razão cíclica, fator de acoplamento K, tensão de entrada e potência de carga, para obtenção de condições de operação otimizadas. Especificamente, os processos de otimização das operações buscaram como objetivo primário a obtenção do máximo ganho considerando o atendimento de restrições relacionadas com valores mínimos de rendimento e limites máximos de esforços de tensão e corrente permitidos na chave e diodos. Adicionalmente, também foram efetuados estudos de otimização considerando pontos operacionais específicos relacionados com ganhos de tensão fixos, em diferentes faixas de potência e tensão de entrada, equivalentes a diferentes arranjos de módulos fotovoltaicos. A implementação dos métodos de otimização e as estimativas das grandezas elétricas baseadas nos modelos matemáticos do conversor não ideais foram efetuadas por meio do software MATLAB®. Por fim, com o objetivo de ratificar as configurações de projeto estabelecidas na otimização, simulações computacionais foram realizadas no software PSIM e resultados experimentais foram coletados em protótipo do conversor CC-CC fonte-Y para alguns pontos de operação. Tal conversor se mostrou viável para integração de fontes renováveis de energia, sendo uma opção com flexibilidade para atingir pontos operacionais por meio de diferentes configurações, que a depender da escolha otimizada do par razão cíclica e fator de enrolamento K pode diminuir o impacto das perdas no rendimento e possibilitar a obtenção de ganhos razoáveis com pequenos valores de razão cíclica.
Controle cooperativo de conversores distribuídos para o aprimoramento da qualidade de energia elétrica em microrredes isoladas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-08-03) Rodrigues, Diego Tardivo ; Paredes, Helmo Kelis Morales ; Bonaldo, Jakson Paulo ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Microrredes trifásicas a 4-fios apresentam grandes desafios de operação uma vez que podem se tornar desbalanceadas, com a presença de componentes de sequência negativa e zero na tensão e na corrente. Quando estas microrredes operam de forma isolada, os desequilíbrios bem como a distorções harmônicas produzidas por cargas não lineares e desbalanceadas podem afetar a qualidade da energia e a estabilidade de operação do sistema. Adicionalmente, evitar uma possível sobrecarga de uma unidade geradora, proporcionado pela distribuição de cargas na microrrede bem como diferentes impedâncias de linha entre barramentos, tem sido atualmente um desafio. Logo a presente tese propõe contribuições focadas no compartilhamento de potência ativa, reativa, harmônicos e desequilíbrios em uma microrrede (MR) trifásica a 4-fios quando operada em modo ilhado. Os controladores são desenvolvidos para compartilhar proporcionalmente essas potências entre as unidades de geração distribuída (GD), com base no algoritmo consensus agindo de modo distribuído e utilizando o conceito de impedância virtual. Isto deve evitar sobrecarregar as unidades de GD uma vez que o sistema de controle deve garantir um compartilhamento adequado destas potências entre os GDs da MR. Em primeiro momento o trabalho apresenta uma estratégia para o compartilhamento de potências (ativa, reativa, harmônica e desbalanço) na MR, fazendo uso da CPT (do inglês Conservative Power Theory) no domínio das componentes simétricas generalizadas, bem como do algoritmo consensus para geração de impedâncias virtuais. Com esta técnica foi possível obter o desacoplamento dos efeitos das componentes de sequência negativa e zero no compartilhamento da potência de desbalanço o que é demonstrado por meio de uma análise comparativa com a metodologia encontrada na literatura, a qual faz uso da CPT. Na sequência é proposto um novo sistema de controle com foco no compartilhamento de corrente eficaz por fase ao invés do compartilhamento de potências. Este sistema é baseado também no algoritmo de consensus para equalizar o valor eficaz da corrente entre as fases dos GDs na MR isolada a 4-fios contendo cargas desequilibradas e não-lineares. Para fazer isto é utilizado um controle de droop por fase para regular a magnitude da tensão, e o compartilhamento da corrente harmônica é realizado utilizando o conceito de impedância virtual. Adicionalmente o controle proposto garante regulação de tensão, fazendo com que a MR opere no seu valor nominal de tensão. O algoritmo consensus além de propiciar compartilhamento do valor eficaz da corrente, também proporciona o compartilhamento igualitário do valor eficaz da corrente harmônica entre cada fase de cada GD que compõe a MR, bem como garante que a distorção harmônica da tensão no PAC de cada GD permaneça dentro dos limites definidos pelas normas. Resultados de simulações demonstram o funcionamento e a efetividade da estratégia de controle proposta. Por fim é apresentada uma nova proposta (usando o mesmo cenário do sistema estudado no início do trabalho), para que o compartilhamento das potências (ativa, reativa, harmônica e desbalanço) seja realizada por GD monofásicos e trifásicos da MR. Neste caso o droop foi alterado para regular a tensão por fase, bem como o algoritmo consensus e as impedâncias virtuais que também foram ajustadas por fase. Com isso, foi possível que geradores monofásicos ao serem inseridos na MR trifásica de 4-fios possam também compartilhar suas potências, ajudando na operação da MR.
Metodologia de inteligência de negócios para recomendação de alocação de fontes renováveis de energia
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-08-08) Palma, Eloá Carolina Nava Cardoso ; Godoy, Eduardo Paciência ; Sales, Jomil Costa Abreu ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O presente trabalho propõe uma metodologia de Inteligência de Negócios (BI - Business Intelligence) a fim de auxiliar no processo de tomada de decisão e recomendação para a implantação de energias renováveis (eólica e solar) em determinada localização do território brasileiro. Essa metodologia é sistematizada num modelo hierárquico de quatro camadas, que considera a influência de múltiplas variáveis (técnica, econômica, geológica, climatológica e ambiental) para aprimorar a indicação de regiões favoráveis para a implantação de energia renovável. A primeira camada é a de Mineração de Dados, responsável pela captação de dados brutos dessa variáveis e transformação em informação. Esses dados brutos têm origem em diferentes fontes de dados oficiais (Global Solar Atlas, Global Wind Atlas, IBGE, Cadastro Nacional de Unidades de Conservação, Operador Nacional do Sistema e EMBRAPA), sendo transformados em mapas das variáveis com pontos georreferenciados (grid de 10 km x 10 km) em todo o território brasileiro. A segunda camada é a de Análise Fuzzy, baseada em um sistema de inferência com regras estabelecidas a fim de gerar a variável Potencial Eólico. A terceira camada é a de Análise AHP (Analytic Hierarchy Process), responsável pela análise multicritério das variáveis Potencial Solar, Potencial Eólico, Investimento Solar, Investimento Eólico, Declividade do solo, Geotecnia, Distância física das Linhas de Transmissão de energia elétrica e Consumo de Energia Elétrica. Essa camada reclassifica os valores dessas variáveis, através de uma hierarquia de pesos, padronizando suas saídas em índices Muito Baixo, Baixo, Moderado, Alto e Muito Alto. A quarta camada é a da Indicação, responsável pela álgebra de mapas das variáveis da análise AHP em conjunto com as áreas de unidades de conservação ambiental nacional. O resultado dessa camada é um mapa georreferenciado destacando as regiões do território brasileiro de acordo com seu potencial de implantação de energia solar e/ou eólica. A análise geral e em regiões específicas desses mapas, em confronto com suas indicações, comprovam a coerência dos resultados e validam a metodologia desenvolvida. Finalmente, a recomendação de implantação de energia solar e/ou eólica pode ser realizada com base no índice de favorabilidade ou indicação da fonte naquela localidade no território brasileiro
Identificação e classificação de curto entre espiras e desbalanço de tensão em motores de indução trifásicos utilizando sensores de corrente, emissão acústica e vibração com emprego de transformada Hilbert e transformada Wavelet
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-08-02) Rocha, Marco Aurélio ; Andreoli, André Luiz ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O motor de indução trifásico (MIT) é amplamente empregado em aplicações industriais para o acionamento de diversos tipos de cargas. Caso haja qualquer tipo de interrupção indesejada causada por falhas elétricas e mecânicas neste tipo de máquina, poderá haver prejuízos financeiros e produtivos diversos. Com isso, técnicas de monitoramento não invasivas vêm ganhando cada vez mais destaque no cenário industrial e acadêmico. Essas técnicas utilizam sensores que obtém informações físicas sobre a operação da máquina, tais como vibração, corrente e emissão acústica. A análise desses sinais se destacam como ferramentas tradicionais para a obtenção de características operacionais do motor de indução trifásico e diagnóstico de falhas. Dentre as falhas elétricas, o desequilíbrio de tensão (DT), bem como o curto entre espiras (ITSC, do inglês Inter-Turn Short-Circuit) de curta duração são falhas frequentes no MIT e que podem afetar o desempenho da máquina, gerando paradas inesperadas. Portanto, o objetivo deste trabalho é a proposição de técnicas de diagnóstico de falhas DT e ITSC utilizando sensores de corrente de efeito Hall, sensor MEMS e sensores piezoelétricos. Deste modo, o diagnóstico proposto permite a detecção da falha, a identificação da fase elétrica afetada e a classificação da magnitude da falta. Para isso, foram desenvolvidas duas técnicas de processamento baseadas no envelope do sinal analítico proveniente da Transformada Hilbert e na energia do sinal dos coeficientes de aproximação e detalhe da Transformada Wavelet Discreta (TWD). Por fim, verificou-se qual a influência que a variação do carregamento tem sobre as técnicas propostas para cada um dos três sensores utilizados. Os resultados demonstraram que tanto o sensor de corrente quanto o sensor piezoelétrico foram sensíveis para o diagnóstico das falhas elétricas ITSC e DT. No entanto, verificou-se que o sensor MEMS não apresentou resultados promissores para o diagnóstico completo de falhas elétricas levando em consideração todos os níveis de carregamento aplicados. Por fim, o principal resultado é o desempenho do sensores PZT juntamente com a TWD em comparação ao sensor de corrente, uma vez que o sensor acústico apresenta custo muito reduzido e mede indiretamente a variável afetada pela falha.
Identificação de falhas em rolamentos aplicados em motores de indução por meio de sensores de corrente de efeito hall, técnicas de processamento de sinais e sistemas inteligentes
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-08-03) Souza, Wallace Gabriel de ; Andreoli, André Luiz ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Os motores de indução trifásicos pertencem ao conjunto das máquinas elétricas mais encontradas nas aplicações industriais. Devido às vantagens de baixo custo, robustez, confiabilidade e disponibilidade, muitas vezes são utilizados para operar em condições com elevadas taxas de umidade, altas temperaturas e dimensionamentos inadequados. A interrupção de um motor de indução levará à altos custos de manutenção e graves perdas financeiras devido aos tempos de paradas não programados das plantas industriais. Nesse caso, os rolamentos representam cerca de 40 a 50 % dos tipos de danos em máquinas elétricas, que afetam as condições operacionais do motor de indução, reduzindo a sua vida útil por meio de falhas. Como componente principal dos sistemas rotativos, os rolamentos ajudam a reduzir as perdas rotacionais e garantem o alinhamento do rotor em relação ao estator. Dessa maneira, a detecção e o diagnóstico precoce dos danos nos rolamentos garantem a segurança e o suporte para a manutenção preditiva das máquinas elétricas. À vista disso, inúmeras técnicas foram desenvolvidas para identificar anomalias na operação da máquina. Dentre elas, o monitoramento da corrente se destaca devido ao baixo custo e fácil acesso às plantas industriais. Com esse propósito, o presente trabalho propõe uma nova abordagem que utiliza métricas de agrupamentos de dados combinada com sistemas inteligentes na identificação de falhas nos rolamentos de um motor de indução trifásico pela assinatura da corrente do estator. Nesse caso, foram abordadas falhas que ocorrem na indústria, como os desgastes das pistas e das esferas dos rolamentos, a oxidação e os danos originados pelas das correntes de eixo. Nessa situação, foram utilizadas a transformada wavelet discreta, a largura de banda eficaz e a frequência média no processamento dos sinais amostrados. Essas técnicas possibilitam o treinamento de um sistema inteligente para identificar os danos nos rolamentos. Assim sendo, foi comparado o desempenho de uma rede neural artificial. Além disso, o índice silhouette foi utilizado como validação estatística da qualidade dos agrupamentos de dados obtidos a partir do conjunto de falhas nos rolamentos abordadas neste trabalho. A base de dados foi obtida por meio de experimentos laboratoriais realizados em uma máquina de indução de 4 CV sob condições de variação do conjugado para demonstrar que o método proposto não depende do torque do motor e pode ser aplicado em qualquer carregamento. Os resultados experimentais revelaram que a técnica proposta foi eficaz na identificação das falhas nos rolamentos neste trabalho.
Identificação e caracterização de curtos-circuitos temporários em motores de indução trifásicos por meio de emissão acústica, análise de corrente e técnicas avançadas de processamento de sinais
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-07-29) Leão, José Vital Ferraz ; Andreoli, André Luiz ; Castro, Bruno Albuquerque de ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Atualmente, tanto a indústria quanto a ciência têm buscado o desenvolvimento de técnicas não invasivas que avaliem a integridade dos motores de indução trifásicos (MIT). O objetivo é evitar ônus financeiros relacionados a paradas repentinas de linhas de produção e aos valores de manutenção/aquisição de novas máquinas. Uma das falhas mais comuns no MIT são os curtos- circuitos no enrolamento de estator, que se iniciam pela deterioração da isolação de espiras. Quando incipientes, essas falhas têm características temporárias, ou seja, se apresentam como curtos que perduram por um curto período de tempo e cessam, sendo conhecidos na literatura como curtos-circuitos temporários (CCTs). Os estágios incipientes dos CCTs são causados pela operação do MIT em ambientes com excessiva umidade, sujidades e altas temperaturas, levando a uma deterioração cumulativa da isolação do MIT. Várias técnicas de monitoramento de falha em MITs foram propostas na literatura, utilizando-se de diversos tipos de sensores. No entanto, ainda existe uma lacuna científica no estudo desse fenômeno. Baseado nesta problemática o objetivo deste trabalho é aplicar a técnica da Emissão Acústica (EA) e análise de correntes de linha para a detecção da ocorrência, identificação da fase afetada e classificação da severidade dos CCTs. Para tanto, foi desenvolvido um algoritmo de diagnóstico de falhas, composto pelo novo índice: o Valor Máximo da Correlação Cruzada (Cross-Correlation Maximum Value - CCMV), e as técnicas avançadas de processamento de sinais: Transformada Wavelet Discreta (TWD) e Análise de Componentes Principais (ACP). Os experimentos foram realizados com o auxílio de um MIT especialmente modificado para simular CCTs. Sensores acústicos e de corrente foram empregados para fornecer as variáveis de entrada necessárias para o funcionamento do algoritmo. Após a aplicação do novo método, os valores de CCMV detectaram corretamente a ocorrência da falha, além de classificar a magnitude dos curtos- circuitos. Ainda, a TWD em conjunto com a ACP identificou acertadamente qual fase foi afetada pela falha estudada. Adicionalmente, foi feita uma comparação dos resultados obtidos pela análise acústica em relação aos obtidos pela análise de corrente. Por fim, o método introduzido por esta Tese demonstra eficácia, originalidade e exequibilidade prática para o diagnóstico de CCTs em MITs.
Desenvolvimento de um sistema de secagem utilizando aquecimento solar
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-07-13) Predolin, Rodrigo Eduardo ; Scalon, Vicente Luiz ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Muitos alimentos apresentam um acelerado processo de deterioração. Visando reduzir esta ve- locidade de deterioração, diversas técnicas de conservação foram desenvolvidas ao longo do tempo; como, por exemplo, o processo de desidratação de alimentos, que apresenta compara- tivamente uma alta eficácia. Os benefícios da desidratação dos alimentos são a preservação do produto e a redução do seu peso, que tem como consequência a redução no custo de transporte e no armazenamento, além de criar condições desfavoráveis para o desenvolvimento de micro- organismos. Com foco na desidratação de produtos, foi desenvolvido e analisado um secador solar indireto com convecção natural. O equipamento é composto por 3 partes principais: a placa absorvedora com 0,5 m2 de área superficial, a câmara de secagem e o duto de saída de gases, destacando que a placa absorvedora tem duas posições de trabalho. A análise do equi- pamento se utilizou de uma instrumentação, que foi constituída dos sensores de temperatura, umidade e pressão atmosférica, posicionados na entrada e na saída de ar no equipamento, além do anemômetro tipo turbina na saída de ar e a célula de carga na câmara de secagem para registrar a remoção da umidade, a qual é determinada também pelo balanço de massa realizado com os dados dos sensores na entrada e na saída do ar no equipamento. A análise térmica da placa absorvedora é realizada com a presença de 3 sensores de temperatura posicionados na face inferior da placa de forma espaçada ao longo de seu comprimento. Para visualizar o campo velocidade e temperatura no interior do equipamento, foi elaborada a simulação numérica, uti- lizando as dimensões reais do equipamento na geração da malha. Os dados registrados pelos sensores para o dia em análise no experimento foram utilizados como condições de contorno na simulação e a análise dos seus resultados ocorreram para a temperatura e vazão de ar na saída do equipamento, comparando os valores obtidos no experimento com a simulação. A alteração no posicionamento da placa absorvedora aumentou a taxa de remoção de umidade de 0,47 g/- min para 0,56 g/min e a remoção total de umidade ao londo do dia se alterou de 185 g para 220 g, com a eficiência térmica média diária se alterando de 8,5% para 19,8%.
Interação eletromagnética entre bobina fixa e imã permanente fixado em viga engastada excitada por fonte não-ideal de energia
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-07-01) Petrocino, Eduardo Abuhamad ; Balthazar, José Manoel ; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Esta tese de doutorado tem como alvo o estudo de um absorvedor eletromagnético em um sistema não ideal. Para isto, propõe-se uma investigação do comportamento dinâmico de uma viga engastada, com um motor de corrente contínua afixado na sua extremidade livre, tendo em seu eixo uma massa desbalanceada. Nesta mesma extremidade livre, está fixado um ímã permanente, que está imerso no interior de uma bobina fixada na base. Os ensaios experimentais são executados com a alimentação controlada do motor de corrente contínua e o monitoramento da rotação de seu eixo, aquisição de dados da aceleração da estrutura, da tensão induzida na bobina e da corrente consumida pelo motor. As sequências de testes são feitas com as condições impostas com a bobina aberta, com uma resistência e em curto-circuito. Todas estas condições são ensaiadas com a amplitude da tensão aplicada ao motor de forma crescente e decrescente. A oscilação paramétrica da viga ocorre, ao atravessar a frequência natural do sistema, aparecendo o efeito Sommerfeld. Neste contexto, os objetivos desta pesquisa são estudar a influência da interação do ímã permanente com a bobina ocorrida pela indução eletromagnética definida pela equação de força de Lorentz, e determinar, em associação, a força de amortecimento da vibração ao passar pelo efeito Sommerfeld. A metodologia baseia-se na busca de solução analítica aproximada utilizando o método da média, nas simulações computacionais pelos métodos de integração numérica de quarta-quinta ordem de Runge-Kutta com passos variáveis e tolerâncias de erros satisfatórios para processar as equações de estado que governam a dinâmica de movimento e nos dados adquiridos nos modelos experimentais obtidos por ensaios realizados em laboratório e processados por software para a exibição dos resultados. Os três métodos apresentaram resultados em consonância e o absorvedor mostrou-se eficiente em todos métodos.

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