Inclusão de um modelo vetorial de histerese no sistema FEECAD utilizando a formulação da permeabilidade diferencial

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013.Este trabalho aborda a modelagem numérica de dispositivos eletromagnéticos incluindo o fenômeno de histerese em três dimensões através da formulação da permeabilidade diferencial. Esta formulação possibilita o acoplamento com circuitos elétricos e o tratamento de materiais anisotrópicos e histeréticos. O modelo de histerese utilizado é o vetorial de Jiles-Atherton. São discutidos aspectos sobre a implementação bem como melhorias para a convergência do método. Propõe-se uma mudança na discretização temporal substituindo o método de Euler por Crank-Nicolson. Um benchmark proposto pela ICS (International Compumag Society) é utilizado para validação do método, além da comparação com outras formulações já implementadas. O software é incorporado ao sistema FEECAD, desenvolvido pelo GRUCAD (Grupo de Concepção e Análise de Dispositivos Eletromagnéticos) em colaboração com outros grupos de pesquisa, que já conta com diversos módulos implementados utilizando diferentes formulações.Abstract : This work deals with the numerical modeling of electromagnetic devices including hysteresis phenomenon through the formulation of differential permeability. This formulation enables the coupling with electrical circuits and treatment of anisotropic and hysteretic materials. The hysteresis model used is the vector Jiles-Atherton.We discuss aspects of the implementation as well as improvements to the convergence of the method. Proposes a change in the time discretization replacing the Euler method on Crank-Nicolson. Abenchmark proposed by the ICS (Compumag International Society) is used to validate the method, as well as comparisons with others formulations already implemented. The software is built into the system FEECAD developed by GRUCAD Group (Design and Analysis of Electromagnetic Devices) in collaboration with other research groups, which already has many modules implemented using different formulations

IMPLANTAÇÃO DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS PARA RETRANSMISSÃO DE SINAIS DE COMUNICAÇÃO NO MUNICÍPIO DE IPIRA

A crescente busca por fontes de energia renováveis, frente ao apelo pela substituição de combustíveis fósseis como fonte de energia, favorece a utilização de novas formas de obtenção de energia elétrica, destacando-se a conversão de energia fotovoltaica. A energia fotovoltaica é reconhecida não mais como fonte de energia alternativa, mas como uma fonte de energia primária, sendo excelente em lugares isolados. Considerando esses fatores, o presente estudo viabilizou a implementação e instalação de painéis fotovoltaicos a partir de células solares para alimentação de baterias que fornecem energia a antenas repetidoras de sinal de TV e internet, instaladas na Cidade de Ipira, SC. A região é muito procurada por turistas que utilizam os sinais de TV e internet para entretenimento e informação. O local em que as antenas estão instaladas é um ambiente isolado da rede de energia elétrica. As baterias que fornecem energia elétrica para o sistema de antenas eram carregadas com um gerador à gasolina; além de utilizar uma fonte de energia não renovável poluente, havia a necessidade e a dificuldade de uma pessoa para transportar e acionar o gerador. A instalação de um painel fotovoltaico tornou-se uma excelente solução para o sistema. Para aproveitamento da energia solar, existem diversos processos, dos quais se destacam o aproveitamento natural de iluminação e calor, o aproveitamento térmico para aquecimento de água e o aproveitamento para geração direta em energia elétrica. A conversão direta da energia solar em energia elétrica é possível em razão do efeito fotovoltaico, que consiste no aparecimento de uma diferença de potencial nas extremidades de um semicondutor, quando este absorve luz visível. Para a construção do painel, foi utilizado um kit de células solares do tipo policristalino, composto por 40 células. As células foram soldadas, dispostas e coladas sobre uma chapa de MDF. A partir de testes com o painel finalizado, foi obtida uma potência máxima de 240 W. Essa potência supre a energia necessária para manter o sistema funcionando. Além do sistema fotovoltaico, a região onde as antenas estão instaladas possui potencial para implantação de outras fontes alternativas de energia, como a eólica, favorecendo a instalação de um sistema híbrido, integrando painéis fotovoltaicos com geradores eólicos. A ampliação da pesquisa acerca de energia solar visa reduzir custos e aumentar a eficiência de conversão do sistema fotovoltaico. Com apoio técnico, incentivos financeiros e os avanços naturais da tecnologia, a tendência é a difusão de sistemas fotovoltaicos. Como consequência, obtém-se uma redução de gastos com energia elétrica sem deixar de lado a preocupação com o meio ambiente.Palavras-chave: Painel fotovoltaico. Energia renovável. Antena

SISTEMA DE MONITORAMENTO APLICADO À PCH FLOR DO MATO DA EMPRESA CELULOSE IRANI S.A.

O trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de nível de água no reservatório, de pressão de água nas turbinas e do acionamento de um mecanismo de limpeza de grades, para a Pequena Central Hidrelétrica (PCH) Flor do Mato, da empresa Celulose Irani S.A. O monitoramento de nível de água do reservatório da PCH é realizado com o deslocamento de um operador até a barragem, que fica distante da casa de máquinas, para executar a medição com réguas duas vezes ao dia. Por meio da implementação do sistema de monitoramento remoto, é possível resolver o problema de desperdício na produção de energia por obstrução da grade de proteção, uma vez que será possível perceber quando a grade estiver obstruída em tempo real e acionar um mecanismo para a limpeza desta. As atividades desenvolvidas para atender à necessidade da empresa descrita nesse trabalho foram o estudo bibliográfico dos assuntos referentes ao projeto, a modelagem de contexto e requisitos dos sistemas embarcados e o desenvolvimento dos sistemas embarcados. O sistema final, utilizando microcontroladores Atmega328p, é capaz de efetuar a leitura de dois sensores ultrassom para medição de nível e compará-los para a detecção de falhas antes de enviar os valores para um terceiro microcontrolador por meio de radiofrequência utilizando a comunicação serial do componente. Esse sistema que recebe as informações tem a função de monitorar a pressão de água nas turbinas e ativar o mecanismo de limpeza de grade quando necessário.Palavras-chave: Pequena Central Hidrelétrica. Microcontrolador. Sensor Ultrassom. Sistemas Embarcados

INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL APLICADA NA PREVISÃO DE CONSUMO DE ENERGIA EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

Introdução: Para auxiliar no crescimento e desenvolvimento de empresas são utilizadas ferramentas como as redes neurais para predizer como acontecerão os futuros movimentos de mercado alcançando um melhor planejamento de recursos, definição de objetivos e detecção de anomalias evitando possíveis prejuízos. Neste contexto, a predição de consumo e geração de energia elétrica são fundamentais e estão presentes nos planejamentos estratégicos. Aproveitar-se destes recursos pode ser uma estratégia inteligente para grandes negócios como faz o Facebook utilizando seu próprio modelo de rede neural chamado de Prophet podendo prever a partir de anos anteriores como será a distribuição e quantificação anual de comportamento de usuários. Desta mesma forma, as redes neurais podem ser utilizadas para preparar planos de negócios também no setor elétrico, relacionando os padrões de geração de energia elétrica aos dados monitorados, tais como recursos hídricos, solar e eólicos, para definição mais precisa da demanda que pode ser atendida a partir de fontes renováveis. Os padrões de repetição são importantes pois com estes é possível determinar a sequência future de valores baseando-se no que já aconteceu e em variáveis instantâneas. Objetivo: Desenvolver e aplicar um modelo de inteligência artificial (IA) capaz de realizar previsões de consumo de energia em instalações elétricas. Método: Foram adotados dois métodos para coleta de dados e programação com as redes neurais. A coleta de dados foi realizada em intervalos de medição de um minuto com um medidor de energia modelo Kron KS-3000 gravando as grandezas elétricas de um Sistema de geração fotovoltaica instalado nas dependências da universidade com 17,8 kWp de potência instalada, também foram coletados dados meteorológicos com um microcontrolador ESP32 e um conjunto de sensores. Estes dados foram enviados via Wifi e armazenados em uma plataforma online para serem tradados e aplicados em dois diferentes modelos de redes neurais programadas em Python, do tipo LSTM e Prophet. Resultados: A partir dos modelos de redes neurais foi possível obter resultados de predição gerados pelas redes neurais próximos aos valores de gerações reais seguindo seu padrão de repetição diário. Este procedimento validou a utilização de redes neurais LSTM sendo possível prever com precisão comportamentos futuros de consume e geração de energia elétrica. Conclusão: Pode-se concluir que ambos os modelos idealizados puderam realizar predições adequadas as condições e dados que lhe foram fornecidos. O modelo tipo LSTM realizou predições aproximadas do valor de potência a cada amostragem de dados fornecido seguindo a tendências e movimentações reais. Já a modelo Prophet pode a partir do treinamento com os dados existentes do período monitorado, realizar uma predição do padrão de variação da curva de geração para os dias seguintes criando diversos pontos futuros mesmo com uma série temporal pequena para treinamento

IMPLEMENTAÇÃO DE CONTROLADOR DIGITAL PARA EQUIPAMENTOS E PROCESSOS INDUSTRIAIS

O trabalho aborda um estudo bibliográfico dos componentes necessários para desenvolvimento e a construção de um controlador digital PID do tipo "universal", capaz de controlar equipamentos ou processos industriais. O uso de controladores dedicados tornou-se comum, principalmente no controle de processos específicos como temperatura, pressão e vazão. Foi construído o protótipo com o display alfanumérico de LCD 16x2, que possibilitou desenvolver interface simples e dinâmica. O controlador possui entradas/saídas analógicas e digitais multiplexadas tornando sua instalação simplificada. O dispositivo foi testado no controle de pressão e temperatura, sendo mostrado em gráficos, os resultados obtidos pela ação de controle. Os testes mostraram que o dispositivo é funcional e capaz de controlar os diversos processos em um ambiente industrial

PROJETO DE CIRCUITO ELETRÔNICO APLICADO NA AUTOMAÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA ENSAIO DE TORÇÃO EM BROCAS E PRÓTESES ODONTOLÓGICAS

O presente trabalho aborda um estudo bibliográfico dos componentes necessários para a construção de um circuito eletrônico, capaz de automatizar o processo de um dispositivo que realiza ensaios de torção em brocas e próteses odontológicas. É fundamental a realização de ensaios de torção em brocas e próteses odontológicas antes de sua comercialização, pois garante que em uma situação real de utilização este componente suporte a carga aplicada. Construiu-se o protótipo da placa de circuito impresso com a finalidade de comprovar o funcionamento dos circuitos eletrônicos, e testar o sistema embarcado, desenvolvido na linguagem C. O torque no corpo de prova é obtido por meio de uma célula de carga, e o deslocamento angular é mensurado por meio da obtenção de pulsos elétricos recebidos de um encoderincremental acoplado ao condutor de torque. Realizaram-se ensaios em bancada com diversos tipos de amostras, onde obtiveram-se bons resultados. As informações de torque e deslocamento angular foram plotadas em gráficos, obtendo-se as propriedades mecânicas do material. A estrutura mecânica do dispositivo será aprimorada em um momento posterior, a fim de eliminar pequenas distorções no sinal ocasionados por ruídos mecânicos oriundos das engrenagens e fixação da célula de carga

INTRODUÇÃO AO MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS APLICADO AO ELETROMAGNETISMO PARA ESTUDANTES DE ENGENHARIA ELÉTRICA

Este artigo propõe a utilização do Método de Elementos Finitos (MEF), aplicado ao eletromagnetismo como ferramenta de ensino para estudantes de engenharia elétrica. Deparando-se com um mercado de trabalho exigente, o qual busca cada vez mais profissionais capacitados, percebe-se a necessidade de implementar nos cursos de Engenharia Elétrica a capacitação de acadêmicos em relação ao cálculo da distribuição de campos eletromagnéticos. Para isso, primeiramente, são reforçadas as noções básicas sobre o MEF e um programa que desenvolve o cálculo de campos é elaborado, o qual possibilita aos acadêmicos a visualização gráfica e numérica dos resultados. Por fim, os resultados são comparados com a solução obtida em um programa já consolidado na área.Palavras-chave: Método de Elementos Finitos. Engenharia Elétrica. Campos eletromagnéticos