[pt] Descreve-se o controle em malha fechada por malha pequena de um motor de passo de imã permanente (MIPIP), de forma a obter posicionamento preciso em tempo mínimo. A malha pequena é utilizada para, aplicar o modo de controle de alta velocidade (HISPEED); consegue-se dessa forma atingir velocidades muito superiores às obtidas em malha aberta. O principio de controle adotado pelo controlador de malha externa baseia-se na utilização de tabelas que possuam dados sobre as curvas de aceleração e desaceleração do MPIP. Dependendo do número de passos que faltam para atingir o alvo e da velocidade de rotação do eixo, as tabelas indicarão o modo de controle adequado de forma a não ultrapassar o alvo e atingi-lo em tempo mínimo. Um microcomputador implementa o controlador da malha externa e indica ao controle da malha interna o modo de operação adequado. / [en] This work describes the use of an inner loop for closed loop control of a permanent magnet step motor to achieve precise positioning in minimal time. The inner loop is used to apply a high speed control; this method gives speeds higher than those obtained with the open loop control. The outer loop controller is based on the use of acceleration and deceleration data of the motor. Depending on the number of steps needed to reach the desired position, and the actual speed, these tables indicate the best control mode to get to the target in minimal time and without overshooting it. This controller is implemented in a microcomputer.

[pt] A quantidade de energia gerada através de energia eólica está aumentando no mundo todo. O Brasil tem um enorme potencial devido a sua localização geográfica e governo brasileiro dá claros sinais de que está propenso a investir neste tipo de energia. Previsões precisas de velocidade vento são essenciais para a operação planejamento do sistema elétrico de energia. Este trabalho tem como objetivo fazer previsões mais precisas na Nordeste do Brasil. Para isso, usamos um modelo que leva em conta as características diárias e o comportamento da memória longa. O modelo aplicado nesta região particular mostrou-se mais preciso que o modelo de persistência e outros modelos (por exemplo, modelo híbrido neuro-fuzzy) / [en] The amount of energy generated by wind sources is increasing all over the world. Brazil has a huge potential due to its geographic localization and the Brazilian Government has given a clear signal that is prone to invest in this kind of energy. Accurate wind speed forecasts are essential in the operation planning for the electrical wind power system. This work aims to make more accurate forecasts in the northeast of Brazil. To do so, we use a model that takes into account the daily characteristics and the long memory behavior. The model applied in this particular region proved to be more accurate than the persistence model and other models.

[pt] O fenômeno de liquefação está diretamente relacionado a uma diminuição acentuada da resistência não drenada em materiais saturados, induzida por uma redução significativa das tensões efetivas, em decorrência do desenvolvimento de elevadas poropressões. O mecanismo, em muitos casos, é associado a eventos sísmicos. Em regiões assísmicas, como no Rio de Janeiro, corridas de detritos deflagradas por chuvas intensas podem envolver este fenômeno, agora associado a carregamentos estáticos. Para a investigação da susceptibilidade à liquefação de solos coluvionares do Rio de Janeiro, foram coletadas amostras indeformadas de dois locais: Campo Experimental da PUC-Rio e bacia do rio Quitite. Na primeira fase do programa experimental desenvolvido foram realizados ensaios de caracterização física, química e mineralógica dos dois materiais. Após a caracterização, passou-se ao estudo da compressibilidade dos solos, através da realização de ensaios de velocidade de deslocamento constante (CRD) em corpos de prova indeformados, obtendo-se a tendência da linha virgem. Em seguida estudou-se o comportamento tensão-deformação e a resistência dos materiais com a execução de ensaios triaxiais de compressão, adensados isotropicamente e cisalhados na condição não drenada, com medida de poro-pressões à meia altura e na base dos corpos de prova. A influência da velocidade de cisalhamento foi analisada nesta fase das investigações. Com as análises dos resultados e entendimento do comportamento tensão-deformação destes materiais em condições de laboratório, concluiu-se que os mesmos não são susceptíveis à liquefação. / [en] The liquefaction phenomenon is directly related to a remarkable decrease of undrained strength of saturated materials, induced by significant reduction of effective stress due to high pore-pressures development. In most of the cases, the mechanism is associated to seismic events. In non seismic areas, like Rio de Janeiro, debris flow triggered by heavy rainfalls may involve this phenomenon, now associated to static loading. For an investigation of liquefaction susceptibility of colluvium soils from Rio de Janeiro, undisturbed samples were collected from two sites: Campo Experimental of PUC-Rio and the basin of the Quitite river. In the first phase of this developed experimental program, physical characterization, chemical and mineralogical tests were performed. After characterization, soil compressibility was evaluated through constant rate of deformation tests (CRD) performed in undisturbed samples, resulting in definition of virgin line tendencies. Following that, the stress-strain behavior and strength were studied using triaxial compression tests, isotropically consolidated and sheared in undrained condition, with pore-pressure measured both at the middle and at the base of the samples. The shear rate influence was analyzed in this investigation phase. Based on the analysis of the obtained results and the understanding of the stress-strain behavior of the studied materials under laboratory.

[pt] O efeito causado por interfaces de topografias irregulares próximas à superfície nas reflexões de interesse provenientes de camadas mais profundas é um problema bem conhecido no processamento digital de dados sísmicos. Devido ao forte contraste de velocidades imposto por tais interfaces, estas reflexões perdem sua característica hiperbólica. Em conseqüência, o empilhamento CMP que possui como premissa básica reflexões aproximadamente hiperbólicas no sinal registrado, falha em seus objetivos de aumentar a razão sinal ruído da seção sísmica. Visando solucionar este problema, técnicas de pré-processamento se fazem necessárias de modo a recuperar completa ou parcialmente, o padrão hiperbólico destas reflexões. Neste contexto, este trabalho é dividido em duas partes. Na primeira, três algoritmos conhecidos para este fim, de diferentes níveis de precisão e de demanda computacional, são discutidos. A seguir um novo método, onde técnicas de traçamento de raios são integradas à mecanismos precisos de extrapolação do campo de ondas, é proposto. O seu desempenho é verificado no processamento de grupos de tiro comum e ponto médio comum sintéticos. Finalmente, estes resultados são comparados com outros obtidos de um dos algoritmos apresentados anteriormente, de forma a evidenciar as vantagens e limitações da técnica proposta. / [en] The effect of near surface interfaces with irregular topography on the target reflections from deeper layers is a well known problem in digital seismic data processing. Due to strong contrast of velocities imposed by such interfaces, theses reflections lose their hyperbolic characteristic. As a consequence, the CMP stack procedure, which main assumption is the hyperbolic shaped reflections, fails in its attempt to improve the signal to noise ratio of the seismic section. To overcome this difficulty, a preprocessing technique which recovers fully or partially the hyperbolic pattern of these reflections is necessary. In this context, this work is divided in two parts. First, three known different algorithms used for the solution of this problem, with distinct levels of precision and computational cost, are discussed. Following that, a new algorithm which integrates accurate wave field extrapolation mechanisms with ray tracing techniques, is proposed. The performance of the new method is demonstrated on synthetic common mid point gathers and common shot gathers. Finally, these results are then compared with those obtained from one of the algorithms previously described, in order to assess the limitations and advantages of the proposed technique.

[pt] A energia eólica tem crescido de forma estável no Brasil nos últimos anos. Para impulsioná-la, é crucial considerar as mudanças climáticas, já que sua geração é altamente influenciada pelo clima. Por isso, é fundamental incorporar variáveis climáticas externas na modelagem das séries eólicas, contribuindo para reduzir as incertezas. Os Modelos Periódicos Autorregressivos com Variáveis Exógenas (PARX) representam uma abordagem viável para cumprir esse propósito, incluindo a variável exógena ENSO. No presente estudo, realizou-se a modelagem das séries de velocidade do vento nos estados do Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe, Rio Grande do Sul e Santa Catarina. Nesse sentido, foi considerada a covariância entre esses estados em cada região brasileira para avaliar a correlação espacial entre eles, criando a modelagem PARX-Cov. Além disso, a correlação entre os indicadores do fenômeno ENSO também foi considerada para viabilizar a previsão out-of-sample das variáveis climáticas, essa utilizada para a simulação de cenários de velocidade de vento. Ao comparar a modelagem do PARX e PARX-Cov, com o modelo vigente no setor elétrico brasileiro, observou-se um desempenho superior nos modelos propostos para a simulação de realizações futuras das séries de velocidade do vento. O modelo PARX-Cov com o índice ONI Acumulado é o mais adequado para Pernambuco, Rio Grande do Sul e Santa Catarina. O PARX-Cov com o índice SOI é mais apropriado para o Rio Grande do Norte. Para Alagoas e Sergipe, o PARX com o índice ONI Acumulado é o mais indicado, enquanto o PARX com Niño 4 Acumulado é melhor para a Paraíba. / [en] Wind energy has been steadily growing in Brazil in recent years. To boost its growth, it is crucial to consider climate change, as wind energy generation is highly influenced by the weather. Therefore, it is essential to incorporate external climatic variables into the modeling of wind series, helping to reduce uncertainties. Periodic Autoregressive Models with Exogenous Variables (PARX) represent a viable approach to achieve this, including the ENSO exogenous variable. In the present study, wind speed series were modeled in the states of Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe, Rio Grande do Sul, and Santa Catarina. In this context, the covariance between these states in each Brazilian region was considered to assess the spatial correlation among them, creating the PARX-Cov modeling. Furthermore, the correlation between ENSO phenomenon indicators was also considered to enable out-of-sample forecasting of climatic variables, used for simulating wind speed scenarios. When comparing the PARX and PARX-Cov modeling with the current model in the Brazilian electric sector, the proposed models showed superior performance in simulating future wind speed series. The PARX-Cov model with the Accumulated ONI index is most suitable for Pernambuco, Rio Grande do Sul, and Santa Catarina. The PARX-Cov model with the SOI index is more appropriate for Rio Grande do Norte. For Alagoas and Sergipe, the PARX model with the Accumulated ONI index is the most recommended, while the PARX model with Accumulated Niño 4 is better for Paraíba.

[pt] Diversas estruturas projetadas pelo homem estão suscetíveis a impacto e quando se menciona impacto mecânico, pensa-se em um esforço de natureza dinâmica, na qual a carga é aplicada repentinamente e rapidamente. O impacto é um fenômeno de bastante complexidade, pois estão envolvidos o módulo da força, duração da aplicação desta e velocidade do impacto, além do comportamento mecânico do material. O impacto pode ser encontrado em diversas situações, entre elas se pode citar o projeto de ferramentas, explosões, artilharia, segurança no armazenamento de substâncias perigosas, colisões entre meios de transporte tais como aeronaves, carros, trens, etc. O carregamento aplicado associado à velocidade fornece o que é chamado de energia de impacto, que dependendo de sua amplitude pode provocar grandes prejuízos estruturais, ao meio ambiente ou ainda ao ser humano. Por isso devem-se prover meios de absorção desta energia para reduzir suas consequências. O comportamento da estruturas mecânicas submetidas ao impacto é um tema de bastante relevância e atualmente vem sendo frequentemente discutido devido às colisões de veículos. Neste trabalho, foram realizadas simulações de carregamentos dinâmicos em estruturas similares representando componentes veiculares através do método de elementos finitos seguidos de testes de impacto por queda de peso com medição das deformações, registradas por um extensômetros conectado a um sistema de aquisição de sinais, de modo a se estabelecer um método para cálculo da energia absorvida pela estrutura. / [en] Several man-made structures are susceptible to impact forces. Mechanical impact is associated with an effort of dynamic nature, in which the load is suddenly and quickly applied. Impact is a complex phenomenon, because of the intensity of the force, duration of its application, and impact speed involved, which influence the mechanical behavior of the material. Impact can be found in several situations, e.g. in tool design, explosions, artillery, safety systems for dangerous substance storage, collisions between transport vehicles such as aircraft, cars, trains, etc. The applied loading associated to high speeds supplies the so-called impact energy. Depending on its intensity, impact can cause large structural damage, to the environment, or even to a human being. Therefore, ways to absorb this energy must be provided to reduce its consequences. The behavior of mechanical structures submitted to impact is a highly relevant issue. Nowadays, it is frequently discussed in the context of vehicle collisions. In this work, simulations of dynamic loading are carried through, in similar structures representing components of a vehicle, through the Finite Elements Method. Impact tests using a drop weight machine are performed to measure deformations using strain gauges connected to a system signal acquisition system, in order to establish a method to calculate the impact energy absorbed by the structure.

[pt] Os sistemas de potência são projetados para operar com rígidos requisitos de qualidade, de modo que, as usinas hidrelétricas devem gerar energia, mantendo tensão e freqüência elétrica constantes. No método clássico de geração, a freqüência é controlada pelo sistema regulador de velocidade de turbina, que tende a manter a rotação da turbina fixa na velocidade síncrona. Como durante a operação da usina, as condições físicas como, por exemplo, altura de queda e vazão, não reproduzem as de projeto durante todo o tempo, o ponto de operação da turbina pode afastar-se da região de máxima eficiência por longos períodos, reduzindo seu rendimento total. Este trabalho aborda a utilização da máquina de dupla alimentação com conversor estático em seu rotórico para geração hidrelétrica em regime de velocidade ajustável, com desacoplamento entre a velocidade da turbina e a freqüência do sistema, apresentando os benefícios obtidos através do uso desta tecnologia. / [en] Power systems are designed to operate under strong quality requirements, so that hydroelectric plants have to produce energy with constant voltage and frequency. According to classical generation schemes, frequency is controlled by the speed governors, which tend to maintain the turbine rotating speed fixed at a synchronous speed. During the plant life the basic variables, such as water head and flow, are not the same as those assumed for the design, the turbine s operating point can go out of the region for maximal efficiency for long periods of time, decreasing than the plant total efficiency. This dissertation brings up the use of a double-fed machine with a static converter connected to the rotor s circuit for adjustable speed generation, with the decoupling of the turbine speed and the system frequency. This work does also show the improvements of the use of this technology.

[pt] Após o choque de racionamento de energia elétrica, decorrente do desequilíbrio entre oferta e demanda, os vários setores da sociedade brasileira constataram a real e iminente necessidade de diversificação das fontes de geração de energia elétrica e de seu uso racional. Busca-se hoje novas fontes, entre as quais a energia eólica, uma alternativa nova e promissora. A energia eólica está aumentando no mundo todo e o Brasil tem um enorme potencial devido a sua localização geográfica e o governo tem investido neste tipo de energia. O principal objetivo desta dissertação é estudar e desenvolver modelos de previsão de velocidade de vento, de curto prazo da velocidade do vento. Os métodos de amortecimento exponencial, em particular o método de Holt-Winters e suas variações, são apropriados para este contexto devido à sua alta adaptabilidade e robustez. Para aplicação da metodologia considerou-se o município de São João do Cariri (Estado de Paraíba), onde está localizada uma das estações de referência do projeto SONDA (Sistema Nacional de Dados Ambientais para o setor de energia). Será utilizado o método de Holt-Winters, que será comparado com os modelos: de persistência, neuro-fuzzy (ANFIS) e estatísticos. / [en] After the shock of electricity rationing, due to the imbalance between supply and demand, the various sectors of the Brazilian society found a real and imminent need to diversify sources of electricity generation and its rational use. New sources are searched today, including wind power, a promising new alternative. Wind energy has been increasing worldwide and Brazil has huge potential due to its geographical location and the government has invested in this type of energy. The main objective of this thesis is to study and develop forecasting models, of short-term wind speed. The methods of exponential smoothing, in particular the method Holt-Winters and its variations, are suitable in this context because of its high adaptability and robustness. The city of São João do Cariri (State of Paraíba), where it is located one of the reference stations of project SONDA (National Environmental Data for the energy sector) was chosen in order to apply the methodology. The method that will be used is Holt-Winters, who will be compared with the models: persistence, neuro-fuzzy (ANFIS) and statistics.

[pt] Compressores de gás de grande porte são componentes fundamentais em plantas industriais de refino de petróleo, atuando principalmente como agentes fornecedores de energia mecânica aos processos químicos. Dentre os tipos de compressores, destacam-se os alternativos. Devido a exigências de processo químico e arranjo industrial, é comum a instalação desses equipamentos em estruturas aporticadas, fato que, associado às características do movimento de suas partes mecânicas, não raramente as cargas dinâmicas geradas provocam vibrações inadmissíveis. Neste trabalho é avaliado o comportamento dinâmico de um sistema formado por uma estrutura aporticada, por compressor alternativo, pela fundação em estacas e finalmente pelo próprio solo. O estudo paramétrico realizado se desenvolve a partir de uma análise de modelos simplificados massa-mola, de um modelo em elementos finitos e de medições de campo visando a estabelecer intervalos de valores dos parâmetros do solo local dentro dos quais se identifique as características da resposta dinâmica do sistema. São avaliados os parâmetros coeficiente de mola (km) e a constante do coeficiente de reação horizontal (nh) do solo natural típico da área abrangida pela refinaria REPAR, localizada no município de Araucária, no estado do Paraná, solo esse pertencente à formação geológica denominada Guabirotuba. A avaliação do comportamento dinâmico do sistema através dos modelos desenvolvidos é balizada por valores de medição na estrutura real de velocidades de vibração efetivas, obtidas por instrumentação. Os parâmetros do solo são obtidos por retroanálise de resultados de ensaio de campo, utilizando-se dois modelos amplamente utilizados nos escritórios de projeto: modelo proposto por Miche (1932) e modelo proposto por Hetenyi (1946). O primeiro considera que os parâmetros do solo variam com a profundidade, e o segundo os considera constante com a profundidade. Busca-se avaliar também a influência de parâmetros do solo obtidos através de ensaios de carregamento estático (ABNT NBR 12131, 2006) e obtidos através de ensaios de carregamento estático cíclico, este último se propondo a simular o efeito dinâmico sobre o solo. Finalmente, compara-se os resultados fornecidos pelos modelos simplificados e pelo modelo em elementos finitos em termos das freqüências naturais de vibração. / [en] Gas compressors are key components of industrial plants in oil refining, mainly acting as mechanical energy suppliers to chemical processes. Among the types of compressors, the reciprocating ones is highlighted. Due to mandatory demands of chemical process and industrial arrangement, it is common to install such equipment in framed structures. This condition and the typical movement of mechanical parts of the compressors generate dynamic loads which frequently causes unacceptable vibrations. The aim of the present work is to evaluate the dynamic behavior of a system consisting of a framed structure, a reciprocating compressor, foundation in piles and the soil itself. For this purpose, parametric study is developed from simplified spring-mass models, a finite element model and field measurements. The parametric study is aimed at establish ranges of local soil parameters within which the dynamic behavior of a system can be understood and measured. The parameters so-called spring stiffness (km) and the constant coefficient of horizontal reaction (nh) of natural soil which typically occurs in the area covered by the REPAR refinery, located in Araucaria, Paraná, are then evaluated. This type of natural soils belongs to the geological formation called Guabirotuba. The evaluation of the dynamic behavior of the system through the developed models is benchmarked by field measurements of effective velocity of vibration in the actual structure, obtained by instrumentation. The soil parameters are obtained by back analysis of tests results by using two models widely used in design offices: model proposed by Miche (1932) and model proposed by Hetenyi (1946). The first one takes in account the variation of the soil parameters with depth, and the second one considers soil parameters constant with depth. The aim is also to evaluate the influence of the soil parameters obtained by static and cyclic horizontal loading tests, the latter being proposed to simulate the dynamic effect on the soil. Finally, it is done comparisons of the results provided by simplified models and the finite element model in terms of natural frequencies of vibration.

[pt] Este trabalho pretende demonstrar a possibilidade de usar pinos ativos em máquinas rotativas de forma a reduzir as amplitudes de órbitas em situações críticas através de uma investigação analítica com validação experimental. Os pinos funcionam como medida de segurança quando o rotor se torna instável ou começa a oscilar por qualquer razão. Para este propósito, foi realizado um estudo completo da influência da presença dos pinos dentro do mancal de retenção. Quatro pinos foram posicionados em duas bancadas de testes já existentes no laboratório. A atuação deles provém de motores de passo, que os inserem até um determinado comprimento na parte interna do mancal, isto é, a folga radial entre o rotor e a parede do mancal. Primeiramente, uma análise matemática dos fenômenos envolvidos foi desenvolvida, fornecendo as equações necessárias para as simulações numéricas do sistema. Em seguida, foram realizados testes experimentais nas bancadas e informações relevantes foram adquiridas e comparadas com os resultados das simulações. Eles demonstraram estar consistentes, o que ajudou a validar o conceito de inserção de pinos ativos no mancal de segurança, de modo a evitar possíveis condições perigosas, como atrito, roçamento total e efeitos abrasivos. / [en] This work intends to show the possibility of using active pins in rotating machines to reduce amplitudes of orbits at critical situations through an analytical investigation with experimental validations. The pins shall operate as a safety measure when the rotor becomes unstable or starts to oscillate by any reason. To this purpose a thorough study is made of the influence of the presence of pins inside the retainer bearing. Four pins were installed within two existing test rigs in the laboratory. Their actuation comes from step motors, which insert them until a certain length in the inner side of the retainer bearing, or the gap between the rotor and the bearing wall. First, a mathematical approach of the involved phenomena is developed, providing the equations to perform numerical simulations of the system. Then, experiments where performed in the test rigs and relevant data were collected and compared to the simulation results. They showed positive accordance, which helped to validate the concept of properly inserting active pins inside the retainer bearings to avoid possible hazardous conditions, such as, friction, full annular rubbing, and abrasive effects.