O leite é um alimento amplamente consumido pelo homem e pelo alto valor nutritivo é alvo de grandes contaminações. São necessários rigorosos cuidados de higiene na obtenção, armazenamento, transporte e industrialização desse produto, garantindo sua qualidade, segurança e a satisfação do consumidor. A publicação da Instrução Normativa número 51 (IN 51) foi um marco para o setor leiteiro, pois previa a redução da Contagem Bacteriana Total (CBT) de um milhão para 100 mil UFC/ml. Após revisão dessa normativa, foi publicada a Instrução Normativa número 62 (IN 62) que passou a escalonar os prazos e estendeu o limite da adequação até o ano de 2016. Neste trabalho, objetivou-se modelar matematicamente o crescimento de bactérias no leite cru com a influência da temperatura e mistura das ordenhas determinando assim sua dinâmica populacional, e estimar o melhor período para a remoção do leite do tanque de expansão. A variável resposta de interesse foi a Contagem Bacteriana Total (em UFC/mL) e a temperatura (em ºC), considerando as possíveis interações com o momento de ordenha e o período de coleta (em horas). Esperava-se que o crescimento bacteriano no leite cru seguisse uma linha exponencial, segundo o modelo de Malthus, pois a mistura de ordenhas, além de elevar a temperatura, adiciona nutrientes ao meio, contribuindo para a multiplicação bacteriana. Considerando a natureza das variáveis resposta, a equação polinomial de grau dois se foi a que melhor se ajustou aos dados reais. Para modelar a temperatura, a equação logarítmica apresentou melhor ajuste aos dados reais, sendo a temperatura, a variável que mais se correlacionou com o número de bactérias. Os resultados mostraram que para o leite de baixa contagem bacteriana inicial, a mistura dos momentos de ordenha e o tempo de coleta do leite não interferem na contagem bacteriana, mantendo a qualidade do leite e o limite legal de UFC/mL prevista na IN-62. / 80 f.

A presente dissertação tem como objetivo principal a validação do modelo matemá- tico PI a partir da avaliação do seu desempenho tanto a nível de representação elétrica, como também nas transmissões de sinal de comunicação em alta frequência, usualmente utilizadas em tráfego conhecido como Power Line Communication (PLC). Para atingir este objetivo, inicialmente, foi realizado o estudo e avaliação dos modelos matemáticos utilizados para representar um segmento de distribuição de energia. Depois foi utilizado um emulador em escala de potência reduzida, validado para baixa frequência, objetivando avaliar o modelo matemático escolhido. Como o foco do trabalho é a rede de distribuição em baixa tensão, foi realizada a construção de um circuito elétrico representativo de um trecho real de uma concessionária de energia, no caso deste trabalho o DEMEI, que foi implementado computacionalmente utilizando a ferramenta matemática Matlab e sicamente em um dos laboratórios do Grupo de Automação Industrial e Controle (GAIC). Foi realizado um conjunto signi cativo de medições, de corrente e tensão, no circuito real e os resultados foram comparados com os dados obtidos a partir das simulações computacionais do modelo escolhido para representar o circuito real utilizando uma transmissão PLC, no caso o modelo PI. A partir da análise dos resultados reais com os obtidos das simulações computacionais foi possível comprovar que o modelo PI representa satisfatoriamente o trecho simulado em relação a transmissão em altas frequências, uma vez que o sinal PLC transmitido no trecho simulado no Matlab em relação ao trecho real teve um erro inferior a 1%. / 128 f.

Os MEMS (MicroElectroMechanical Systems) fazem parte de uma tecnologia que vem conquistando o mercado mundial. Seu desempenho, confiabilidade e economia de energia são suas principais características. O interesse comercial nesta tecnologia movimenta bilhões de dólares ao ano. Esta crescente demanda de MEMS exige que cada dispositivo seja testado, garantindo a qualidade de todos os dispositivos que vão para o mercado. Porém o custo dos testes é elevado, podendo chegar a 50% do custo dependendo da complexidade da estrutura. Os sensores MEMS, principalmente os de ação inercial, necessitam diversos testes baseados em estímulos físicos. Com a finalidade de reduzir os custos dos testes, a simulação fornecida pela modelagem matemática se apresenta como uma ferramenta de baixo custo. Porém os conhecimentos físicos da escala micrométrica são limitados. Uma alternativa para superar estes problemas é a identificação de sistemas. A identificação é uma técnica não invasiva que obtém o modelo matemático que explica de forma aproximada, a relação de causa e efeito entre dados observados. Por isso, este trabalho propõe o uso da identificação de sistemas para representar o modelo comportamental de MEMS baseados em deformação elástica. São identificados dois conjuntos de modelos: ARX para sistemas sem ruído e ARMAX para sistemas com ruído. Na maioria dos casos os modelos apresentaram desempenho eficiente. Apenas um dos casos do modelo ARMAX apresentou desempenho abaixo do esperado. Os resultados são validados através da análise do desempenho comportamental e análise do erro percentual. Logo, as técnicas utilizadas se mostram práticas e validas na identificação do modelo de um dispositivo MEMS. / 101 f.

Na agricultura, dois processos são importantes após a colheita: secagem e armazenamento. Antes do armazenamento de grãos como a soja, é necessário realizar a sua secagem até uma taxa de umidade apropriada. Embora existam inúmeras pesquisas realizadas sobre aspectos energéticos e de transferência de calor, o problema de conceber secadores adequados e relacionar o fluxo de grãos em um secador com fluxo misto do ar de secagem pouco tem sido estudado. O fluxo de grãos tem uma função importante em alguns aspectos do processo de secagem, sua irregularidade pode produzir uma secagem não uniforme do grão, e, em alguns casos, aumentar o risco de incêndio no interior do secador. Apesar da modelagem do fluxo de grãos ser um problema difícil de ser modelado, dada a natureza discreta do meio, algumas pesquisas recentes estão sendo direcionadas para a análise do escoamento de materiais granulares em silos e secadores de grãos. Pesquisadores tem se dedicado a estudar a modelagem do fluxo de grãos, através de simulações numéricas, entre algumas técnicas de simulação está o Método dos Elementos Discretos (MED). Com a finalidade de investigar de maneira mais detalhada o fluxo de grãos, o objetivo principal deste trabalho é modelar matematicamente o fluxo de grãos de soja em um secador com calhas com fluxo misto de ar. De maneira a confrontar e validar os dados gerados pelas simulações foi construído um aparato experimental idêntico ao modelo usado nas simulações. Os resultados foram muito satisfatórios, especialmente considerando-se que os parâmetros do material utilizado foram os mesmo que outros pesquisadores têm utilizado em outros softwares que implementam o MED. Os resultados das simulações concordam com os experimentos não apenas sobre o tempo de descarga, mas também sobre os padrões de escoamento da massa de grãos ao longo do processo de descarga. Por fim conclui-se que o MED implementado no pacote de software Yade modelou corretamente o fluxo de soja dentro de uma geometria não-trivial, análogo ao usado no secador de fluxo misto. Também se conclui que os grãos têm distintas velocidades verticais, resultando em diferentes tempos de permanência no corpo do secador. Fato este que pode resultar em uma secagem não uniforme da massa de grãos e risco de incêndio do secador, ocasionado pelos grãos que ficariam tempo excessivo no secador sob a ação do ar quente. / 87 f.

A aveia branca (Avena sativa L.) é um cereal que apresenta múltiplos propósitos. Essa espécie é muito utilizada na alimentação humana, pelo teor de proteínas de qualidade e fibras solúveis, e na alimentação animal, como forragem verde, feno, silagem e na composição da ração, este cereal é cultivado no período de estação fria do ano, seus grãos caracterizam um alimento de alta qualidade para o consumo proporcionando benefícios à saúde como redução do colesterol sérico e redução dos riscos de enfermidades cardiovasculares. Para um elevado rendimento torna-se fundamental o uso de técnicas de manejo, como doses de adubação nitrogenada que são essenciais para as espécies de gramíneas, sendo que elevadas doses de nitrogênio podem vir a favorecer o acamamento na cultura. Porém, a insuficiência deste componente pode causar a morte prematura das folhas e retardar o seu crescimento. A produtividade em potencial com maior precisão de estimativa de eficiência de determinadas cultura podem ser obtidas por meio de modelagem matemática. O acamamento é o acidente pela qual a planta perde sua posição natural vertical, inclina-se e cai sobre o solo. Consequentemente, esse fenômeno ocasiona a redução na qualidade e rendimento de grãos de aveia, em decorrência da dificuldade de translocação dos fotoassimilados, da assimilação de carboidratos e minerais e do decréscimo da fotossíntese. Somado a isso, o acamamento ainda dificulta a colheita do campo. O efeito do redutor de crescimento na planta é a inibição da síntese de giberelina, interferindo na eficiência biológica de formação deste hormônio e acúmulo de giberelinas menos ativas, que consequentemente levam a redução do alongamento celular. A partir da introdução desse produto no comércio é relevante efetuar estudos para que se definam estratégias de manejo adequadas quanto à época e a dose de aplicação do produto na aveia branca, visto que, para esta espécie, não existe recomendação do produto. Assim o objetivo desse trabalho foi modelar o comportamento de cultivares de aveia branca sobre doses de aplicação de redutor de crescimento sobre diferentes doses de nitrogênio em cobertura, na análise dos caracteres de produção de biomassa e rendimento de grãos. Além disto, determinar o ajuste de doses de redutor associados a doses de nitrogênio que promovam maximizar a produção e os reflexos no acúmulo de matéria seca total ao longo do desenvolvimento da planta, bem como, reduzir a taxa de acamamento. As equações lineares mostraram que independente dos anos analisados a tendência de redução linear de biomassa produzida com incremento da dose de redutor é observado e que a taxa diária de produção de biomassa pode ser favorecida pela modificação do ano de cultivo. No sentido de interpretação biológica na expressão do acamamento pelo efeito do redutor, as equações de regressão testadas identificaram tendência linear, independente dos anos e experimentos com a dose de nitrogênio. O incremento de N-Fertilizante traz consigo necessidade de incrementar a dose de produto redutor. Além disto, na busca de uma equação mais completa que simulasse a possibilidade de inclusão de determinada dose de redutor de crescimento variando de 0-600 ml ha-1 também foi confirmado a ligação entre as variáveis independentes MGP e ICP nos diferentes experimentos com nitrogênio. As equações com os elementos agroclimáticos em cada dose de redutor de crescimento se mostraram altamente eficientes, inclusive, a proximidade das médias obtidas das estimadas está dentro do intervalo de confiança considerado da variação da média. Além disso, a produtividade de grãos para as doses de redutor ajustadas considerando no máximo 5% de acamamento nos estudos distintos com nitrogênio, apresentado rendimento bem próximos aos previstos para as doses de redutor. O modelo de MPI-Carvalho não se mostrou eficiente na estimativa de produção de matéria seca em aveia branca, com a proposta de ajustamento, o mesmo demonstrou ser eficiente para estimativa de rendimento biológico e de grãos, quando há incremento de redutor de crescimento. / 123 f.

O Brasil é um país que se destaca na agricultura, devido aos investimentos realizados em pesquisas e tecnologia na produção agrícola. Com o avanço tecnológico na agricultura, a produção rural busca encontrar melhorias no armazenamento de grãos, sendo a aeração o principal processo empregado. A aeração consiste na passagem forçada do ar ambiente pela massa de grãos, feita através de ventiladores ou exaustores, acoplados a um sistema de ventilação na parte inferior dos armazéns. Com isso, a aeração modifica o microclima da massa de grãos, propiciando condições desfavoráveis ao crescimento de organismos prejudiciais ao grão. Para que o sistema de aeração seja adequado, o processo deve ser controlado, mantendo a uniformidade do fluxo de ar em todas as regiões do armazém, quando não controlados, pode ocasionar secagem excessiva em uma parte da massa de grãos e aeração ineficiente em outros domínios. Esta pesquisa propõe aprofundar o estudo sobre modelagem matemática e a simulação tridimensional de armazéns graneleiros com aeração, considerando a anisotropia e a não uniformidade da massa das sementes, visando desenvolver um modelo que busca um sistema de aeração eficaz. A avaliação do desempenho da aeração envolveu uma análise da distribuição de pressão estática de um armazém graneleiro com aeração central e lateral. Com a simulação detectou-se áreas de risco operacional do sistema de armazenamento investigado, com a necessidade de implementação de um sistema de aeração mais amplo. Para validar os resultados obtidos foram realizadas as medições de pressão estática em vários pontos de um sistema real de armazenagem. Realizando as comparações entre os resultados simulados e experimentais e analisando o coeficiente de determinação, foi atingida a validação do modelo matemático permitindo que o modelo seja aplicado para otimizar o desempenho de armazéns graneleiros, reduzindo os custos da engenharia de novos depósitos de grão. / 83 f.

Com o passar dos anos, a sociedade está cada vez mais dependente das diferentes tecnologias disponíveis no mercado. Não é possível pensar outra forma de concluir as atividades no trabalho, ou no lazer, sem utilizar dispositivos móveis, tais como, telefones celulares, notebooks, tablets, iPhones, iPads, entre outros aparelhos so sticados, a partir dos quais é possível executar diversas tarefas. O uso destes dispositivos móveis está relacionado ao tempo de vida da bateria, que no projeto de dispositivos móveis é considerado uma das características mais importantes, pois informa a quantidade de tempo que o dispositivo permanecerá operacional sem a necessidade de ligá-lo a uma fonte de alimentação externa. Neste contexto, para os projetistas de baterias, é importante possuir uma maneira precisa de determinar este tempo de vida. Uma das formas é através do uso de modelos matemáticos que simulam o processo de descarga de energia dos aparelhos portáteis. Entre os modelos mais referenciados na literatura técnica, destacam-se os modelos eletroquímicos, os modelos de circuitos elétricos, os modelos estocásticos, os modelos analíticos, os modelos via Identi cação de Sistemas, e os modelos híbridos. Esta última categoria de modelos possui a vantagem de unir os benefícios de dois ou mais tipos de modelos. Recentemente, foi desenvolvido um modelo híbrido através da união de um modelo elétrico e um modelo analítico. O modelo elétrico é conhecido como o modelo para Predizer Runtime e Características V-I de uma bateria, este foi escolhido por ser capaz de capturar as características dinâmicas da bateria e a resposta da tensão de forma acurada. No entanto, este modelo elétrico não pode capturar os efeitos não lineares da bateria. Para isto, foi escolhido o modelo analítico Kinetic Battery Model (KiBaM), este modelo pode capturar os efeitos não lineares e predizer o estado de carga da bateria com acurácia. Portanto, neste trabalho é realizado o estudo e aplicação deste modelo híbrido, desenvolvido a partir da união entre um modelo elétrico e um modelo analítico, para predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis, considerando dados experimentais de uma bateria, do tipo Lithium Íon, modelo BL-5F, utilizada em telefones celulares da marca Nokia. O modelo híbrido é implementado na ferramenta computacional MatLab/Simulink, os resultados calculados pelo modelo são comparados com os dados experimentais, obtidos de uma plataforma de testes. Por m, o modelo híbrido é comparado com modelo de Rakhmatov e Vrudhula, que é o modelo analítico de melhor acurácia da literatura para predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis. A partir dos resultados das simulações é encontrado que o modelo híbrido apresenta boa acurácia com erro médio igual a 3,91%. / 67 f.

Atualmente, o uso de dispositivos móveis tem aumentado signi cativamente devido a mobilidade, obtida com o auxílio de uma fonte de energia denominada bateria, e a facilidade ao acesso a rede sem o, proporcionada por estes aparelhos. Conhecer o tempo pelo qual a bateria consegue manter o dispositivo em funcionamento, ou seja, seu tempo de vida, tem sido de fundamental importância no desenvolvimento de dispositivos móveis. Sendo assim, conhecer algum método capaz de predizer este tempo de vida da bateria se torna muito importante. Com isto, neste estudo busca-se obter um modelo matemático que realiza a predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis, a partir da aplicação da teoria de Identi cação de Sistemas. Esta modelagem é realizada através de dados experimentais obtidos de uma plataforma de teste, considerando baterias do tipo Lítio-Íon, da marca Nokia, modelo BL-5F, presente em telefones celulares Nokia, modelo N95. A implementação dos modelos foi realizada na ferramenta computacional MatLab, com o auxílio da caixa de ferramentas denominada Ident. O modelo obtido pelo estudo, como o mais acurado, pertence a família de modelos paramétricos lineares, sendo do tipo AutorRegressivo (AR) no domínio de tempo discreto. Este modelo tamém foi convertido para o domínio de tempo contínuo, sendo seu melhor resultado obtido pelo discretizador Tustin. Por m, os modelos AR em tempo discreto e tempo contínuo foram comparados ao modelo analítico de Difusão de Rakhmatov e Vrudhula, considerado na literatura técnica como o modelo analítico mais acurado. O modelo AR em tempo discreto apresentou-se o mais acurado com um erro médio de 0,72%. / 85 f.

O presente trabalho trata da modelagem matemática de um atuador pneumático responsável pelo acionamento de uma bancada para ensaios de estruturas mecânicas, a qual será utilizada no projeto de título “Concurso de Pórticos” (processo CNPq nº409998/2013-3, Chamada nº 18/2013 MCTI/CNPq/Secretaria de Políticas da Mulher-PR/Petrobras - Meninas e Jovens Fazendo Ciências Exatas, Engenharias e Computação). As contribuições principais deste trabalho são a modelagem e identificação das características não lineares do atrito no atuador utilizado para a aplicação de forças, bem como a sistematização do modelo matemático completo, sua simulação computacional e validação experimental. Os atuadores pneumáticos são utilizados na maioria das instalações industriais e nos campos da automação e da robótica pelas diversas vantagens que o caracterizam. Dentre estas vantagens considera-se uma tecnologia de baixo custo, manutenção fácil, boa relação peso/potência, rapidez de resposta e principalmente uma tecnologia limpa, que não polui o meio ambiente. Porém, para atuadores pneumáticos a modelagem matemática é complexa quando comparada a outros tipos de acionamentos, pois apresentam limitações no controle decorrente das características não lineares inerentes ao sistema. Estas características não lineares resultam da alta compressibilidade do ar e das não linearidades presentes em sistemas pneumáticos, tais como o comportamento não linear da vazão mássica nos orifícios da válvula e sua zona morta, além do atrito nas vedações do cilindro linear. A modelagem matemática é muito importante para entendimento e previsão do comportamento dinâmico de atuadores pneumáticos e pode contribuir para a adequada aplicação e desempenho em sistemas automáticos, principalmente na definição de estratégias de controle. Neste trabalho, desenvolveu-se a formulação de um modelo matemático não linear completo de 5ª ordem que representa o comportamento dinâmico do atuador pneumático. Com o objetivo de comparação com o modelo desenvolvido, apresenta-se também um modelo matemático não linear de 3ª ordem, validados experimentalmente. Por fim, foram realizados testes de controle de força em malha aberta variando-se a pressão de suprimento do sistema. Os resultados obtidos ilustram as características do modelo matemático desenvolvido. / 94 f.

Objetiva-se com este trabalho, desenvolver a modelagem matemática da dinâmica de uma transmissão mecânica do tipo fuso de esferas de um robô Gantry acionada por motorredutor de corrente alternada com inversor de frequência, considerando-se a não linearidade do atrito e da folga. Estas não linearidades dificultam o desenvolvimento de estratégias mais precisas de controle, afetando diretamente a segurança, a produtividade e a qualidade das tarefas que estes robôs desempenham, as quais estão especialmente relacionadas a aplicações industriais de alta robustez. Construiu-se o protótipo de uma junta do robô Gantry, o qual foi utilizado para fazer a aquisição de dados experimentais e posteriormente validar a modelagem proposta através de simulações computacionais. Para isso o protótipo conta com sensores de medição de deslocamentos (angulares e linear) e a utilização de um painel de comandos a partir do inversor de frequência, o qual envia os sinais de controle ao robô. O sistema de aquisição de sinais e controle é composto por uma placa dSPACE 1104 montada em microcomputador. Como resultados, tem-se a sistematização da modelagem matemática de um manipulador robótico Gantry acionado por transmissões do tipo fuso de esferas com motor elétrico de corrente alternada e inversor de frequência, a qual inclui as principais não linearidades, a proposta metodológica para identificação das não linearidades de atrito e folga, além da validação experimental do modelo que inclui as principais características de atrito em baixa velocidade. Pretende-se contribuir no desenvolvimento de modelos matemáticos eficazes para fins de projeto, de simulação e de síntese de estratégias de controle e compensação baseadas em modelo. / 109 f.