Tese de mestrado integrado. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Este trabalho descreve um estudo e desenvolvimento de um sensor de dióxido de carbono (CO2), de baixo custo, para monitoramento da qualidade do ar em ambientes climatizados. O sensor aqui proposto baseia-se na técnica de absorção em infravermelho não dispersivo (NDIR). Este trabalho avalia alguns métodos já empregados e propõe um modelo alternativo visando uma solução de baixo custo que possa ser incorporada a sistemas de monitoramento e/ou condicionamento existentes, permitindo o controle do teor de CO2. A metodologia inclui o estudo dos diferentes tipos de sensores de CO2, a seleção da técnica mais apropriada para medição, o estudo das alternativas para implementação da técnica selecionada, o desenvolvimento, testes e avaliações da solução. Especificamente desenvolveu-se uma solução em termos de sensor de CO2 que utiliza componentes comerciais, sendo facilmente reprodutível e de custo reduzido. O sensor desenvolvido tem faixa de medição entre 330 a mais de 10000 ppm, com resolução estimada em torno de 20 a 30 ppm, com erro em relação ao padrão menor que 10% da medição ou 150 ppm,o que for maior.

Este trabalho apresenta um método para detectar falhas no funcionamento de máquinas rotativas baseado em alterações no padrão de vibração do sistema e no diagnóstico da condição de operação, por Lógica Fuzzy. As modificações ocorridas são analisadas e servem como parâmetros para predizer falhas incipientes bem como a evolução destas na condição de operação, possibilitando tarefas de manutenção preditiva. Utiliza-se uma estrutura mecânica denominada de Sistema Rotativo (Figura 1), apropriada para as simulações das falhas. Faz-se a aquisição de dados de vibração da máquina usando-se um acelerômetro em chip biaxial de baixa potência. As saídas são lidas diretamente por um contador microprocessador não requerendo um conversor A/D. Um sistema de desenvolvimento para processamento digital de sinais, baseado no microprocessador TMS320C25, o Psi25, é empregado na aquisição dos sinais de vibração (*.dat), do Sistema Rotativo. Os arquivos *.dat são processados através da ferramenta matemática computacional Matlab 5 e do programa SPTOOL. Estabelece-se o padrão de vibração, denominado assinatura espectral do Sistema Rotativo (Figura 2) Os dados são analisados pelo sistema especialista Fuzzy, devidamente calibrado para o processo em questão. São considerados, como parâmetros para a diferenciação e tomada de decisão no diagnóstico do estado de funcionamento pelo sistema especialista, a freqüência de rotação do eixo-volante e as amplitudes de vibração inerentes a cada situação de avaria. As falhas inseridas neste trabalho são desbalanceamentos no eixovolante (Figura 1), através da inserção de elementos desbalanceadores. A relação de massa entre o volante e o menor elemento desbalanceador é de 1:10000. Tomando-se como alusão o conhecimento de especialistas no que se refere a situações normais de funcionamento e conseqüências danosas, utilizam-se elementos de diferentes massas para inserir falhas e diagnosticar o estado de funcionamento pelo sistema fuzzy, que apresenta o diagnóstico de formas qualitativa: normal; falha incipiente; manutenção e perigo e quantitativa, sendo desta maneira possível a detecção e o acompanhamento da evolução da falha.

A aquisição do ciclo pressão-volume é de grande importância para diagnóstico de cardiopatias e principalmente para o acompanhamento de intervenções terapêuticas, porém os métodos hoje utilizados são caros e agressivos ao paciente, reduzindo por estes motivos sua aplicação. Este estudo pretende obter, por métodos não-invasivos, o ciclo pressão-volume do ventrículo esquerdo de pacientes humanos. Isto consiste na aquisição dos sinais P(t) e V(t) simultaneamente e a apresentação de um gráfico P(V). Para tanto, após a revisão bibliográfica, decidiu-se utilizar a ecocardiografia com detecção automática de bordos, para obtenção do volume ventricular e a medição da onda de pressão transmitida através da artéria braquial para um manguito inflado com ar, conectado a um transdutor piezo-resistivo em ponte. A aquisição da pressão pelo método não-invasivo é comparada a dados resultantes da aquisição invasiva da pressão arterial por catéter intra-aórtico que é considerado padrãoouro. Os sinais são condicionados e digitalizados em uma placa de aquisição com conversor A/D de 8 bits e micro controlador 80c196. Os dados digitalizados são então enviados serialmente para um computador onde são gerados os gráficos. Obteve-se de cinco pacientes nove aquisições simultâneas da pressão invasiva através de catéter intra-aórtico e do protótipo desenvolvido resultando concordância segundo o método de Bland e Altman (1986) (r=0,989; d + 2s= 6,52; d - 2s =-6,07), comprovando a eficiência do método de aquisição. Obteve-se resultado satisfatório também quanto à operação sistema desenvolvido pois foram realizadas dez aquisições em cinco pacientes, registrando-se gráficos bastante similares aos apresentados na literatura disponível. / The pressure-volume loop acquisition is very important for diagnoses of cardiac abnormalities and principally to attend the evolution after interventions, but the methods presently used are expensive and aggressive to the patients. Then, due to these reasons their application is reduced. This research has been made with the intention of getting, for non-invasive methods, the left ventricular pressure-volume loop in human patients. This means that it is necessary to acquire the signals P(t) and V(t) and draw a graphic P(V). So, after the bibliographical review it was decided to use echocardiographic apparatus with automated border detection for the obtainment of the ventricular volume and the measurement of the pressure wave transmitted through the brachial artery for a compression cuff, inflated with air, connected to a piezo-resistive transducer. The pressure acquisition by a non-invasively method was compared with an invasively acquired data from arterial pressure performed by an intra-aortic catheter that is used as a golden standard. Nine acquisitions from five patients showed that there is a good correlation between the two methods (r=0,989; d + 2s= 6,52; d - 2s =-6,07) (Bland and Altman, 1986). The signals are conditioned and digitalized on an acquisition board with 8 bit A/D converter and micro controller 80c196. This digitalized data are sent through a serial port to a computer where the graphics are displayed. We obtained ten P(V) loops from five patients showing good similarity with the studied literature.

A aquisição do ciclo pressão-volume é de grande importância para diagnóstico de cardiopatias e principalmente para o acompanhamento de intervenções terapêuticas, porém os métodos hoje utilizados são caros e agressivos ao paciente, reduzindo por estes motivos sua aplicação. Este estudo pretende obter, por métodos não-invasivos, o ciclo pressão-volume do ventrículo esquerdo de pacientes humanos. Isto consiste na aquisição dos sinais P(t) e V(t) simultaneamente e a apresentação de um gráfico P(V). Para tanto, após a revisão bibliográfica, decidiu-se utilizar a ecocardiografia com detecção automática de bordos, para obtenção do volume ventricular e a medição da onda de pressão transmitida através da artéria braquial para um manguito inflado com ar, conectado a um transdutor piezo-resistivo em ponte. A aquisição da pressão pelo método não-invasivo é comparada a dados resultantes da aquisição invasiva da pressão arterial por catéter intra-aórtico que é considerado padrãoouro. Os sinais são condicionados e digitalizados em uma placa de aquisição com conversor A/D de 8 bits e micro controlador 80c196. Os dados digitalizados são então enviados serialmente para um computador onde são gerados os gráficos. Obteve-se de cinco pacientes nove aquisições simultâneas da pressão invasiva através de catéter intra-aórtico e do protótipo desenvolvido resultando concordância segundo o método de Bland e Altman (1986) (r=0,989; d + 2s= 6,52; d - 2s =-6,07), comprovando a eficiência do método de aquisição. Obteve-se resultado satisfatório também quanto à operação sistema desenvolvido pois foram realizadas dez aquisições em cinco pacientes, registrando-se gráficos bastante similares aos apresentados na literatura disponível. / The pressure-volume loop acquisition is very important for diagnoses of cardiac abnormalities and principally to attend the evolution after interventions, but the methods presently used are expensive and aggressive to the patients. Then, due to these reasons their application is reduced. This research has been made with the intention of getting, for non-invasive methods, the left ventricular pressure-volume loop in human patients. This means that it is necessary to acquire the signals P(t) and V(t) and draw a graphic P(V). So, after the bibliographical review it was decided to use echocardiographic apparatus with automated border detection for the obtainment of the ventricular volume and the measurement of the pressure wave transmitted through the brachial artery for a compression cuff, inflated with air, connected to a piezo-resistive transducer. The pressure acquisition by a non-invasively method was compared with an invasively acquired data from arterial pressure performed by an intra-aortic catheter that is used as a golden standard. Nine acquisitions from five patients showed that there is a good correlation between the two methods (r=0,989; d + 2s= 6,52; d - 2s =-6,07) (Bland and Altman, 1986). The signals are conditioned and digitalized on an acquisition board with 8 bit A/D converter and micro controller 80c196. This digitalized data are sent through a serial port to a computer where the graphics are displayed. We obtained ten P(V) loops from five patients showing good similarity with the studied literature.

A aquisição do ciclo pressão-volume é de grande importância para diagnóstico de cardiopatias e principalmente para o acompanhamento de intervenções terapêuticas, porém os métodos hoje utilizados são caros e agressivos ao paciente, reduzindo por estes motivos sua aplicação. Este estudo pretende obter, por métodos não-invasivos, o ciclo pressão-volume do ventrículo esquerdo de pacientes humanos. Isto consiste na aquisição dos sinais P(t) e V(t) simultaneamente e a apresentação de um gráfico P(V). Para tanto, após a revisão bibliográfica, decidiu-se utilizar a ecocardiografia com detecção automática de bordos, para obtenção do volume ventricular e a medição da onda de pressão transmitida através da artéria braquial para um manguito inflado com ar, conectado a um transdutor piezo-resistivo em ponte. A aquisição da pressão pelo método não-invasivo é comparada a dados resultantes da aquisição invasiva da pressão arterial por catéter intra-aórtico que é considerado padrãoouro. Os sinais são condicionados e digitalizados em uma placa de aquisição com conversor A/D de 8 bits e micro controlador 80c196. Os dados digitalizados são então enviados serialmente para um computador onde são gerados os gráficos. Obteve-se de cinco pacientes nove aquisições simultâneas da pressão invasiva através de catéter intra-aórtico e do protótipo desenvolvido resultando concordância segundo o método de Bland e Altman (1986) (r=0,989; d + 2s= 6,52; d - 2s =-6,07), comprovando a eficiência do método de aquisição. Obteve-se resultado satisfatório também quanto à operação sistema desenvolvido pois foram realizadas dez aquisições em cinco pacientes, registrando-se gráficos bastante similares aos apresentados na literatura disponível. / The pressure-volume loop acquisition is very important for diagnoses of cardiac abnormalities and principally to attend the evolution after interventions, but the methods presently used are expensive and aggressive to the patients. Then, due to these reasons their application is reduced. This research has been made with the intention of getting, for non-invasive methods, the left ventricular pressure-volume loop in human patients. This means that it is necessary to acquire the signals P(t) and V(t) and draw a graphic P(V). So, after the bibliographical review it was decided to use echocardiographic apparatus with automated border detection for the obtainment of the ventricular volume and the measurement of the pressure wave transmitted through the brachial artery for a compression cuff, inflated with air, connected to a piezo-resistive transducer. The pressure acquisition by a non-invasively method was compared with an invasively acquired data from arterial pressure performed by an intra-aortic catheter that is used as a golden standard. Nine acquisitions from five patients showed that there is a good correlation between the two methods (r=0,989; d + 2s= 6,52; d - 2s =-6,07) (Bland and Altman, 1986). The signals are conditioned and digitalized on an acquisition board with 8 bit A/D converter and micro controller 80c196. This digitalized data are sent through a serial port to a computer where the graphics are displayed. We obtained ten P(V) loops from five patients showing good similarity with the studied literature.

Este trabalho apresenta um método para detectar falhas no funcionamento de máquinas rotativas baseado em alterações no padrão de vibração do sistema e no diagnóstico da condição de operação, por Lógica Fuzzy. As modificações ocorridas são analisadas e servem como parâmetros para predizer falhas incipientes bem como a evolução destas na condição de operação, possibilitando tarefas de manutenção preditiva. Utiliza-se uma estrutura mecânica denominada de Sistema Rotativo (Figura 1), apropriada para as simulações das falhas. Faz-se a aquisição de dados de vibração da máquina usando-se um acelerômetro em chip biaxial de baixa potência. As saídas são lidas diretamente por um contador microprocessador não requerendo um conversor A/D. Um sistema de desenvolvimento para processamento digital de sinais, baseado no microprocessador TMS320C25, o Psi25, é empregado na aquisição dos sinais de vibração (*.dat), do Sistema Rotativo. Os arquivos *.dat são processados através da ferramenta matemática computacional Matlab 5 e do programa SPTOOL. Estabelece-se o padrão de vibração, denominado assinatura espectral do Sistema Rotativo (Figura 2) Os dados são analisados pelo sistema especialista Fuzzy, devidamente calibrado para o processo em questão. São considerados, como parâmetros para a diferenciação e tomada de decisão no diagnóstico do estado de funcionamento pelo sistema especialista, a freqüência de rotação do eixo-volante e as amplitudes de vibração inerentes a cada situação de avaria. As falhas inseridas neste trabalho são desbalanceamentos no eixovolante (Figura 1), através da inserção de elementos desbalanceadores. A relação de massa entre o volante e o menor elemento desbalanceador é de 1:10000. Tomando-se como alusão o conhecimento de especialistas no que se refere a situações normais de funcionamento e conseqüências danosas, utilizam-se elementos de diferentes massas para inserir falhas e diagnosticar o estado de funcionamento pelo sistema fuzzy, que apresenta o diagnóstico de formas qualitativa: normal; falha incipiente; manutenção e perigo e quantitativa, sendo desta maneira possível a detecção e o acompanhamento da evolução da falha.

Este trabalho descreve um estudo e desenvolvimento de um sensor de dióxido de carbono (CO2), de baixo custo, para monitoramento da qualidade do ar em ambientes climatizados. O sensor aqui proposto baseia-se na técnica de absorção em infravermelho não dispersivo (NDIR). Este trabalho avalia alguns métodos já empregados e propõe um modelo alternativo visando uma solução de baixo custo que possa ser incorporada a sistemas de monitoramento e/ou condicionamento existentes, permitindo o controle do teor de CO2. A metodologia inclui o estudo dos diferentes tipos de sensores de CO2, a seleção da técnica mais apropriada para medição, o estudo das alternativas para implementação da técnica selecionada, o desenvolvimento, testes e avaliações da solução. Especificamente desenvolveu-se uma solução em termos de sensor de CO2 que utiliza componentes comerciais, sendo facilmente reprodutível e de custo reduzido. O sensor desenvolvido tem faixa de medição entre 330 a mais de 10000 ppm, com resolução estimada em torno de 20 a 30 ppm, com erro em relação ao padrão menor que 10% da medição ou 150 ppm,o que for maior.

Neste trabalho mostrou-se a viabilidade técnica da construção de um sistema totalmente novo para medir altas tensões e correntes em linhas classe 15 kV, cuja filosofia fundamenta-se no acoplamento de dois sistemas de medidas, um convencional e outro eletro-óptico. O sistema convencional consiste em divisores de tensão e anéis captores e o eletro-óptico, em LEDs, resistores, fibras ópticas e receptores. Este sistema foi totalmente testado em laboratório e apresenta como principais características baixo custo, facilidade de instalação e versatilidade. Também neste trabalho foram desenvolvidos dois programas computacionais para a aquisição de dados através de placas GPIB e A/D. Estes programas também permitem processar os dados, fornecendo relatórios sobre tensões, correntes, potências e ângulo de potência. / In this work, the technical feasibility of the development of a novel system measuring of high voltages and currents in 15 kV distribution lines was presented. The system is basically the combination of two other systems, one conventional and other electro-optical. The conventional subsystem is based on voltage dividers and magnetic rings while the electro-optical subsystem uses LEDs, resistors, optical-fibers and photodetectors. The system was completely tested in laboratory and its main characteristics are low price, easy of installation and flexibility. Two softwares for data acquisition by GPIB and A/D boards were also developed. They can provide reports on voltages, currents, power and phase-power.

Este trabalho descreve um estudo e desenvolvimento de um sensor de dióxido de carbono (CO2), de baixo custo, para monitoramento da qualidade do ar em ambientes climatizados. O sensor aqui proposto baseia-se na técnica de absorção em infravermelho não dispersivo (NDIR). Este trabalho avalia alguns métodos já empregados e propõe um modelo alternativo visando uma solução de baixo custo que possa ser incorporada a sistemas de monitoramento e/ou condicionamento existentes, permitindo o controle do teor de CO2. A metodologia inclui o estudo dos diferentes tipos de sensores de CO2, a seleção da técnica mais apropriada para medição, o estudo das alternativas para implementação da técnica selecionada, o desenvolvimento, testes e avaliações da solução. Especificamente desenvolveu-se uma solução em termos de sensor de CO2 que utiliza componentes comerciais, sendo facilmente reprodutível e de custo reduzido. O sensor desenvolvido tem faixa de medição entre 330 a mais de 10000 ppm, com resolução estimada em torno de 20 a 30 ppm, com erro em relação ao padrão menor que 10% da medição ou 150 ppm,o que for maior.