A medida do teor de umidade de materiais resulta em ganhos econômicos e ambientais ao possibilitar o controle preciso da secagem de produtos agrícolas, de processos de cura e armazenagem, e reduzir perdas de material e consumo de energia. Tal medida pode ser feita através da interação de ondas eletromagnéticas nas frequências de micro-ondas. Apresenta-se o desenvolvimento histórico e o estado da arte dessa área da metrologia que é conhecida por aquametria por micro-ondas. Detalha-se o comportamento das ondas eletromagnéticas em dielétricos, o modelo de espalhamento nas interfaces das amostras, a relação entre a permissividade complexa e a umidade, métodos para a determinação da permissividade, instrumentos, sistemas e aspectos metrológicos da cadeia de medição para espectroscopia dielétrica. Dois novos métodos, com equações explícitas originais para a determinação da permissividade são obtidos. As novas equações resultam em incerteza menor que os métodos clássicos. Uma nova metodologia, através do método de Monte Carlo, é empregada para a avaliação das mesmas. Conclui-se que o desenvolvimento da aquametria passa, necessariamente, pelo aperfeiçoamento dos instrumentos e métodos para determinação da permissividade dos materiais. / The measurement of moisture content of materials results in economic and environmental gains. Monitoring drying and curing of materials prevents loss of products and waste of energy. This can be done through the interaction of electromagnetic waves at microwave frequencies. This dissertation presents the historical development and the state-of-the-art in aquametry, the behavior of electromagnetic waves in dielectrics, sample interface scattering model, the relationship between the complex permittivity and moisture, methods for determining permittivity, instruments and metrological aspects of the measurement chain, and some instruments for dielectric spectroscopy. Two new methods, capable of providing explicit equation for the permittivity, are obtained and the Monte Carlo method is applied to determine their uncertainty. The new equations have lower uncertainty than the classic methods. The general conclusion is that the development of instrumentation and techniques in aquametry must be based in improvements in permittivity measurement.

A maior presença de correntes harmônicas no sistema de distribuição, principalmente devido à geração distribuída, tem chamado atenção sobre suas possíveis consequências. O trabalho apresenta um método para a avaliação de harmônicas em um sistema elétrico através de um estimador de estados. A proposta é um método de supervisão da rede de distribuição utilizando o menor número de medidores possível. Isso foi feito identificando topologias de rede que viabilizam o uso de pseudomedidas no lugar de medidores. O método é aplicado a um estudo de caso baseado no modelo IEEE 13 barras e os resultados do estimador de estados foram comparados a uma simulação. Também é feita uma análise de sensibilidade do código, observando os resultados quando se adicionam erros sobre as medidas e sobre os parâmetros das linhas do sistema. / The growth of harmonic currents in distribution system, mainly due the distributed generation, is calling attention of the specialists to its possible consequences. This work presents a method to assessment of harmonics in an electric power system through a state estimator. The proposal is a method to monitor the distribution network using as few measurement devices as possible. It was performed identifying network topologies where a pseudomeasurement can replace a measurement device. The method was applied to a study case based on the IEEE 13 buses model and its results were compared to a simulation. A sensitivity analysis of the code also was performed, errors were added to measurements and lines parameters to assess the errors in the state estimator results.

O principal parâmetro de avaliação da qualidade de carvões para uso na geração de energia termoelétrica é o percentual de cinzas. Em uma planta de beneficiamento, saber o percentual de cinzas da alimentação, concentrado e rejeito é de suma importância para os ajustes nos equipamentos de concentração. No caso do carvão da camada I1 do depósito mineral do Leão a janela de tempo entre o ponto mais adequado para amostragem e o fim da campanha de beneficiamento não propicia que se conheça o teor de cinzas da alimentação do processo de beneficiamento. Em virtude disso, este trabalho tem como objetivo de fornecer uma estimativa confiável do teor de cinzas da alimentação para propiciar a aplicação na planta de beneficiamento. Para esse intento utilizou-se a teoria de Kubelka-Munk que por meio de sua expressão matemática transforma a reflectância em uma grandeza aditiva que propicia a estimativa das porcentagens de matéria orgânica e mineral contida no carvão devido a diferença de reflectância entre esses materiais. Como resultado final foram gerados diversos modelos com intuito de verificar qual deles se adaptava melhor aos dados. Por fim, foi possível concluir que há possibilidade de estimar o teor de cinzas de carvão por meio da reflectância e com confiabilidade de 96,78% que toda a leitura agrega um erro máximo de ± 5% para o melhor modelo. / The main parameter in quality evaluation of coals employed in power generation is the ash content. In a beneficiation plant, knowing the ash content of the feed, concentrate an tailings is mandatory to set up the concentration equipment. In the case of the I1 coal seam of Leão’s deposit the time window between sampling routine and beneficiation routine does not allow to know the feed ash content before the beneficiation process. By this reason, this work aims to provide a reliable estimative of the feed ash content to propitiate its application in the beneficiation plant. For this purpose it was used Kubelka-Munk’s theory that, by using a mathematic expression, transforms reflectance into a additive quantity which allows to estimate mineral and organic matter present in coal by the difference of reflectance between these materials. As result, it was generated several models in order to analyze which one is better suited to the data. Finally, as a conclusion, it is possible to infer the ash content of coal by reflectance with confidence of 96,78% that all measure brings up a maximum error of ± 5% for the best model.

O presente trabalho utiliza o método Design Construtal para desenvolver o estudo numérico de uma configuração de caminhos de alta condutividade de geometria trifurcada que minimiza a resistência ao fluxo de calor, quando a área do caminho trifurcado é mantida constante. O objetivo deste trabalho é o estudo da influência da geometria sobre o desempenho térmico do sistema bem como a otimização do mesmo, assim obtendo uma configuração que minimiza a resistência térmica para cada condição imposta. São apresentadas as considerações e hipóteses utilizadas para a análise, obtendo a equação do calor regente e as condições de contorno do problema, bem como a função objetivo. Para a solução numérica da equação da condução do calor, é utilizado o software MATLAB ®, especificamente as ferramentas PDETOOL, Partial Differential Equations Tool, e GA, Algoritmo Genético. A resistência térmica é minimizada para cada grau de liberdade. A cada nível de otimização, a influência do grau de liberdade em questão é estudada, obtendo um mapeamento da importância de cada grau de liberdade sobre o sistema trifurcado. Também são obtidas as configurações ótimas para diferentes frações de área. Posteriormente, é estudado o comportamento da configuração ótima do sistema para diferentes temperaturas do final das bifurcações do sistema, mostrando que, para as temperaturas estudadas neste trabalho, a configuração ótima não se altera, apenas a resistência térmica, com a alteração na temperatura do sumidouro direito sendo mais influente sobre essa, seguida do sumidouro central e, por fim, do sumidouro esquerdo. Finalmente, este trabalho mostra, com esses resultados, que a geometria ótima é aquela que melhor distribui as imperfeições do sistema, de acordo com o princípio da ótima distribuição das imperfeições e, também, possui robustez quanto às pequenas imperfeições inseridas no sistema. / The present work employs Constructal Design method to develop a numerical study of a triforked high conductivity pathway that minimizes the heat flow resistance when the triforked pathway area is kept constant. The objective of this work is the study of the influence of the geometry over the thermal performance of the system as well as the optimization of the latter, thus obtaining a configuration that minimizes the thermal resistance for each imposed condition. The considerations and hypothesis for the analysis are shown, obtaining a reigning heat equation and boundary conditions for the system, as well as the objetctive function (minimization of the maximum temperature). For the numerical solution of the heat conduction equation, it is utilized MATLAB ® software, specifically the PDETOOL, Partial Differential Equations Tool, and GA, Genetic Algorithm, toolboxes. The thermal resistance is minimized for every degree of freedom. In each level of optimization, the influence of the degree of freedom in question is studied, obtaining a mapping of the importance of each degree of freedom over the performance of the triforked pathway. Optimal configurations are also obtained for different area fractions. Posteriorly, the behavior of the optimal geometry is studied for different temperatures of the branches of the system. Results show that, for the temperatures studied in this work, the optimal configuration does not change, only the thermal resistance, with the increase of temperature of the right sink being more influential over it, followed by the temperature of the middle sink and, at last, the temperature of the left sink. Finally, this work shows, with these results, that the optimal geometry is the one that better distributes the imperfections of the systems, which is in accordance to the principle of the optimal distribution of imperfections, while possessing a certain robustness over small imperfections inserted in the system.

O presente trabalho implementa a otimização dos ganhos de um controle ativo com regulador linear quadrático (LQR), em um modelo veicular completo sujeito a um perfil de estrada proposto pela ISO 8608, para atenuação das acelerações RMS transmitidas para a carroceria e o assento do motorista. Dado que o ganho do controle LQR é formulado a partir das matrizes Q e R, o procedimento determina as matrizes ótimas do controle para a minimização das acelerações RMS transmitidas. O modelo é analisado no domínio do tempo por meio da formulação de espaço-estado, e o procedimento de otimização é avaliado pelo método dos algoritmos genéticos. Os parâmetros Q e R, que fornecem o melhor ganho para minimização do problema de otimização, reduzem em até 1000 vezes as acelerações RMS quando comparadas à situação sem atuação do controle. Após otimizar Q e R, são analisadas a influência nos demais graus de liberdade e as forças necessárias para os resultados obtidos. / This work aims to optimize the gains of an active control with linear quadratic regulator (LQR), applied in a full vehicle model subject to a random road surface profile proposed by ISO 8608, for reduction of RMS accelerations transmitted to the driver’s seat and the vehicle body. Since the gain of LQR control is formulated from the matrices Q and R, the procedure determines the optimal control matrices that minimize the RMS accelerations transmitted. The model is analyzed in the time domain through state-space formulation, and the optimization process evaluated by the method of genetic algorithms. The parameters Q and R, which provide the best gain for minimizing the optimization problem, reduce by up to 1000 times the RMS accelerations when compared to the situation without active control. Finally, after optimizing Q e R, are analyzed the influence to the other degrees of freedom and the forces necessary for the results obtained.

Neste trabalho são propostos métodos para a estimação de parâmetros de motores de indução através do método dos Mínimos Quadrados com medição apenas de tensões, correntes e resistência do estator em um ensaio de partida em vazio. São detalhados os procedimentos para o tratamento dos sinais medidos, além das estimações do fluxo magnético e da velocidade mecânica do motor. Para a estimação dos parâmetros elétricos, são propostos métodos que diferem nos requisitos e no tratamento dos parâmetros como invariantes ou variantes no tempo. Em relação a esse último caso, é empregado um método de estimação de parâmetros por janelas de dados, aplicando um modelo com parâmetros invariantes no tempo localmente em diversas partes do ensaio. São feitas simulações para validar os métodos propostos, e dados de ensaio de três motores de diferentes potências são utilizados para analisar a escala de variação paramétrica durante a partida. É feita uma comparação entre os resultados obtidos com e sem consideração de variação nos parâmetros. / In this work, methods are proposed to estimate the parameters of induction motors through the Least Squares method with the measurement of only voltages, currents and resistance of the stator in a no-load startup test. Procedures are detailed to process the measured signals, as well as to estimate magnetic flux and rotor mechanical speed. In order to estimate the electrical parameters, methods are proposed which differ in their requisites and in the treatment of parameters as time invariant or time-varying. For the latter, a methodology for parameter estimation through data windows is used, applying a model with time invariant parameters locally to different parts of the test. Simulations are made to validate the proposed methodology, and data from tests of three motors with different powers are used to analyze the scale of parameter variation during startup. A comparison is made between the results obtained with and without the consideration of variation in the parameters.

O presente trabalho utiliza o método Design Construtal para desenvolver o estudo numérico de uma configuração de caminhos de alta condutividade de geometria trifurcada que minimiza a resistência ao fluxo de calor, quando a área do caminho trifurcado é mantida constante. O objetivo deste trabalho é o estudo da influência da geometria sobre o desempenho térmico do sistema bem como a otimização do mesmo, assim obtendo uma configuração que minimiza a resistência térmica para cada condição imposta. São apresentadas as considerações e hipóteses utilizadas para a análise, obtendo a equação do calor regente e as condições de contorno do problema, bem como a função objetivo. Para a solução numérica da equação da condução do calor, é utilizado o software MATLAB ®, especificamente as ferramentas PDETOOL, Partial Differential Equations Tool, e GA, Algoritmo Genético. A resistência térmica é minimizada para cada grau de liberdade. A cada nível de otimização, a influência do grau de liberdade em questão é estudada, obtendo um mapeamento da importância de cada grau de liberdade sobre o sistema trifurcado. Também são obtidas as configurações ótimas para diferentes frações de área. Posteriormente, é estudado o comportamento da configuração ótima do sistema para diferentes temperaturas do final das bifurcações do sistema, mostrando que, para as temperaturas estudadas neste trabalho, a configuração ótima não se altera, apenas a resistência térmica, com a alteração na temperatura do sumidouro direito sendo mais influente sobre essa, seguida do sumidouro central e, por fim, do sumidouro esquerdo. Finalmente, este trabalho mostra, com esses resultados, que a geometria ótima é aquela que melhor distribui as imperfeições do sistema, de acordo com o princípio da ótima distribuição das imperfeições e, também, possui robustez quanto às pequenas imperfeições inseridas no sistema. / The present work employs Constructal Design method to develop a numerical study of a triforked high conductivity pathway that minimizes the heat flow resistance when the triforked pathway area is kept constant. The objective of this work is the study of the influence of the geometry over the thermal performance of the system as well as the optimization of the latter, thus obtaining a configuration that minimizes the thermal resistance for each imposed condition. The considerations and hypothesis for the analysis are shown, obtaining a reigning heat equation and boundary conditions for the system, as well as the objetctive function (minimization of the maximum temperature). For the numerical solution of the heat conduction equation, it is utilized MATLAB ® software, specifically the PDETOOL, Partial Differential Equations Tool, and GA, Genetic Algorithm, toolboxes. The thermal resistance is minimized for every degree of freedom. In each level of optimization, the influence of the degree of freedom in question is studied, obtaining a mapping of the importance of each degree of freedom over the performance of the triforked pathway. Optimal configurations are also obtained for different area fractions. Posteriorly, the behavior of the optimal geometry is studied for different temperatures of the branches of the system. Results show that, for the temperatures studied in this work, the optimal configuration does not change, only the thermal resistance, with the increase of temperature of the right sink being more influential over it, followed by the temperature of the middle sink and, at last, the temperature of the left sink. Finally, this work shows, with these results, that the optimal geometry is the one that better distributes the imperfections of the systems, which is in accordance to the principle of the optimal distribution of imperfections, while possessing a certain robustness over small imperfections inserted in the system.

A medida do teor de umidade de materiais resulta em ganhos econômicos e ambientais ao possibilitar o controle preciso da secagem de produtos agrícolas, de processos de cura e armazenagem, e reduzir perdas de material e consumo de energia. Tal medida pode ser feita através da interação de ondas eletromagnéticas nas frequências de micro-ondas. Apresenta-se o desenvolvimento histórico e o estado da arte dessa área da metrologia que é conhecida por aquametria por micro-ondas. Detalha-se o comportamento das ondas eletromagnéticas em dielétricos, o modelo de espalhamento nas interfaces das amostras, a relação entre a permissividade complexa e a umidade, métodos para a determinação da permissividade, instrumentos, sistemas e aspectos metrológicos da cadeia de medição para espectroscopia dielétrica. Dois novos métodos, com equações explícitas originais para a determinação da permissividade são obtidos. As novas equações resultam em incerteza menor que os métodos clássicos. Uma nova metodologia, através do método de Monte Carlo, é empregada para a avaliação das mesmas. Conclui-se que o desenvolvimento da aquametria passa, necessariamente, pelo aperfeiçoamento dos instrumentos e métodos para determinação da permissividade dos materiais. / The measurement of moisture content of materials results in economic and environmental gains. Monitoring drying and curing of materials prevents loss of products and waste of energy. This can be done through the interaction of electromagnetic waves at microwave frequencies. This dissertation presents the historical development and the state-of-the-art in aquametry, the behavior of electromagnetic waves in dielectrics, sample interface scattering model, the relationship between the complex permittivity and moisture, methods for determining permittivity, instruments and metrological aspects of the measurement chain, and some instruments for dielectric spectroscopy. Two new methods, capable of providing explicit equation for the permittivity, are obtained and the Monte Carlo method is applied to determine their uncertainty. The new equations have lower uncertainty than the classic methods. The general conclusion is that the development of instrumentation and techniques in aquametry must be based in improvements in permittivity measurement.

A maior presença de correntes harmônicas no sistema de distribuição, principalmente devido à geração distribuída, tem chamado atenção sobre suas possíveis consequências. O trabalho apresenta um método para a avaliação de harmônicas em um sistema elétrico através de um estimador de estados. A proposta é um método de supervisão da rede de distribuição utilizando o menor número de medidores possível. Isso foi feito identificando topologias de rede que viabilizam o uso de pseudomedidas no lugar de medidores. O método é aplicado a um estudo de caso baseado no modelo IEEE 13 barras e os resultados do estimador de estados foram comparados a uma simulação. Também é feita uma análise de sensibilidade do código, observando os resultados quando se adicionam erros sobre as medidas e sobre os parâmetros das linhas do sistema. / The growth of harmonic currents in distribution system, mainly due the distributed generation, is calling attention of the specialists to its possible consequences. This work presents a method to assessment of harmonics in an electric power system through a state estimator. The proposal is a method to monitor the distribution network using as few measurement devices as possible. It was performed identifying network topologies where a pseudomeasurement can replace a measurement device. The method was applied to a study case based on the IEEE 13 buses model and its results were compared to a simulation. A sensitivity analysis of the code also was performed, errors were added to measurements and lines parameters to assess the errors in the state estimator results.

O principal parâmetro de avaliação da qualidade de carvões para uso na geração de energia termoelétrica é o percentual de cinzas. Em uma planta de beneficiamento, saber o percentual de cinzas da alimentação, concentrado e rejeito é de suma importância para os ajustes nos equipamentos de concentração. No caso do carvão da camada I1 do depósito mineral do Leão a janela de tempo entre o ponto mais adequado para amostragem e o fim da campanha de beneficiamento não propicia que se conheça o teor de cinzas da alimentação do processo de beneficiamento. Em virtude disso, este trabalho tem como objetivo de fornecer uma estimativa confiável do teor de cinzas da alimentação para propiciar a aplicação na planta de beneficiamento. Para esse intento utilizou-se a teoria de Kubelka-Munk que por meio de sua expressão matemática transforma a reflectância em uma grandeza aditiva que propicia a estimativa das porcentagens de matéria orgânica e mineral contida no carvão devido a diferença de reflectância entre esses materiais. Como resultado final foram gerados diversos modelos com intuito de verificar qual deles se adaptava melhor aos dados. Por fim, foi possível concluir que há possibilidade de estimar o teor de cinzas de carvão por meio da reflectância e com confiabilidade de 96,78% que toda a leitura agrega um erro máximo de ± 5% para o melhor modelo. / The main parameter in quality evaluation of coals employed in power generation is the ash content. In a beneficiation plant, knowing the ash content of the feed, concentrate an tailings is mandatory to set up the concentration equipment. In the case of the I1 coal seam of Leão’s deposit the time window between sampling routine and beneficiation routine does not allow to know the feed ash content before the beneficiation process. By this reason, this work aims to provide a reliable estimative of the feed ash content to propitiate its application in the beneficiation plant. For this purpose it was used Kubelka-Munk’s theory that, by using a mathematic expression, transforms reflectance into a additive quantity which allows to estimate mineral and organic matter present in coal by the difference of reflectance between these materials. As result, it was generated several models in order to analyze which one is better suited to the data. Finally, as a conclusion, it is possible to infer the ash content of coal by reflectance with confidence of 96,78% that all measure brings up a maximum error of ± 5% for the best model.