A eletro-oxidação de etanol é certamente um dos principais temas de pesquisa no campo de eletrocatálise devido ao sua potencial utilização em sistemas conversores de energia química em energia elétrica, pois é considerado um combustível renovável e de baixa toxicidade, além de possuir alta densidade energética. Quando afastado do equilíbrio termodinâmico, esse sistema apresenta uma dinâmica complexa devido a continua ativação e desativação do catalisador e na presença de instabilidades, é possível alcançar um maior valor de eficiência termodinâmica quando comparado com o mesmo sistema operando em regime convencional. Além disso, a facilidade de emergência de instabilidades e a simplicidade com que os parâmetros experimentais podem ser controlados fazem com que o estudo deste tipo de sistemas se torne atrativo para a comunidade científica. Nesta tese de doutorado são apresentados os resultados obtidos durante a dinâmica convencional e não-linear da eletro-oxidação de etanol em meio alcalino, combinando os dados obtidas em ambos os processos cinéticos para entender plenamente o efeito dos cátions durante a reação catalítica. Após a análise do impacto de diferentes íons na cinética convencional e complexa, foram estimados os valores máximos das frequências de turnover na presença de diferentes ânions e cátions, utilizando os dados obtidos por métodos eletroanalíticos e, assim, discutir a atividade em uma base mais fundamental. Ainda, a partir dos dados da dinâmica oscilatória, foi possível realizar uma avaliação indireta da dissipação química dos sistemas estudados empregando as curvas pseudo-estacionárias. Por fim foi realizada a caracterização do comportamento oscilatório da eletro-oxidação de etanol em meio alcalino em superfícies monocristalinas de platina, relacionando as variações no perfil oscilatório com os defeitos presentes nos planos cristalográficos. / The electro-oxidation of ethanol is certainly one of the main research topics in the field of electrocatalysis due to its potential use in converting chemical energy into electrical energy, since it is considered a renewable fuel with low toxicity and high energy density. When it is far from the thermodynamic equilibrium, this system presents a complex dynamic due to the continuous activation and deactivation of the catalyst and with the emergence of instabilities it is possible to achieve a higher thermodynamic efficiency when compared to the same system operating in conventional regime. In addition, the facility in which instabilities emerge and the simplicity which the experimental parameters can be controlled make the study of such systems attractive to the scientific community. In this thesis the results obtained during the conventional and non-linear dynamics of the electro-oxidation of ethanol in alkaline media are presented, combining the data obtained in both kinetic processes to fully understand the effect of the cations during the catalytic reaction. Once the impact of different ions on conventional and complex kinetics was analyzed, the maximum values of the turnover frequencies in the presence of different anions and cations were estimated using the data obtained by electroanalytical methods and, with the results in hand it was possible to discuss the activity on a more fundamental basis . Also, from the data of the oscillatory dynamics, it was possible to perform an indirect evaluation of the chemical dissipation of the systems studied using the pseudo-stationary curves. Finally, the characterization of the oscillatory behavior of the electro-oxidation of ethanol in alkaline medium on platinum single-crystalline surfaces was performed, connecting the disparities in the oscillatory profile with the defects presented in each crystallographic planes.

O termo silicose refere-se ao processo de fibrose pulmonar causado pela inalação de poeira contendo sílica. É uma doença ocupacional, incurável, que se inicia nas vias aéreas distais e pode progredir independente do término da exposição. Os testes de função pulmonar, apesar de não serem utilizados como ferramenta diagnóstica para silicose, são amplamente empregados para acompanhar longitudinalmente esses indivíduos. Estudos recentes sugerem que a Técnicas de Oscilações Forçadas (FOT) pode ser aplicada para detecção de alterações pulmonares precoces em indivíduos com silicose. Contudo, existem poucos estudos descrevendo as alterações de mecância respiratória associada com a silicose através da FOT. Neste contexto, os objetivos deste estudo são: (1) analisar as alterações de mecânica respiratória de indivíduos portadores de silicose com diferentes graus de obstrução e (2) avaliar a capacidade da FOT em detectar alterações na função pulmonar decorrentes da silicose. Trata-se de um estudo transversal controlado com avaliação de casos prevalentes, tendo como unidade de avaliação o indivíduo. Os exames realizados incluíram medidas de espirometria e FOT. Foi selecionado um total de 67 indivíduos, 46 portadores de silicose e 21 sadios, caracterizando o grupo controle. Os indivíduos com diagnóstico de silicose foram divididos em três grupos classificados de acordo com o nível de obstrução sugerido pela espirometria. Essa classificação resultou em três categorias: Indivíduos normais ao exame espirométrico (NE), n= 12; com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (DVOL), n=22; com distúrbio ventilatório obstrutivo moderado ou acentuado (DVOMA), n= 12. Todos os indivíduos realizaram exames da FOT para análise das propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório. Posteriormente aos exames da FOT os indivíduos foram submetidos à espirometria. Considerando os grupos divididos a partir da espirometria, os parâmetros resistivos e reativos e a impedância do sistema respiratório em 4Hz (Z4Hz) se modificaram significativamente com a progressão da distúrbio obstrutivo. Na análise do poder diagnóstico da FOT os parâmetros R0, Rm, Rsr4 e |Z4Hz| mostraram-se precisos para identificar as modificações de mecânica respiratória em pacientes com silicose apresentando distúrbio ventilatório obstrutivo leve. Para distúrbio ventilatório obstrutivo moderado e acentuado todos os parâmetros analisados apresentaram habilidade para identificar essas alterações. Na análise entre o grupo controle e normal ao exame, nenhum parâmetro da FOT apresentou valor de acurácia adequado para uso clínico. Esses resultados são coerentes com as alterações fisiopatológicas relacionadas à silicose, confirmando o potencial da FOT na avaliação das modificações de mecânica respiratória em doentes com silicose. / The term silicosis is the name given to the pulmonary fibrosis caused by inhalation of dust containing crystalline silica. Is a typical occupational disease, chronic, incurable, starting in the peripheral airways and that can progress independently of the end of exposure. The pulmonary function tests, although not used as a diagnostic tool for silicosis, are widely employed to follow these individuals. Recent works suggests that the Forced Oscilation Technique (FOT) may be applied in the detection of early respiratory changes in silicosis. However, few studies have been analyzing the changes on respiratory mechanics associated with silicosis through the FOT. In this context, the aims of this study were (1) to analyze changes respiratory mechanics in subjects with silicosis with different degrees of obstruction by FOT, and (2) to evaluate the potential of the FOT to detect alterations in the lung function resulting from silicosis. This is a sectional study evaluation of prevalent cases, with the evaluation unit the individual. The examinations included measurement of FOT and spirometry. Sixty-seven volunteers were analyzed: 21 healthy subjects and 46 with silicosis. Spirometry was used to classify airway obstruction in the silicosis groups. This classification resulted in three categories: normal spirometric exam (n = 12); mild obstruction (n = 22); moderate or severe obstruction (n = 12.). All subjects performed FOT exam for the analysis of resistive and reactive properties of the respiratory system. The order of the examinations was FOT, followed by spirometry. Considering the groups classified according to the spirometry, the resistive and reactive the parameters and the impedance of the respiratory system at 4Hz (|Z4Hz|), have changed significantly with the progression of obstructive. The analysis of the diagnostic power of FOT parameters R0, Rm, and Rsr4 |Z4Hz| showed to be accurate to identify the changes of respiratory mechanics in silicosis patients with mild obstructive lung disease. To the moderate and severe obstructions, all the parameters analyzed showed adequate to identify these changes. In the analysis between the control and normal exam, no parameters of the FOT showed adequate measure to use to correctly identify these subjects. The FOT parameters adequately described the pathophysiological changes associated with silicosis and presented adequate accuracy for clinical use, indicating that this technique can be helpful in the evaluation respiratory mechanics in this disease.

Orientador: Germán Lugones. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2009.

Orientador: Germán Lugones / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2013

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:07:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Adilson Amaro Lima Rodrigues.pdf: 3709192 bytes, checksum: c11fff26ff83952fe051e5fc900bf72e (MD5) Previous issue date: 2011-09-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In industrial processes, oscillatory and non oscillatory disturbances usually travel along propagation paths, and are indicative of degradation in control loops, disturbances, limitations in equipments or control system. In this work, a methodology based in two algorithms from literature to detect these disturbances and the root cause analysis of theses disturbances is proposed. The detection of oscillatory signals is done using the filtered autocorrelation from the power spectral density. The non-periodic disturbances are detected through analysis of principal components of the power spectral density filter. The diagnosis of both disturbances is made based on the cause and effect relations of the loops and energy analysis. The application of the methodology to a power plant illustrates the usefulness of the proposed algorithms / Em processos industriais, perturbações oscilatórias ou não-oscilatórias normalmente se propagam ao longo de todo o processo, indicando a presença de degradações das malhas de controle, distúrbios, deficiências do sistema de controle ou equipamentos. Nessa dissertação é proposta uma metodologia baseada em dois algoritmos para detecção de perturbações e em seguida é feito o diagnóstico da fonte de perturbação. A detecção de sinais oscilatórios é feita usando a autocorrelação filtrada a partir do gráfico de densidade espectral. As perturbações não oscilatórias são detectadas via análise de componentes principais do gráfico de densidade espectral filtrada. O diagnóstico de ambas as perturbações é efetuado a partir do conhecimento da relação de causa efeito das malhas e da análise de energia. A aplicação da metodologia a uma central termoelétrica permite ilustrar o alcance dos algoritmos propostos

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:07:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cleber F Depizzol bloqueada.pdf: 851798 bytes, checksum: 2a03d60f2abf5d40c1d90eca3f9e20d9 (MD5) Previous issue date: 2011-12-12 / O comportamento oscilatório de malhas de controle pode ser causado por variados motivos que são inerentes ao processo. Tal comportamento aumenta o custo e reduz a qualidade do produto final. Este assunto tem sido amplamente estudado, entretanto até mesmo algoritmos robustos tem apresentado falhas quando o sinal analisado tem forte presença de ruído, distúrbios não periódicos, e=ou possui baixa freqüência de oscilação. Este trabalho discute o algoritmo Detecção e Caracterização de Oscilação (ODC), um algorimo conhecido da literatura o qual baseia-se na medição dos períodos do sinal autocorrelacionado obtido pela inversa da transformada de Fourier aplicada sobre a densidade espectral de potência, a fim de que a presença do comportamento oscilatório seja caracterizado. Vários problemas verificados no algoritmo são minimizados através da aplicação das propostas deste trabalho. A análise da causa raiz também é considerada, comparando a energia dos sinais oscilatórios calculados usando o gráfico da densidade espectral de potência. As contribuições deste trabalho são destacadas através de sua aplicação a dados de quatro diferentes processos industriais / The oscillatory control loop behavior may be caused by different reasons, which are inherent to the industrial processes. Such behavior increases the costs and decreases the quality of the final products. This subject has being widely studied, however even robust algorithms present false results when the analyzed signals are highly influenced by noise, nonperiodic perturbations, or very low frequencies. This work discusses the algorithm Oscilation Detection and Caracterization, a well-known algorithm used to detect and characterize oscillations based on the measurement of the period of the autocorrelated signal obtained from the inverse Fourier transform of the power spectral density. Several drawbacks of the algorithm are overcome through the application of our proposals. The root cause problem is also addressed, comparing the energy of the oscillatory signals calculated in the power spectral density plot. The contributions of this work are highlighted through its application to data of four different industrial processes

Orientador: Percival Bueno de Araujo / Banca: Laurence Duarte Colvara / Banca: Mara Lúcia Martins Lopes / Banca: Luis Filomeno de Jesus Fernandes / Banca: Igor Kopcak / Resumo: Neste trabalho é proposta a utilização da rede neural artificial (RNA) ARTMAP Nebulosa (fuzzy) no ajuste de parâmetros de controladores suplementares para o amortecimento de oscilações eletromecânicas de sistemas elétricos de potência, visando tornar este ajuste mais eficiente. Análises comparativas da atuação das redes neurais artificiais ARTMAP Nebulosa e Perceptron Multicamadas (PM) são realizadas para dois sistemas multimáquinas considerando o ajuste individual e coordenado dos controladores. Tais redes são utilizadas para o projeto dos controladores ESP (Estabilizadores de Sistemas de Potência) e POD (Power Oscillation Damping) acoplado ao dispositivo FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) UPFC (Unified Power Flow Controller). Será evidenciado que a RNA ARTMAP Nebulosa pode ser utilizada na melhora da estabilidade dinâmica, fornecendo resultados muito semelhantes aos da RNA Perceptron Multicamadas. Entretanto, é importante enfatizar que a vantagem da utilização da RNA ARTMAP Nebulosa está no fato da garantia da estabilidade e plasticidade associadas a um rápido treinamento, o que não ocorre com a RNA Perceptron Multicamadas / Abstract: This work proposes the use of artificial neural network (ANN) Fuzzy ARTMAP to adjust the parameters of additional controllers to damp electromechanical oscillations in electric power systems in order to make this adjustment more efficient due to variations in load. Comparative analysis of the performance of artificial neural networks Fuzzy ARTMAP and Multilayer Perceptron are performed for two multimachine systems, considering individual and coordinated controller adjustment. Those networks are used for the design of Power System Stabilizers (PSS) and Power Oscillation Damping (POD) that is coupled to the FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) UPFC (Unified Power Flow Controller). It will be shown that the ANN Fuzzy ARTMAP can be used in the improvement of dynamic stability, providing very similar results to the ANN Multilayer Perceptron. However, it is important to emphasize that the advantage of using ANN Fuzzy ARTMAP is the guarantee of stability and plasticity associated with a fast training process which does not occur for the ANN Multilayer Perceptron / Doutor

Com o advento da geração distribuída, a operação do sistema de distribuição tem se modificado. Características dinâmicas que antes eram observadas somente no sistema de transmissão agora também podem estar presentes em sistemas de distribuição, como por exemplo, problemas relacionados às oscilações eletromecânicas. Devido à perspectiva de crescimento de conexões de geradores eólicos, fica evidente a possibilidade do aumento na produção de energia elétrica através de geradores assíncronos distribuídos. No sistema de distribuição estão presentes vários tipos de cargas, sendo uma das mais representativas, as cargas do tipo motor de indução. Este tipo de carga, na ocorrência de curto-circuitos no sistema pode provocar atraso na recuperação da tensão do sistema, conhecido como problema Fault Induced Delayed Voltage Recovery (FIDVR). Depois que a falta é eliminada, a tensão pode permanecer em níveis significativamente reduzidos durante vários segundos. Esse atraso de tempo é geralmente causado pela alta concentração de motores de indução. Portanto, torna-se necessária a realização de estudos para analisar os impactos que esse tipo de fonte de energia pode trazer para o sistema elétrico bem como o impacto das cargas sobre o gerador eólico. Assim, este trabalho faz uma análise da influência de cargas do tipo motor de indução sobre o comportamento dinâmico de um DFIG conectado a um sistema de distribuição. Um gerador síncrono convencional também foi utilizado para fazer uma comparação com o DFIG. Como os dois geradores estão atuando com regulação de tensão, seria intuitivo pensar que as respostas dos dois na presença de cargas do tipo motor de indução, fossem semelhantes. No entanto, este trabalho mostra que diante do mesmo cenário, as máquinas têm comportamentos diversos e a reação é diferente dependendo do tipo de carga conectada ao sistema. Foi verificado que, quando existe o problema FIDVR devido à presença de cargas do tipo motor de indução, as oscilações na velocidade do DFIG são amplificadas. Já para o gerador síncrono, a carga do tipo motor de indução possui pouca influência nas oscilações eletromecânicas. / With the advent of distributed generation, the operation of the distribution system has been modified. Dynamic characteristics that were previously observed only in the transmission system can now also be present in distribution systems, such as problems related to electromechanical oscillations. Due to growth prospects of wind generator connections, it is evident the possibility of increasing the production of electricity through asynchronous distributed generators. In the distribution system several types of loads are present, being one of the most representative the loads of type induction motor. This type of load, the occurrence of short-circuits in the system can cause delay in the recovery of the system voltage, known as Fault Induced Delayed Voltage Recovery (FIDVR) problem. After the fault is eliminated, the voltage can remain at significantly reduced levels for several seconds. This time delay is usually caused by the high concentration of induction motors. So, it is necessary to perform studies to analyze the impacts that this type of energy source can bring to the electrical system as well as the impact of the loads on the wind generator. Thus, this thesis makes an analysis of the influence of induction motor loads on the dynamic behavior of a DFIG connected to a distribution system. A conventional synchronous generator was also used to make a comparison with the DFIG. As the two generators are working with voltage regulation, it would be intuitive to think that the responses of the two in the presence of induction motor loads would be similar. However, this thesis shows that in the same scenario, the machines have different behaviors and the reaction is different according to the type of load connected to the system. It was verified that when there is the FIDVR problem due to the presence of the induction motor, the oscillations in the speed of the DFIG are amplified. For the synchronous generator, the induction motor has little influence on the electromechanical oscillations.

A formação espontânea de padrões espaço-temporais auto-organizados longe do equilíbrio termodinâmico é um comportamento característico de sistemas de reação-transporte. De fato, essa estruturação espacial pode ser entendida como um comportamento coletivo de um grande número de elementos individuais no sistema. Consequentemente o padrão emerge como o resultado da interação entre a dinâmica local dessas subunidades e o mecanismo de acoplamento espacial. Dinâmica não-linear do tipo multi-estável, excitável e oscilatória são exemplos típicos de padrões temporais complexos geralmente associados à estruturação espacial. Nesta tese de doutorado são apresentadas duas frentes de trabalho utilizando-se da dinâmica química não-linear na elucidação de mecanismos reacionais longe do equilíbrio termodinâmico: (a) a investigação da natureza química e efeito do drift nas séries temporais transientes em osciladores eletroquímicos. A análise da evolução temporal do parâmetro de bifurcação foi baseada em um método empírico de estabilização, sendo o acúmulo superficial de espécies oxigenadas o principal responsável pelo drift; (b) o desacoplamento das rotas eletroquímicas paralelas na formação de CO2 pela combinação de experimentos, modelagem e simulações numéricas durante a eletro-oxidação oscilatória de metanol em platina policristalina. O efeito dos ânions perclorato e sulfato nas reações paralelas foi investigado por meio da produção global de CO2 e HCOOCH3. Notavelmente, ânions sulfato inibiram mais fortemente a atividade catalítica proveniente da via direta em contraste com a pequena alteração na via indireta. Em paralelo às duas frentes de trabalho, foi construído um setup experimental com a finalidade de acompanhar a evolução espaço-temporal de uma reação eletroquímica com um sistema de aquisição de dados multicanal. A descrição do processo de confecção da célula e eletrodo de trabalho multicanal, o tratamento de dados e alguns resultados experimentais preliminares são inseridos como um capítulo adicional. A ideia central dessa tese converge na obtenção de informações da cinética química envolvida que não é observada em condições próximas ao equilíbrio termodinâmico. Essa interpretação pode ser utilizada como uma metodologia alternativa no estudo da eletrocatálise em reações químicas complexas. / The spontaneous formation of self-organized spatiotemporal patterns under far from thermodynamic equilibrium conditions is a characteristic behavior in reaction-transport systems. Indeed, this spatial structuration can be understood as a collective behavior of a large number of individual elements in the system. Consequently the pattern emerges as a result of the interaction between the local dynamic of these subunits and the spatial coupling. Multistable, excitable and oscillatory nonlinear dynamics are typical examples of complex temporal patterns usually associated to the spatial structuration. In this doctoral thesis, two work fronts are presented using the nonlinear chemical dynamics in the elucidation of reaction mechanisms under far from thermodynamic equilibrium regime: (a) the investigation of the chemical nature and effect of the drift in the transient time-series in electrochemical oscillators. The analysis of the temporal evolution of the bifurcation parameter was based on an empiric method of stabilization, being the slow accumulation of oxygenated species the main responsible for the drift; (b) the decoupling of the parallel electrochemical routes for CO2 production by a combination of experiments, modeling and numerical simulations during the oscillatory electro-oxidation of methanol on polycrystalline platinum. The effect of perchlorate and sulfate anions in the parallel reactions was investigated by the global production of CO2 and HCOOCH3. Remarkably, sulfate anions inhibited more strongly the catalytic activity from direct pathway in contrast to the small alteration in the indirect pathway. In parallel to the two work fronts, an experimental setup was built in order to obtain a spatiotemporal evolution of a electrochemical reaction with a multichannel data acquisition system. A description of the confection process of the cell and the multichannel working electrode, data treatment and some preliminary experimental results are included as an additional chapter. The main idea of this thesis converges in the obtainment of chemical kinetic information which is not observed in conditions close to the thermodynamic equilibrium. This interpretation might be used as an alternative methodology in the study of electrocatalysis in complex chemical reactions.

Orientador: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Co-orientador: Marcos Silveira / Banca: Marcio Antonio Bazani / Banca: Paulo José Paupitz Gonçalves / Resumo: Este trabalho explora os diferentes tipos de comportamento dinâmicos, encontrados em sistemas eletromecânicos linear e não-linear análogos, sendo o sistema eletromecânico não-linear constituído de rigidez tipo Duffing. A modelagem matemática dos sistemas físicos hipotéticos é realizada através de técnicas Langrangeanas, inclusive para a modelagem que aborda componentes eletromagnéticos de um circuito RLC. O transdutor utilizado no acoplamento dos subsistemas é o de bobina móvel e magnetismo permanente e tem suas equações conhecidas na literatura. Os modelos são baseados em absorvedores utilizados no automobilismo, no entanto são abordados de forma simplificada, comparando-se com o modelo completo de uma suspensão de automóvel. No trabalho é investigada a influência dos parâmetros do circuito RLC, que podem ser responsáveis pelo aumento do amortecimento mecânico. É feita a correlação do amortecimento mecânico com os parâmetros de resistência e capacitância elétrica para o modelo linear. É realizada também a análise dos autovalores do modelo linear e lugar natural das raízes. Para o modelo não-linear é realizada a análise do comportamento dinâmico, levando-se em consideração a variação da capacitância para quatro valores de frequência da força externa ao sistema. Essa análise mostra a diversidade de comportamento dinâmicos encontrados para esse modelo. As variedades de comportamento dinâmicos resultantes do modelo não-linear variam entre dinâmicas caóticas, periódicas, quasi-periódicas e multiperiódica. Indica a possibilidade de utilização do parâmetro da capacitância como parâmetro de controle do sistema e mostra que a resistência elétrica dissipa a energia oirunda do domínio mecânico, fato esse que abre a discussão para as possibilidades de geração de energia / Abstract: This work investigates the different types of dynamic behaviour, found in linear and nonlinear electromechanical system, which are analogue, being the nonlinear electromechanical system constituted of rigidity type Duffing. The mathematical modelling of the hypothetical physical system is realized with Langrangian techniques, including for the modeling of the system is a moving coil and permanent magnet tranducer, which it have their equations deducted in other studies. The models are based in absorbers utilized in automobiles, however in this investigation it is discussed in a simplified way, if it is compared with a complete model of and automobile supension. This work investigates the influence of the RLC circuit parameters, which it may be responsible by the increasing of the mechanical damping. It is realized the correlation of the mechanical damping with resistance and capacitance, for the linear model. It is realized the anlysis of the eigenvalues it is found de root locus of the linear model. For the nonlinear model it is realized the analysis of the dynamic behaviour, considering the variation of the capacitance, for each one of the four values of frequency of the external force. This analysis shows the diversity of dynamic behaviours found for the nonlinear model. The variations of dynamic behaviours resulted of the nonlinear model varies around some types of dynamics, which can be, chaotic, periodic, quasi periodic, quasi periodic and multi periodic. That's indicate the possibility of utilization of the capacitance as control parameter of the system and shows the dissipation of energy by the resistance, this energy is from the mechanical domain, this fact open the discussion for the energy generation possibilities / Mestre