Neste trabalho propomos a aplicação da síntese digital direta coerente ao acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada (CA). Inicialmente são apresentadas as técnicas mais comumente utilizadas na implementação de moduladores de largura de pulso (PWMs) para o acionamento de máquinas CA. Mostramos, para as diferentes técnicas, os efeitos na composição harmônica do sinal PWM obtido e concluímos que a técnica PWM otimizada apresenta o melhor desempenho. Apresentamos então nossa proposta para implementação de moduladores PWM através da síntese digital direta coerente, discutindo preliminarmente as técnicas mais comuns de síntese digital de sinais. A viabilidade técnica de nossa proposta é demonstrada com a implementação de um modulador PWM otimizado, destinado ao acionamento de um motor CA trifásico. Os resultados experimentais de nossa implementação são então comparados com os de previsões teóricas e simulações, verificando-se um desempenho do sistema e uma comparação favorável com outros implementados com técnicas convencionais.

A utilização de turbinas a gás no Brasil sempre foi pensada como uma condição necessária para o desenvolvimento local de indústrias ligadas a estas máquinas e, em decorrência, a necessidade de formação de mão-de-obra especializada se fez necessário. Neste particular, o CTA/ITA deve ter atuação importante. Os aspectos técnicos de turbinas a gás aeronáuticas têm sido tratados há décadas pelo CTA. No entanto, aplicações industriais, em específico para a geração de energia elétrica, somente agora estão sendo objeto de estudo dada a necessidade premente do setor elétrico em aumentar a participação de usinas térmicas no parque nacional. O processo de reestruturação do setor elétrico brasileiro contempla a redução do papel do Estado nas ações empresariais. Novos entes e regras foram criados com o intuito de garantir um conjunto de normas capaz de conduzir a expansão do sistema por meio de investimentos feitos pela iniciativa privada. Esta reestruturação afetou diretamente todos os projetos do setor, em especial, criando diversas oportunidades para os projetos de geração termoelétrica. Com efeito, estas oportunidades geraram um enorme mercado para as usinas movidas a gás natural, em virtude de uma série de vantagens que o combustível oferece. Sendo assim, métodos que sejam capazes de avaliar o desempenho de investimentos em usinas termoelétricas tornaram-se uma ferramenta crucial na atual etapa do processo. Neste sentido, o presente trabalho é uma contribuição adicional para a ciência de aplicação com a definição de uma metodologia capaz de avaliar riscos envolvidos na construção e operação de uma usina termoelétrica, medir os mais importantes e apresentar os seus efeitos sobre um determinado projeto em análise. Entre os diversos tipos de risco aos quais um projeto de uma usina termoelétrica está exposto, dois foram selecionados e seus impactos podem ser medidos pela presente metodologia: o risco mercadológico, avaliado pela volatilidade do preço spot da energia elétrica, e o risco de uma falha prolongada dos equipamentos com lapso de tempo superior a um mês. A metodologia proposta aplica-se na avaliação de novos projetos, como as modernas usinas movidas por turbinas a gás para atendimento de potência em horários de ponta ou para as usinas movidas a ciclos combinados operando em horários de base. Adicionalmente o modelo pode ser aplicado para a análise da repotencialização de antigas unidades geradoras a vapor. Algumas das aplicações desta metodologia podem ser verificadas no corpo deste trabalho, demonstrando o poder da ferramenta de análise de risco quando aplicada na análise de empreendimentos termoelétricos que estejam operando no sistema elétrico interligado brasileiro.

Neste trabalho apresenta-se resultados de uma pesquisa experimental realizada no Laboratório de Plasmas e Processos do ITA, a qual, teve como objetivo principal desenvolver uma infra-estrutura laboratorial para simulação de ambiente de reentrada atmosférica e, em específico executar ensaios de materiais de proteção térmica, adequados a disponibilidade de recursos existentes. Em primeira instância são descritos os principais aspectos da reentrada, agrupando-os numa base de conhecimento necessária para iniciar pesquisas relacionadas à simulação experimental. Numa segunda instância, apresentam-se formas conhecidas de simulação de reentrada, descrevendo as principais características de um túnel de vento a plasma, do aparato experimental utilizado para geração dos jatos de plasma e dos métodos de diagnósticos para caracterização do jato produzido. Quanto ao aspecto prático, primeiro descreve-se características dos equipamentos que foram implementados na câmara de vácuo para ensaio de materiais, dos que já estavam disponíveis e dos que foram especialmente construídos para realização dos experimentos. A câmara com 3,2m3 de volume interno está equipada com sistema de bombeamento adequado para atingir a pressão residual de 10-4N/m2, medidores de vácuo, válvula automática para controle da pressão de processo e fluxímetros para 5 tipos de gases. Levantou-se a capacidade de bombeamento do sistema de vácuo, correlacionando fluxo de gás injetado e pressão, obtendo-se como resultados curvas completas de calibração da Estação Experimental, as quais definem os limites de parâmetros aerodinâmicos que podem ser simulados no sistema. Construiu-se e testou-se três tipos conceituais de geradores de jato de plasma, para ensaios térmicos de materiais: o reator do tipo catodo oco refrigerado a água, duas versões do reator do tipo descarga em regime de arco a baixa pressão, com catodo de mercúrio e condensador de vapor resfriado a nitrogênio líquido e duas versões de tocha de plasma. O reator do tipo descarga em de arco com catodo de mercúrio trata-se de uma concepção inovadora para geração do jato de plasma, através da qual, pode-se obter menor grau de contaminação do jato lançado na câmara de expansão. Foi construída uma fonte de potência elétrica capaz de gerar tensão de 1,6kV e corrente de 3A para produzir a descarga que forma o jato de plasma. Diversos ensaios foram efetuados visando caracterizar os parâmetros operacionais desses reatores bem como mostrar a viabilidade de se produzir na câmara de vácuo um jato de plasma com intensidade adequada para ser utilizado em ensaios térmicos de materiais. Analises de espectrometria de massa foram realizadas para caracterizar as espécies químicas do jato de plasma formado em Ar, N2, O2 e suas misturas. Finalmente ensaios térmicos preliminares confirmaram a aplicabilidade dos jatos de plasma gerados para o adequado teste de material, tendo sido produzidos jatos com potências da ordem de até 2,5MW/m2 em pressões entre 70 e 440N/m2 que correspondem a faixa entre 37 e 52km de atitude. A realização dos trabalhos permitiu ampliar conhecimento e experiência, indicando claramente a possibilidade de se atingir o objetivo principal da equipe de pesquisa que é a realização da proposta de planos para construção de um Túnel de Plasma Brasileiro.

No estudo do transporte e armazanamento de cargas elétricas, em filmes de Teflon FEP, utilizamos a Técnica de Pulso Térmico em conjunto com a Técnica de Corrente Termoestimulada em circuito aberto. Através das duas técnicas, pudemos acompanhar a evolução das cargas nas amostras (de 25 &#956m) submetidas ao Annealing e a descarga iônica em diferentes situações, comparando os resultados obtidos em amostras virgens com as amostras tratadas ou irradiadas. No caso das amostras irradiadas, verificamos que o contato era injetor de buracos e, posteriormente, sugerimos a dependência da mobilidade de buracos com o campo elétrico aplicado. Na tentativa de explicar os resultados obtidos, fizemos uso de alguns modelos teóricos de correntes limitadas por carga espacial. / The Heat Pulse and TSC (Thermo-Stimulated-Current) in open circuit techniques were used to study the transport and storage of injected charge in Teflon FEP films. Using these techniques it was possible to follow the evolution of the injected charge inside the samples. Virgin samples (as received), previously annealed samples and previously ionic bombarded samples were used. The results of treated samples were compared with the results of virgin samples. Aluminum evaporate contacts covering ionic bombarded surface show hole injection properties. Measurement of space charge limited currents shows a mobility dependent of the electrical field (&#956 &#945 E-1/2).

Este trabalho descreve o estudo de preparação dos filmes de polianilina, Pani, depositados pelo método de polimerização in-situ para serem utilizados em dispositivos poliméricos emissores de luz (PLEDs) e em sensores químicos e de flexão mecânica. É descrita a síntese química da Pani, a produção de filmes pelo método de polimerização in-situ, o estudo do seu crescimento usando a espectroscopia de UV-Vis e as características morfológicsa da superfície pela técnica de varredura de AFM. Filmes de Pani depositados pela técnica in-situ sobre eletrodos interdigitados foram caracterizados através de medidas de condutividade elétrica contínua e alternada em função da temperatura e da dopagem do material. Os resultados elétricos obtidos, típicos de sistemas sólidos desordenados, foram interpretados usando o modelo de condução de Dyre. Investigou-se o uso de filmes finos de Pani como camada injetora de portadores de carga em PLEDs para diferentes métodos de conversão do precursor poli(xilideno tetrahidrotiofeno), PTHT, em poli(-fenileno vinileno), PPV. Mostrou-se que a camada de Pani pode ser usada como janela transparente da emissão luminosa do PPV, o que diminui a tensão de operação do PLED e protege o eletrodo de ITO contra a corrosão durante o processo de conversão. São mostrados estudos exploratórios de sensores de Pani depositados sobre o substrato de poli (tereftalato de etileno) (PET) para aplicação em dispositivos para medidas de pH de solução e de flexão mecânica. / This work shows the study of Pani film prepared by the in-situ deposition technique aiming its use im polymeric light emission diodes (PLEDs) and in chemical sensors and of flection mechanics. The sysnthesis of the Pani, the production of films by the in-situ method, the film growth probed by UV-Vis spectroscopy and its surface morphology characteristics probed by the scanning AFM microscope are presented. Such in-situ films were deposited on the top of interdigitated electrodes and characterized usign ac and dc conductivity measurements as function of temperature and of the material doping level. The electric results were typical of non ordered materials and interpreted using the Dyre´s conduction model. It was investigated the use of Pani films as carrier layer injection in PLEDs employing different of conversion of poly(xylylidene tetrahydrothiophenium), PTHT, in to poly(-phenylene vinylene), PPV. It was showed that the Pani film act as a transparent window for the PPV light emission, the onset voltage of the PLED decreased and the Pani layers protects the ITO electrode against the corrosion during the conversion of the PTHT in to PPV. Exploratory studies were also performed using the Pani layer deposited on the top of a poly (ethylene terephtalate) substrate aiming its application for measuring the pH of a solution and as mechanical bending sensor.

Este trabalho apresenta um estudo da aplicação da Transformada de Fourier Janelada à Qualidade da Energia Elétrica. Esta abordagem procura, pela implementação de um algoritmo computacional, detectar, localizar e classificar eventuais distúrbios que ocorrem em um determinado Sistema Elétrico. Da situação atual, tem-se que variações nas formas de ondas dos sinais de tensão como elevação, afundamento e interrupção de tensão, oscilações transitórias e ruídos, são freqüentes, chamando a atenção para a qualidade da energia elétrica fornecida pelas concessionárias. A análise de tais fenômenos, que normalmente é descrita no domínio do tempo (resolução de equação diferencial) ou no domínio da freqüência (através da Transformada de Fourier), pode agora ser analisada simultaneamente em ambos os domínios do tempo e da freqüência, dispondo-se da Transformada de Fourier Janelada. As janelas utilizadas para esta finalidade foram as de Hanning, retangular e a de Kaiser. Para esta análise em específico, a simulação dos diversos distúrbios ocorridos no sistema de distribuição foi realizada através do software ATP - Alternative Transients Program - cujas características seguem corretamente um sistema real da concessionária CPFL - Companhia Paulista de Força. Os testes efetuados mostraram que a Transformada de Fourier Janelada possui uma grande potencialidade quanto à sua aplicação na avaliação da qualidade da energia elétrica. / This dissertation presents a study of Windowed Fourier Transform applied to Power Quality. By the implementation of a computational algorithm, this approach aims to detect, locate and classify disturbances that may occur in Power Systems. Variations in voltage waveforms, such as sag, swell, interruption, oscillatory transient and noise have became frequent in electric systems, attracting the attention to the power quality supplied. The analysis of such phenomena, which is usually described either in the time domain (differential equation resolution) or in the frequency domain (Fourier Transform), can now be analyzed simultaneously in both domains: time and frequency, by the windowed Fourier Transform. The windows used to provide this information are the Hanning, rectangular and Kaiser. The simulation of the diverse disturbances occurred in the distribution system was accomplished by means of ATP software - Alternative Transients Program - whose characteristics correctly follow a real distribution system of CPFL electric utility. The tests show the windowed Fourier Transform has a great potentiality when applied to evaluate the power quality.

Os motores de indução monofásicos necessitam de dois enrolamentos estatóricos para criação de um campo magnético girante: um enrolamento principal e um enrolamento auxiliar. Este último tem o objetivo de criar um campo girante apenas na partida do motor, desligando-se logo em seguida, através de um interruptor centrífugo acoplado ao eixo do rotor da máquina. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência das diferentes configurações de enrolamentos sobre as características externas do motor de indução monofásico. Sendo assim, através desta análise, pretende-se verificar se há algum benefício em seu desempenho. Neste trabalho, duas configurações de enrolamentos foram desenvolvidas e testadas em laboratório. Na primeira configuração, o enrolamento principal foi alocado na parte inferior das ranhuras. Na segunda configuração, as posições dos enrolamentos foram invertidas. As duas configurações de enrolamento foram aplicadas a um protótipo de 0,37 kW, quatro pólos. A simulação foi realizada através de um programa computacional de elementos finitos, possibilitando a extração e análise de resultados, com as densidades de fluxo nas duas configurações. Os resultados dos ensaios realizados no protótipo permitiram analisar o comportamento de grandezas como corrente elétrica, torque, potência e rendimento que são apresentados e comparados no final deste trabalho. / The single phase induction motor needs two stator windings to produce the rotating magnetic field: a main winding and an auxiliary winding. The aim of the auxiliary winding is to create the rotating electromagnetic field when the machine is starting and afterwards turned off, generally through a centrifugal switch coupled to the shaft of the machine. The main purpose of this work is to evaluate the influence that the position of the two windings have on the external characteristics of the single phase induction motor. For this purpose, two different kinds of winding configurations were carried out and simulated in a prototype. In the first configuration, the main winding was located in the bottom of the slot. In the second configuration, the positions of the windings were inverted. Performance analysis and computational simulation by Finite Element Method were carried out after the prototype 0.37 kW, four poles was prepared. In this way, through this analysis, improvements on its performance are expected. The electrical quantities such as flux density, electric current, torque, power and efficiency are compared in the end of this document.

Em todos os segmentos da sociedade, a utilização de equipamentos eletrônicos projetados e construídos com avançadas tecnologias eletrônicas e controlados por microprocessadores aumenta a cada dia. Na área de saúde, denominados de equipamentos eletromédicos, dão suporte aos setores de diagnóstico, tratamento ou, procedimento cirúrgico, melhorando a qualidade dos serviços e o atendimento aos pacientes. No entanto, o sucesso global do processo deverá considerar a qualidade das instalações elétricas nesses ambientes, bem como a qualidade da energia elétrica fornecida a esses equipamentos. Este trabalho tem como objetivo comprovar, por meio de pesquisa em laboratório, o risco de diagnósticos médicos baseados em informações fornecidas por equipamentos eletromédicos, alimentados em redes elétricas que não atendem às normas vigentes ou, totalmente perturbadas por outros equipamentos típicos dos ambientes médico-hospitalares. A metodologia aplicada consistiu em medições dos parâmetros referentes à qualidade de energia elétrica nos estabelecimentos assistenciais de saúde. Atenção especial foi dada ao conteúdo harmônico de tensão e aos afundamentos de tensão de curta duração produzidos por equipamentos de raios X, mamografia, tomografia computadorizada, ressonância magnética nuclear e motores elétricos de indução. Em seguida, essas perturbações foram reproduzidas em fontes de tensão específicas para essa finalidade, instaladas no Laboratório do Centro Tecnológico de Qualidade de Energia da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, conhecido como Enerq-ct. Equipamentos eletromédicos portáteis, gentilmente cedidos por diversos fabricantes nacionais, foram submetidos a esses sinais para verificação do seu desempenho. Os resultados obtidos demonstram a importância da qualidade de energia elétrica bem como, a qualidade dos serviços de manutenção nas instalações elétricas desses ambientes. / Through all segments of our society, there is a daily increase in the use of electronic equipment designed and built with advanced electronic technology and computerized control. In the health-medical area, designated electromedical equipment, they provide support to sectors in charge of diagnosis, treatment or surgical procedures, improving the quality of services and the manner patients are cared for. However, the global success of this process must take into consideration the quality of electrical installations at these facilities, as well as the electrical power supplied to the equipment. The aim of this work is to attest through laboratory research the risk of medical diagnoses based on information provided by electromedical equipment powered through electrical networks which do not meet the standards in effect, or which are completely disturbed by other equipment typical of electromedical environments. The methodology applied consisted of measurements of the parameters referring to the quality of electrical power in health care facilities. Especial attention was given to the voltage harmonic content and to short duration voltage sags caused by X-ray, mammography, computerized tomography and nuclear magnetic resonance equipment or by induction motors. Later, these disturbances were reproduced in power supplies which are specific to this objective, installed at Laboratório do Centro Tecnológico de Qualidade de Energia da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo- Energy Quality Technological Center of the Technical School of the University of Sao Paulo , known as Enerq-ct. Portable electromedical equipment, kindly supplied by national manufacturers, were subjected to these signals for assessment of their performance. The results obtained demonstrate the importance of the quality of electrical power as well as the quality of maintenance of electrical installations within these environments.

O presente trabalho tem por objetivo propor uma metodologia para o dimensionamento da potência tracionária em função do percurso percorrido por veículos elétricos, assim como realizar o projeto básico de uma máquina elétrica para suprir a carga tracionária exigida. Os cálculos foram realizados através de um algoritmo onde o usuário insere as variáveis mecânicas do veículo e recebe a potência e conjugado necessários, e o projeto elementar da máquina que deverá equipar o veículo. Realizou-se um estudo de caso a partir de uma scooter elétrica para validar os resultados, foi projetada uma máquina brushless dc com fluxo radial e rotor externo. Os resultados experimentais atenderam as espectativas de conjugado de 46 Nm, o máximo conjugado estático atingiu 48 Nm e a rotação a vazio obteve valor de 613 rpm à tensão nominal. Os ensaios de frenagem regenerativa com supercapacitores apresentaram resultados promissores com 50% da energia mecânica recebida durante a frenagem entregue na partida do veículo. / The present study aims to propose a methodology for the design of power traction depending on the distance traveled by electrical vehicles, and perform the basic design of an electrical machine to supply the traction load required. The calculations will be performed through an algorithm where the user enters the mechanical variables of the vehicle and receives the power and torque required and the basic machine design that should equip the vehicle. A case study was conducted for an electric scooter considering the designed dc brushless machine with radial flow and external rotor in order to validate the results. The experimental results met the target of 46 Nm of torque, the maximum static torque 48 Nm was reached, and the no-load rotation obtained was 613 rpm at nominal voltage. Regenerative braking tests with super capacitors showed a promising result: 50% of the received mechanical energy during braking was delivered to the vehicle starting.

Neste trabalho estudou-se as propriedades ópticas do complexo Európio- Tetraciclina (EuTc), determinando as melhores condições para se obter uma formação eficiente do complexo. Parâmetros ópticos como absorção, emissão, tempo de vida e índice de refração foram obtidos. Variação da concentração de európio no complexo, da temperatura, pH ótimo e tempo de reação das soluções foram analisados. Um aumento na banda de emissão do európio foi observado com adição de peróxido de hidrogênio (HP) na solução. As amostras foram preparadas com pH neutro e a luminescência visível do lantanídeo foi detectada após uma incubação das amostras por 30 min. Um método direto para determinação de peróxido de uréia (PHU) e colesterol, em solução, usando a fluorescência do complexo EuTc é descrito. Os resultados mostram que o complexo é ainda mais sensível para o peróxido de uréia, aumentando a intensidade de emissão em até 40 vezes, do que para o peróxido de hidrogênio, que proporciona um aumento máximo de 15 vezes, quando comparados ao EuTc puro. É reportado também, pela primeira vez, que para a determinação do colesterol total, utilizando-se a sonda EuTc, não há necessidade de adição de enzima na solução, além de ser capaz de detectar frações de colesterol (LDL, VLDL e HDL), também sem adição de outros reagentes. Esse método mostra que o complexo pode ser usado como biossensor de alta sensibilidade, boa precisão, resposta rápida, baixo custo e resultados reprodutíveis para a determinação direta do peróxido de hidrogênio, do peróxido de uréia, de colesterol e LDL e para a determinação indireta da glicose. Uma proposta para a construção de um protótipo de equipamento para medidas de emissão do európio, miniaturizado, portátil, e de baixo custo, que possa ser utilizado com maior facilidade e rapidez, é apresentado. / In this work was studied the optical properties of Europium-Tetracycline complex (EuTc), determining the best conditions to obtain an efficient complex formation. Optical parameters as absorption, emission, lifetime and refractive index were obtained. Variation of europium complexes concentration, temperature, optimal pH and solutions time reaction were analyzed. An increase in the europium emission band was observed with the addition of hydrogen peroxide (HP) in the solution. The samples were prepared with neutral pH and the lanthanide visible luminescence was detected after a samples incubation of 30 min. A direct method to determine urea hydrogen peroxide (PHU) and cholesterol, in solution, using a fluorescent EuTc complex is described. The results show that the complex is more sensitive for urea hydrogen peroxide, it is over fortyfold higher, while for hydrogen peroxide the increasing is fifteenfold higher when compared to pure EuTc complex emission intensity. It is also reported, for the first time, for the determination of cholesterol total, using the EuTc probe, the enzymatic reaction is not necessary, and also is possible to detect cholesterol fractions (LDL, VLDL and HDL), without the addition of other reagents. This method shows that the complex can be used as a biossensor of high sensibility, good accuracy, fast response, low cost and reproducible results to direct determination of hydrogen peroxide, urea hydrogen peroxide, cholesterol and LDL, and to indirect determination of glucose. A prototype for the construction of miniaturized equipment, portable, low cost, easier and faster to be used, is presented.