Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T16:21:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275393.pdf: 4002670 bytes, checksum: 469ff82b0090cfab9530bd4bd13888d7 (MD5) / Este trabalho aborda o estudo de um atuador linear para aplicação em compressores herméticos. Primeiramente, apresenta-se uma revisão básica sobre os aspectos gerais dos sistemas de refrigeração. Desenvolve-se a modelagem analítica do atuador, utilizando o modelo de relutância para cálculo do fluxo magnético e para obtenção da força eletromotriz induzida. O atuador é, então, modelado a partir das equações de Maxwell para o problema magnetostático. Essas equações são resolvidas usando-se o MEF com o auxílio de software. Devido à simetria do atuador é usada a formulação axissimétrica em potencial vetor. Em seguida, apresenta-se a metodologia de cálculo desenvolvida nesse trabalho para projetar um atuador. O trabalho também mostra a metodologia experimental e a bancada de testes utilizada durante as medições, onde se optou pelo conceito de acoplamento Back-to-Back dos motores avaliados. Além disso, métodos de otimização são estudados e o atuador proposto é otimizado com uma ferramenta de otimização baseada em algoritmos genéticos. Por fim, os resultados obtidos analítica e numericamente são comparados com os resultados obtidos em medições experimentais. A boa concordância entre os resultados permite validar a metodologia de projeto proposta nesse trabalho. / The aim of this work is to study a linear actuator for the application in hermetic compressors. Firstly, a basic review on the general aspects of refrigeration systems is presented, which is followed by the analytical modeling of the linear actuator, using the reluctance model for the magnetic flux and induced electromotive force calculations. The actuator is then modeled from Maxwell's equations for the magnetostatic problem, which are solved using the Finite Element Method supported by the software FEMM. Due to the symmetry of the actuator an axi-symmetric vector potential formulation is used. After that, the developed calculation procedure to design the actuator is presented, as well as the experimental methodology and the test bench used for the measurement of the prototypes performance, where the "Back-to-Back" coupling concept is chosen. Moreover, optimization methods are studied and the proposed actuator is optimized with an optimization tool based on genetic algorithms. Finally, the results obtained analytically and numerically are compared to the results obtained in experimental measurement. The good agreement between the results allows to validate the design methodology proposed in this work.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T17:01:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 268490.pdf: 1997712 bytes, checksum: 2e59a392f3cb30b36647b091ab233804 (MD5) / As mudanças recentes de estrutura no sistema elétrico (geração, transmissão, subtransmissão, distribuição e comercialização de energia) têm motivado a interligação da geração distribuída aos sistemas de potência. Outro fato importante é que as empresas e concessionárias de energia elétrica estão constantemente buscando novas alternativas para atuar sobre a correção do perfil de tensão e a minimização de perdas nos alimentadores das redes de distribuição e subtransmissão de energia elétrica. O sistema analisado é uma pequena parte da rede real de distribuição e subtransmissão de energia elétrica do Oeste Catarinense e a ferramenta utilizada para a realização das simulações e obtenção dos resultados foi o simulador de redes: FLUPOT (Fluxo de Potência Ótimo). Como a GD ainda é uma tecnologia recente, existem até então muitas lacunas quanto ao entendimento do impacto desta nova topologia na estabilidade e em outros índices de desempenho em regime permanente do sistema elétrico. Neste trabalho de pesquisa determinou-se o impacto da inserção da geração distribuída em sistemas de potência associados aos seguintes aspectos técnicos: variação do perfil de tensão do sistema em regime permanente, perdas elétricas de potência ativa e reativa, e maximização do carregamento. Diversos cenários e condições de carregamento do sistema foram considerados com o intuito de contribuir quanto ao estudo teórico deste problema, em relação ao comportamento do sistema.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T20:08:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266728.pdf: 1581002 bytes, checksum: e697a795a3a8fcf4a1ce205abc829bb4 (MD5) / A aplicação de campos elétricos intensos em suspensões de células provoca o aumento da condutância da membrana plasmática (Gm). Este fenômeno, chamado de eletroporação, tem sido utilizado na biologia e medicina. Alguns mecanismos e fundamentos da eletroporação ainda não são completamente entendidos. Neste trabalho realizou-se medições macroscópicas da condutividade de suspensões celulares, e através da análise numérica, obteve-se as alterações microscópicas (como, condutância e potencial na membrana) causadas pela eletroporação. A alteração da condutividade da suspensão de células foi medida com a aplicação de campo entre 400 e 1650V/cm, para frações volumétricas de p=0,07 e 0,35. Os resultados experimentais (p=0,07) foram utilizados para obter os parâmetros dos modelos de Krassowska et al. (1999) e Hibino et al. (1993). Com a análise numérica, estudou-se a dinâmica de abertura e fechamento dos poros, a distribuição do potencial de transmembrana induzido, o potencial crítico, efeito da condutividade do meio ( o), do citoplasma e do raio da célula (r) na eletroporação. Comparamos os resultados com o modelo da condutividade de Maxwell e Pavlin et al. (2005). O máximo valor de Gm foi entre 1-7S/cm2, e variação do ângulo crítico (a partir do qual Gm é desprezível) entre 50 e 65 . Estes valores confirmam os resultados obtidos por Kakorin et al. (2002) e Schmeer et al. (2004). Os modelos matemáticos apresentaram um erro menor que 3%. A metodologia desenvolvida mostrou-se adequada para o estudo experimental da eletroporação. Demonstrou-se que o e 'r' têm que ser considerados na escolha adequada da intensidade e duração dos pulsos. No entanto, para meios de baixa condutividade, contendo células maiores que 7 m de raio, as dimensões das células não afetam significativamente a abertura de poros.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T20:34:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270061.pdf: 2289916 bytes, checksum: 13fdaeb43bbfd9ad34d40a453e2fb642 (MD5) / O registro de dados dos pacientes internados em estabelecimentos de saúde envolve rotinas que objetivam descrever seu estado atual de saúde. Apesar da crescente informatização, algumas destas tarefas, como a prescrição médica e verificação dos sinais vitais, ainda são executadas manualmente, o que aumenta o tempo de atendimento e ocorrência de erros. Assim, a proposta deste trabalho é desenvolver um protótipo de sistema para visualização e prescrição de medicamentos, bem como possibilitar a visualização e transcrição das informações referentes a verificação de sinais vitais diretamente no Prontuário Eletrônico de Paciente, reduzindo um dos principais fatores de risco encontrados no meio hospitalar: a má interpretação das informações contidas nestes documentos. Este sistema foi baseado em dispositivos móveis do tipo PDA (Personal Digital Assistent) com acesso à web e utiliza como meio de comunicação a wireless, possibilitando desta forma, o acompanhamento do paciente em seu leito pela equipe enfermagem e médica. Para avaliar o protótipo desenvolvido, foram utilizados questionários aplicados aos profissionais atuantes no Hospital da Universidade Federal de Santa Catarina, com a finalidade de verificar aspectos subjetivos de usabilidade (Satisfação) e observação do tempo gasto nas atividades diárias de verificação dos sinais vitais no processo tradicional. Os resultados mostraram que o grau de satisfação médio entre os participantes foi de 78,85 pontos, em escala de 0-100. Quanto ao tempo gasto nas atividades de verificação dos sinais vitais, o sistema apresentou ganho de 97,6%, em média, o que se atribui à redução das etapas a serem realizadas, quando comparado ao processo tradicional.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T20:54:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271856.pdf: 4759615 bytes, checksum: a55c7147f3f06f74758a645d8a1c486d (MD5) / A Programação da Operação do Sistema Elétrico pode ser formulada por um problema de otimização cujo objetivo é a minimização do custo de operação e atendendo a um conjunto de restrições associadas ao sistema e às unidades de produção. Em sistemas hidrotérmicos, a fim de se assegurar o uso eficiente dos recursos disponíveis e a obtenção de soluções viáveis, torna-se necessária usar uma modelagem detalhada tanto das fontes hidrelétricas como das termelétricas. Conseqüentemente, tem-se um problema de grande porte e não convexo, cuja solução não é trivial. Particularmente, neste projeto consideram se as não linearidades das funções de produção das fontes termelétricas e hidrelétricas, bem como todas as restrições relevantes para cada tipo de fonte, tais como restrições de rampa e zonas proibidas de operação, entre outras. Adicionalmente, modelam-se as restrições dos intercâmbios de transmissão e a função de custo futuro para as hidrelétricas. Como solução desse problema tem-se um programa de geração horário para um horizonte de dois dias. Dada a dificuldade de se resolver o problema em referência, propõe-se o uso da técnica de Relaxação Lagrangeana a qual tem sido usada com êxito em problemas semelhantes. Nesse contexto, decompõe-se o problema original nos subproblemas de atendimento à demanda, hidráulico, de alocação de unidades hidrelétricas e de alocação de unidades termelétricas. Uma vez que a solução dual é infactível, este trabalho utiliza a técnica do Lagrangeano Aumentado Inexato para realizar a Recuperação Primal, utilizando o mesmo esquema de decomposição proposto. Assim é possível obter uma solução viável para o problema da programação da operação eletroenergética. Os algoritmos implementados são testados com uma configuração do sistema baseado no caso brasileiro. Nos resultados obtidos, são analisados os esforços computacionais, inviabilidade da solução dual, perfis de geração hidrelétrica e termelétrica, recuperação primal e o uso da função de custo futuro. / The short-term hydrothermal scheduling of a power system can be formulated as anoptimization problem that aims to minimize the operating cost and meet a set of constraints associated with the system and the generating units. Particularly, in hydrothermal systems, in order to ensure the efficient use of the available resources, it is necessary to use a detailed modeling for hydro and thermal plants and, as a consequence, it is obtained a huge and nonconvex problem, whose solution is not trivial. In this work, we consider the nonlinearities associated with the production functions of hydro and thermal plants, as well as all the relevant constraints associated with each type of technology, such as ramping constraint for thermal plants and forbidden operating zones for hydro plants. Additionally, the transmission capacity between subsystems and the value of the water in the future for hydro plants are modeled. The solution for this problem is calculated for a two day horizon with hourly steps . Given the difficulty to solve the problem aforementioned the Lagrangian Relaxation technique is proposed, which has been successfully applied in similar problems. By this technique, the original problem is decomposed into smaller subproblems easier to solve. Given that the dual solution is unfeasible, this work makes use of the Inexact Aumented Lagrangian to perform the primal recovery in order to ensure a feasible solution. Based on these principles, a set of algorithms were developed and implemented resulting in a computational model that was tested for the Brazilian system. By means of this application, a detailed analysis with respect to the computational burden and solution quality is presented. The results allow us to conclude that the proposed model is useful to be applied in real life problems.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:13:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271861.pdf: 9387047 bytes, checksum: f5c517d5c31c05b43d78d5da9c63aed5 (MD5) / Descreve-se uma nova topologia de conversor CA-CC trifásico isolado em alta-frequência por único estágio de potência. O novo conversor é constituído de um retificador Buck unidirecional trifásico associado a um transformador forward/flyback com desmagnetização na carga. Para a exploração da nova topologia foram realizados estudos sobre retificadores Buck, algumas técnicas populares de modulação SPWM escalar, uma técnica clássica de filtragem das harmônicas das correntes de entrada e uma técnica de modelagem por espaço-de-estados e controle contínuo do retificador Buck em sistema de coordenadas dq obtidas por transformação de Clarke/Park. Para a obtenção da isolação em alta-frequência sem conversores adicionais foram estudados os princípios de operação do conversor forward/flyback em modo de condução descontínuo para posterior integração do transformador ao retificador trifásico. Os conhecimentos obtidos foram concentrados no retificador Buck trifásico isolado em altafrequência onde foram exploradas a modulação da ponte retificadora, os estados de operação associados ao transformador e a desmagnetização na carga. Ainda, foram obtidos os modelos em espaço-de-estados em coordenadas dq para o retificador Buck com transformador e projetados compensadores PI contínuos para o controle pela tensão na carga. Para a comprovação do conceito da topologia proposta foi projetado e implementado um protótipo de 2;5 kW para conexão em rede trifásica sem neutro de 220 V e tensão de 48 V para a carga regulada por circuito controlador digital baseado na arquitetura de baixo custo dsPIC. / This work presents a new topology for an AC-DC three-phase converter with single-stage high-frequency isolation. The new converter is composed of an unidirectional three-phase Buck rectifier and a forward/flyback transformer with demagnetization through the load. The study of Buck rectifiers principles has been performed as a basis to develop the new topology. The scalar SPWM modulation techniques, the classic design of filters to input currents and a state-space modeling technique at dq components to design the feedback control for a Buck rectifier have been studied. The forward/flyback converter operating at discontinuous conduction mode has been studied to allow a high-frequency isolation to the Buck rectifier without the cascade of extra switched converters. The three-phase Buck rectifier with high-frequency isolation has been analyzed regarding pulse width modulation, operational states and requirements for demagnetization through the load. Moreover, the state-space models at dq components have been derived and standard PI regulators have been designed to control the proposed rectifier. The validation of the proposed topology has been performed on an experimental prototype with the following specification 220 V three-wires mains source and 2:5 kW at 48 V output regulated by a digital control based on dsPIC low cost architecture.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T01:13:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 281642.pdf: 1233112 bytes, checksum: bd9d08d7868f6136def5e1e21370f98b (MD5) / O presente trabalho descreve o projeto de um pré-amplificador para auxílio à audição em tecnologia CMOS 0.35 ?m. Para tal fim, foi projetado um circuito para processar o sinal em modo corrente, adequado para baixa tensão de alimentação. O pré-amplificador é formado por dois blocos. O primeiro é projetado com um MOS polarizado como resistência, que converte a tensão fornecida pelo microfone em corrente. O segundo bloco processa este sinal de corrente para obter um ganho de 40 dB. O ruído referido à entrada é de 33 ?Vrms e o consumo menor que 12 ?A. A área ocupada pelo pré-amplificador é 0.06 mm2.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T01:32:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 283181.pdf: 7852520 bytes, checksum: 58171468416b311ca144e7ecf0362980 (MD5) / A deficiência auditiva é um mal que atinge parcela significativa da população mundial. Sistemas de auxílio à audição têm se apresentado como importantes aliados na minimização dos problemas de comunicação decorrentes dessa limitação. Um importante fator de impacto sobre o desempenho de aparelhos auditivos é a chamada realimentação acústica, causada pela reinjeção do sinal de saída do dispositivo no próprio microfone de captação. Este trabalho apresenta um estudo sobre o método de erro de predição em sistemas com recursos computacionais limitados. Esta característica é relacionada aos aparelhos auditivos comerciais modernos, que apresentam tamanho reduzido associado à necessidade de incorporar diversos subsistemas de processamento. Inicialmente, a partir de modelos teóricos já existentes para a previsão de desempenho do método de erro de predição, é realizada a expansão para o caso de comprimento deficiente. Os resultados obtidos para a predição do comportamento médio dos coeficientes do filtro de cancelamento de realimentação são confrontados com simulações e resultados práticos. Para tanto, foi construída uma câmara acústica para testes onde foram realizados experimentos em tempo real utilizando um processador digital de sinais dedicado para aparelhos auditivos. Como conclusão, verificou-se a validade dos modelos analíticos derivados e, a partir deles, a influência da limitação de recursos computacionais sobre o desempenho do sistema de cancelamento. De forma particular, verificou-se que o método de erro de predição proporciona maior margem de ganho que o método direto de cancelamento de realimentação, inclusive na situação em que os recursos computacionais são limitados e impedem a completa atuação do método de erro de predição.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T01:35:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 285230.pdf: 1061521 bytes, checksum: 11589d0301d7986a165ee3696b018d6d (MD5) / Neste trabalho foi realizada a instalação de um criostato de 10 K e o desenvolvimento de um software para o controle e aquisição de dados, de forma a preparar este equipamento para caracterização elétrica de materiais. Substratos de silício tipo n e p foram utilizados como teste para garantir o correto funcionamento do equipamento. Informações como resistividade, densidade de portadores, mobilidade e magnetorresistência obtidas para esses substratos se mostraram coerentes com as existentes na literatura. Essas informações também podem ser utilizadas em futuras caracterizações de dispositivos eletrônicos e spintrônicos crescidos sobre esses substratos. Também foram realizadas medidas de transporte elétrico em filmes finos eletrodepositados de Cu2O, com o objetivo de determinar o mecanismo principal de condução desse material. As mesmas medidas foram realizadas em filmes finos de Cu2O dopados com Co, para servir de comparação. O comportamento magnetorresistivo desses filmes junto com as alturas de barreira com os substratos foram estudados para que a maior quantidade possível de informações fosse obtida. / In this work was performed the installation of a 10 K cryostat and the development of a software for control and data acquisition. Silicon n and p type substrates were used to ensure that the equipment was working properly. The measured resistivity, mobility, density of carriers, and magnetoresistance were in good agreement with literature. That data will be useful understanding and future development of silicon-based devices. Electrical measurements were also performed in thin films of Cu2O doped and undoped with Co, to determine the main transport mechanism. Magnetoresistance and barrier height were studied to obtain some additional information about the transport of these materials.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-25T03:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 285517.pdf: 1201811 bytes, checksum: 8c1150956157d2c52c6b75fc9aed181c (MD5) / As partículas de titanato de bário foram preparadas utilizando o método de Sol-precipitação. Estas partículas foram incorporadas em uma matriz polimérica de poli (álcool vinílico) com intuito de obter um filme fino flexível. Foram feitos filmes com titanato de bário comercial e PZT para comparação. O material resultante foi caracterizado por difração de raio-x (XRD), determinação de tamanho de partícula e potêncial zeta, espectroscopia de absorção na região do uv-visível, microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FEG-SEM) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Resistividade, constante dielétrica, histerese ferroelétrica foram utilizadas para estudar como as propriedades elétricas do material dependem de vários parâmetros como temperatura, concentração, faixas de frequências entre outras. / Barium titanate particles were prepared using the sol-precipitation technique. The particulates were embedded in a polyvinyl alcohol matrix in order to obtain a thin flexible film. Films were made with commercial barium titanate were compared with films made with PZT. The resulting material was characterized by X-ray diffraction (XRD), particle size and zeta potential, field emission scanning electron microscopy (FEG-SEM) and differential scanning calorimetry (DSC). Resistivity, dielectric constant, ferroelectric hysteresis were used to study how the electrical properties of materials depend on various parameters such as temperature, concentration, frequency bands and others.