O presente trabalho traz o estudo da simulação do desempenho (simulação de marcha) de uma composição ferroviária acionada através de inversores de tensão e motores de indução e alimentada em corrente contínua, um tipo de material rodante recentemente introduzido no Brasil. Tal fato faz com que seja necessário o desenvolvimento de métodos de análise das características deste tipo de material, objetivo maior deste trabalho. A metodologia de análise aqui desenvolvida tem como base a teoria da tração elétrica para o equacionamento da dinâmica do movimento, a teoria do controle do motor de indução e a teoria do funcionamento do próprio motor de indução para a obtenção da corrente captada por esta composição - um dos principais resultados obtidos. A aplicação desta metodologia é dada através da simulação de uma composição em três tipos de vias diferentes. Uma análise posterior dos resultados traz a possibilidade de uma simplificação do método de obtenção da corrente captada. Tal possibilidade é apresentada e comparada com os dados anteriormente obtidos validando-a. / This dissertation is a study of the duty cycle simulation of inverter-fed induction traction drives for DC-supplied railway system. This type of equipment is new in Brazilian railway and subway systems and the need to model and to simulate became an important issue and the aim of this dissertation. The development of the model is based on electric railway traction theory for train dynamics, on inverter-fed induction machine control and induction machine theory to calculate the input line current from power supply - one of the most important results. As an example, a modeling and simulation of one train running in three different lines is shown. The analysis of the results shows that the input line current from power supply may be obtained by a simplified model. This hypothesis is studied, the results are compared and the simplified model is then validated.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O objetivo do presente trabalho foi investigar o desempenho de membranas comerciais e funcionalizadas na remoção de metais pesados de efluentes sintéticos, simulando os efluentes gerados pelas indústrias metal-mecânicas. As membranas funcionalizadas foram preparadas em laboratório a partir de diferentes poli (éter imidas) sulfonadas, SPEI, que apresentavam alta hidrofilicidade e capacidade de troca iônica. As permeabilidades hidráulicas das membranas de SPEI aumentaram com o grau de sulfonação. Porém, as rejeições foram ainda muito baixas comparadas as membranas comerciais. Por esta razão, algumas membranas comerciais (NF-90, SW30, HRP98PP e BW30LE) foram investigadas e avaliadas quanto ao comportamento da permeabilidade de água e o grau de rejeição a metais pesados. Os resultados mostraram que a membrana de osmose inversa de baixa energia (BW30LE) tinha o melhor fluxo de água (48,44 L/h.m2) e grau de rejeição a cádmio (98%). Logo, ela foi selecionada para o tratamento dos efluentes sintéticos de indústrias metal-mecânicas contendo níquel e zinco. As indústrias da região de Valencia, na Espanha, forneceram amostras de seus efluentes para análise quantitativa, possibilitando o prepararo de soluções sintéticas modelos. Os resultados foram obtidos variando algumas condições de permeação, tais como a força motriz, o pH e a concentração dos metais na solução de alimentação. Os resultados indicaram que o processo de osmose inversa com a membrana BW30LE é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo metais pesados / The presente work aims to investigate the performance of new functionalized membranes and commercial membranes for heavy metal removal from aqueous effluents. The functionalized membranes were prepared from different sulfonated polyetherimide, SPEI, exhibiting high hydrophilicity and ion exchange capacity. The water permeability of SPEI membranes increased with the sulfonation degree, but with lower saline rejection than commercial membranes. Therefore, commercial membranes (NF-90, SW30, HRP98PP and BW30LE) were used to investigate the relationship between the water permeability and the metals retention. The highest water flux (48.44 L/h.m2) and cadmium rejection (98%) were observed using a reverse osmosis membrane (BW30LE). Then, it was selected to investigate the permeation of a synthetic wastewater containing nickel and zinc as poluted elements. The synthetic solutions were prepared considering samples supplied by industries in the Valencia region, in Spain, which were analyzed quantitatively. The permeation results showed that the membrane performance changed with the driven force (pressure), the pH solution and the metals concentration. The BW30LE membrane showed the best performance for removal of heavy metal in the wastewater treatment

Orientador: João Ricardo Sato / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Neurociência e Cognição, 2013

L'optimisation topologique est une méthode de conception qui permet de définir de manière autonome la topologie, les formes et les dimensions d'un dispositif en vue de répondre de manière optimale à des critères de design. Initialement réservée au dimensionnement de pièces mécaniques, elle s'oriente aujourd’hui vers la conception de dispositifs plus complexes comme ceux rencontrés dans le domaine de l'électromécanique. C'est dans ce cadre que se situe notre travail. Un outil d'optimisation topologique étant formé de l'association d'un algorithme d'optimisation et d'un formalisme de distribution de matière, nous avons dans une première étape comparé différents couplages d'algorithmes métaheuristiques et de formalismes de distribution de matière en vue de choisir le couple qui semble le mieux adapté au problème traité. Cette comparaison nous a conduits à choisir comme outil d'optimisation l'association d'un algorithme génétique et d'une distribution de matière par cellules de Voronoï. Nous avons ensuite examiné comment améliorer les capacités d'exploration et d'exploitation de cet outil. Nous avons, à cet effet, étudié les aspects liés à la gestion de la taille de la population et à l'adaptation des mécanismes de reproduction au caractère graphique du problème. A l'issue de cette deuxième étape, nous avons finalisé un outil d'optimisation que nous avons testé sur des cas d'étude dont la complexité se rapproche de celle rencontrée au niveau industriel. Nous avons ainsi montré le potentiel de notre outil d'optimisation au niveau de la conception dans le cadre de l'électromécanique. / Topology optimization is a method of conception which is able to define the topology, the form and the dimensions of a device with the aim of responding optimally to given design criteria. Initially reserved to the sizing of mechanics parts, this method is directed today towards the conception of more complexes devices as those encountered in applied electromagnetic. It is in this context that our work was performed. A topology optimization tool is made of the combination of an optimization algorithm and a material distribution formalism. In a first step, we compared different couplings of metaheuristic algorithms and material distribution formalisms. This comparison led us to choose as optimization tool for the problem under study, the combination of a genetic algorithm and a distribution of material by Voronoi cells. In a second step, we discussed how to improve the exploration and exploitation capabilities of this tool. We have, for this purpose, studied aspects related to the management of the size of the population and to the adaptation of the mechanisms of reproduction to the graphical nature of the problem. After this second step, we builded our optimization tool that we tested on study cases whose complexity is similar to that encountered at industrial showing its potential of to design electromechanical devices.

Tradicionalmente, em aplicações industriais predominam robôs cujas arquiteturas correspondem a estruturas cinemáticas seriais, ou seja, seus atuadores e peças movidas são dispostos em série, um após o outro, formando uma única cadeia cinemática aberta, de modo a posicionar o órgão terminal, a parte do robô que comumente contém uma garra ou um eletrodo de solda. Esses robôs apresentam desempenho insatisfatório em aplicações que demandem precisão, rigidez, alta freqüência natural e baixo tempo de ciclo. Sendo assim, tanto a comunidade acadêmica como a industrial têm manifestado um interesse crescente pela utilização de outro tipo de estrutura cinemática, denominada paralela, que se caracteriza pela presença de várias cadeias cinemáticas independentes, atuando de forma paralela e simultânea sobre o órgão terminal. Essa arquitetura não-convencional apresenta, potencialmente, uma série de vantagens, como: alta rigidez, leveza, rapidez, precisão e alta capacidade de carga. No entanto, existe uma série de problemas abertos que necessitam de uma investigação mais profunda, de modo a garantir que essa mudança de tendência venha a ser implementada com eficácia. O objetivo desta pesquisa é contribuir para o desenvolvimento de uma máquina fresadora de arquitetura paralela que seja promissora quanto à sua simplicidade construtiva, bem como a precisão de posicionamento da ferramenta, se comparada com os robôs paralelos tradicionais. Esses dois requisitos simplicidade e precisão serão alcançados mediante o emprego de uma estrutura modular e a utilização de uma barra de ancoragem ativa, de forma que a estrutura final apresente três atuadores operando em conjunto. Sendo assim, serão empregados três membros, todos ativos, formando uma estrutura cinemática redundante com mobilidade igual a dois. A avaliação do comportamento da arquitetura proposta para a fresadora será realizada por meio de simulações, com o mapeamento dos erros estáticos, de modo a identificar a sua precisão de posicionamento ao longo dos seus eixos de movimentação. / Traditionally, in industrial activities, there is a preference over robots whose architectures correspond to serial kinematic structures, i.e., its actuators and moving parts are arranged in series, one after another, forming a single open kinematic chain, in order to position the body terminal, the part of the robot that commonly contain a claw or a welding electrode. However, these robots have poor performance in applications that require precision, rigidity, high natural frequency and low cycle time. Due to these factors, both academic and industrial communities have expressed a growing interest in the use of another type of kinematic structure, called parallel, which is characterized by the presence of several independent kinematic chains, operating in parallel and simultaneously on the terminal organ. This unconventional architecture has potentially a number of advantages, such as high stiffness, lightness, speed, precision and high load capacity. However, there are a number of open problems that need further investigation in order to ensure that this trend change will be implemented effectively. The objective of this research is to contribute for the development of a parallel milling machine that presents a promising behavior in terms of precision and simplicity in construction, compared with the traditional parallel robots. Both requirements simplicity and precision will be achieved with the utilization of a modular structure and the introduction of an active docking bar, so that the final structure has three actuators working simultaneously. Thus, three members will be used, all active, forming a kinematic redundant structure with mobility equal to two. The expected behavior of the proposed architecture for the milling machine is evaluated through simulations, with the mapping of static errors that allow the identification of its positioning accuracy along the motion axes.

O TESTE baseado em modelos visa a possibilitar a derivação de conjuntos de casos de teste a partir de especificações formais, tais como Máquinas de Estados Finitos. Os conjuntos de teste podem ser obtidos tanto pelos métodos clássicos de geração quanto por alguma abordagem ad hoc. Procura-se obter um conjunto de teste que consiga detectar todos os possíveis defeitos de uma implementação e possua tamanho reduzido para que a sua aplicação seja factível. Por questões de ordem prática, pode não ser possível a aplicação de todo o conjunto de teste gerado. Desse modo, um subconjunto de casos de teste deve ser selecionado, ou seja, uma minimização do conjunto de teste deve ser realizada. No entanto, é fundamental que a minimização reduza o custo de aplicação dos testes, mas mantenha a efetividade em revelar defeitos. Neste trabalho, propõe-se um algoritmo de minimização de conjuntos de teste para Máquinas de Estados Finitos. O algoritmo baseia-se em condições de suficiência para que a completude em relação à detecção de defeitos seja mantida. O algoritmo foi utilizado em dois diferentes contextos. Utilizou-se o algoritmo com conjuntos de teste gerados de forma aleatória para verificar a minimização obtida. O algoritmo também foi utilizado para reduzir o esforço em se obter um conjunto completo em relação à detecção de defeitos / THE Model-based testing aims at generating test suites from formal specifications, such as Finite State Machines. Test suites can be obtained either from classical test derivation methods or from some ad-hoc approach. It is desirable to produce a test suite which detects all possible faults of an implementation and has small size, so that its application can be feasible. For practical reasons, the application of the generated test suite may not be possible. Therefore, a subset of test cases should be selected, i.e., a test suite minimization should be performed. However, it is important that the minimization reduces the test application cost, but keeps the effectiveness in revealing faults. In this work, an algorithm is proposed for the minimization of test suites generated from Finite State Machines. The algorithm is based on sufficient conditions, so that test suite completeness can be maintained. The algorithm was used in two different contexts. It was used with randomly generated test suites to verify the minimization obtained. The algorithm was also used to reduce the effort of obtaining a test suite with full fault coverage

Este Trabalho de pesquisa de doutorado apresenta o desenvolvimento e a aplicação da MAAMEES - Metodologia para Aplicação em Equipamentos Industriais Hidráulicos de Grande Porte para Melhoria da Eficiência Energética e Ganhos de Sustentabilidade. A tese parte do contexto experimentado pelo mundo corporativo e por toda a sociedade, ao longo das últimas décadas, em que, ao lado de transformações tecnológicas de grande impacto, a sociedade viu aumentar a preocupação com o meio ambiente e com a limitação dos recursos naturais e fatores de produção. Conceitos como o de \"sustentabilidade\" e o de \"desenvolvimento sustentável\", vem se consolidando enquanto empresas de variados portes e setores aderiam a uma postura de maior respeito aos ecossistemas e, sobretudo, de maior respeito aos seres humanos, sejam eles seus clientes e colaboradores ou membros de comunidades nem sempre relacionadas às suas cadeias de produção e de valor. Nos últimos anos, cristalizou-se também o modelo da Ecoeconomia, em que o processo decisório empresarial, governamental e das instituições sociais passa a ser moldado pela preocupação com a limitação dos fatores de produção e pela busca de garantias de que as gerações atuais e futuras tenham sua sobrevivência e qualidade de vida asseguradas. Nesse novo contexto, eficiência energética e o uso responsável de recursos operacionais, incluindo equipamentos, materiais e serviços humanos, revelam-se como princípios a nortear as decisões executivas e esta tese procura demonstrar que o uso da TA e da TI em equipamentos industriais de grande porte pode resultar em ganhos energéticos que representam não apenas redução de custos para as empresas, com impactos em sua competitividade, mas, sobretudo, uma importante contribuição ambiental, impactando na sustentabilidade com benefícios para toda a sociedade. A tese apresenta os fundamentos da MAAMEES e sustenta suas conclusões com análises práticas realizadas em equipamentos industriais, onde o estudo da sua aplicação na automação de prensas hidráulicas mostrou que podem ocorrer economia energética e redução de custos operacionais, com a empresa elevando sua contribuição para um meio ambiente mais equilibrado. / This PhD research paper presents the development and application of MAAMEES Methodology for Application in Large-Scale Hydraulic Industrial Equipment for Enhancement of Energy Efficiency and Sustainability Gains. The thesis is part of the context experienced by the corporate world and society throughout the last decades, in which, alongside technological transformations of great impact, society has increased concern about the environment and the limitation of natural resources and factors of production. Concepts such as \"sustainability\" and \"sustainable development\" have been consolidating as companies of various sizes and sectors have adhered to a position of greater respect for ecosystems and, above all, greater respect for human beings, whether they are their clients or employees or members of communities not always related to their production and value chains. In recent years, the Ecoeconomics model has crystallized, in which the decision-making process of business, government, and social institutions is shaped by the concern with the limitation of factors of production and the search for guarantees that the present and future generations have their survival and quality of life assured. In this new context, energy efficiency and the responsible use of operational resources, including human equipment, materials and services, are the guiding principles for executive decisions and this thesis seeks to demonstrate that the use of AT and IT in large industrial equipment can result in energy gains that represent not only a reduction of costs for companies, but also an important environmental contribution, impacting sustainability with benefits for the whole society. The thesis presents the fundamentals of MAAMEES and supports its conclusions with practical analyzes carried out in industrial equipment, where the study of its application in the automation of hydraulic presses has shown that energy savings and reduction of operational costs can occur, with the company increasing its contribution to a more balanced and sustainable environment.

Este trabalho propõe a análise de curtos-circuitos trifásicos em geradores de indução duplamente alimentados (DFIG Doubly Fed Induction Generator). Os DFIGs voltam à pauta de hidrogeração devido aos recentes investimentos em usinas hidrelétricas reversíveis com velocidade variáveis empregando DFIGs. Esta configuração de geração, que permite velocidade do eixo diferente da frequência da rede, também é uma opção para usinas hidrelétricas convencionais, trazendo benefícios em termos de eficiência energética, estabilidade e otimização do sistema de potência. As pesquisas envolvendo este tipo de gerador tem se concentrado em aplicações para energia eólica. Os estudos são focados em aspectos de controle e otimização da geração não havendo muitos trabalhos voltados ao estudo de curto-circuito do ponto de vista da máquina principalmente relativos à solução analítica. Os trabalhos voltados a transitórios tratam em geral de afundamentos de tensão na linha de transmissão e metodologias para manter o gerador conectado ao sistema durante estes transitórios. Na área de hidrogeração, na maioria dos casos, os estudos tratam de aspectos de controle, de otimização da operação e de ganhos para o sistema de potência quando do uso do DFIG. Assim, faz-se necessário aumentar a gama de estudos do comportamento desses geradores frente a transientes elétricos, mais especificamente a curtos-circuitos. Para o estudo de transientes do curto-circuito trifásico foi desenvolvida a solução analítica e um modelo baseado no proposto por Krause (KRAUSE, 2002) para simulação em Simulink do Matlab para comparação de resultados. / This work proposes the analysis of three-phase short circuit on doubly fed induction generator, DFIG. This generator is again a subject of study for hydrogeneration as per recent investments on variable-speed Pumped Storage Power Plants. This configuration, which allows asynchronous shaft speed, is also an alternative for conventional hydro power plants, providing improvements on energy efficiency and stability and optimization of power system. Current studies on this subject are focused on wind power applications, covering mostly control and generation optimization aspects while there aren\'t so many studies on short-circuit especially with analytical solution. Electrical transient studies are usually covering voltage dips or sags on transmission line and associated methods to maintain power unit connected to power system during such. The researches on hydro power are also about control, operational optimization and power system improvements when DFIGs are installed. Thus, it is necessary to contribute to research regarding behavior of such generators under electrical transient conditions, more specifically under short circuits. The analytical equation for three-phase short circuit was developed as well the electric model based on the one proposed by Krause (KRAUSE, 2002) for simulations on Simulink of Matlab.

Os motores de corrente contínua convencionais são muito bem conhecidos pela sua robustez e pelo seu alto nível de controlabilidade, alem do fato de possibilitarem a operação na região de enfraquecimento de campo (modo motor), quando esta situação se fizer necessária. Por estas características, as máquinas de corrente contínua ainda são empregadas nos dias atuais em nichos específicos de utilização. Não obstante, a máquina c.c. apresenta algumas desvantagens, principalmente a intensiva e dispendiosa manutenção eletromecânica necessária para sua operação. Como opção de sanar este problema, surgiram na década de 60, as máquinas elétricas de corrente contínua sem escovas (brushless) com excitação por ímãs permanentes de fluxo trapezoidal. O problema destas máquinas se deve justamente a impossibilidade da variação de fluxo de excitação uma vez que são produzidos puramente pelos ímãs. Sendo assim, este trabalho tem como propósito, o estudo de topologias diferenciadas da máquina elétrica, através de um circuito magnético não convencional para aplicação e utilização em sistemas de tração elétrica para operação na região de enfraquecimento de campo através da variação do fluxo resultante no entreferro. Como objeto de estudo, foi focada a topologia de fluxo axial com excitação híbrida, ou seja, dupla excitação (excitação a ímãs permanentes e excitação elétrica). Para o projeto da topologia proposta, nesta tese, adicionalmente ao método analítico, foram realizadas simulações computacionais para a comparação e refinamento dos resultados das grandezas eletromagnéticas da máquina. / DC motors haves been used for almost two centuries. They are very well known not only its excellent torque response, but also because they can operate at the flux weakening region, when this situation is required. Due these characteristics, nowadays, the dc machines haves been used in specific niches of utilization. Nonetheless, this sort of machine presents a disadvantage, specifically the problem of exhaustive electromechanical maintenance required. In order to solve this type of problem, during the 1960\'s, the permanent magnet trapezoidal brushless dc machines were developed. The problem in this kind of machine is the dificulty to obtain excitation flux variation, since there is only a permanent magnet excitation system. Hence, the aim of this thesis is a study of non conventional electric machines topology for application and utilization in electric traction systems for operation at weakening flux region through the changing of resulting air-gap flux. As purpose of the study, an axial flux hybrid excitation topology was focused, i.e, a double excitation system (a permanent excitation and an electric excitation) to make its operation at the constant power region possible keeping the flux density level in the critical parts of the machine under the saturation point. Additionally, for design the topology proposed, in this thesis, computational simulations were done in order to compare with the results obtained from the analytical method.

O presente trabalho propõe a utilização do método de otimização baseado no paradigma de enxame de partículas no projeto de um dispositivo eletromagnético, modelado analiticamente. A otimização baseada em enxames de partículas pertence à classe dos algoritmos evolutivos e é baseada no algoritmo de simulação do movimento de pássaros na busca por comida. O trabalho será focado na resolução de problemas de otimização multiobjetivo e apenas alguns casos de otimização mono-objetivo serão resolvidos para demonstrar a funcionalidade do método de otimização. Dois métodos de otimização multiobjetivo são propostos: um é baseado num algoritmo de otimização multiobjetivo que utiliza o paradigma de enxames em conjunto com soluções adotadas pelo algoritmo genético multiobjetivo denominado Nondominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) e o outro é baseado também no paradigma de enxames utilizando elementos do algoritmo de otimização multiobjetivo intitulado Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Ambos algoritmos são validados em um problema de otimização baseado no projeto de um motor de corrente contínua sem escovas, um benchmark de otimização. / This work proposes the use of the optimization method based on the particle swarm paradigm in the design of electromagnetic device, analytically modeled. Particle swarm optimization belongs to the class of evolutionary algorithms and is based on the movement simulation of birds searching for food. This work will be focused on solving multi-criteria optimization problems and some cases of single-objective optimization problems will be solved only to demonstrate the functionality of optimization method. Two multi-criteria optimization methods are proposed: one based on an optimization algorithm that uses the multiobjective particle swarm paradigm and some concepts extracted from the multiobjective genetic algorithm called Nondominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) and the other is based on the particle swarm paradigm by using some elements of another multiobjective optimization algorithm entitled Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Both methods are applied to an optimization problem related to the design of a brushless direct current motor.