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Análise comparativa das propriedades ressonantes de nanopartículas e de nanoantenas bowtie de ouro de diferentes geometrias
(Universidade Federal do Pará, 2012-12-14) SANTOS, Thaís Lira Tavares dos; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Este trabalho apresenta uma análise comparativa das propriedades ressonantes de nanopartículas e de nanoantenas bowtie de ouro com novas geometrias triangulares. As geometrias propostas são as seguintes: geometrias triangulares com lados encurvados e geometrias triangulares com um dos seus vértices formado por três pontas. As propriedades investigadas são as respostas ressonantes, as distribuições espaciais do campo elétrico próximo e os comprimentos de onda ressonantes. A densidade de corrente dentro das nanoestruturas também é analisada para melhor entendimento do realce do campo elétrico próximo. Para o caso das nanoantenas bowtie, a pesquisa também é focada no estudo da influência de um substrato de dióxido de silício nas suas propriedades ressonantes e no estudo das suas características na região de campo distante (seção reta de espalhamento e diagrama de radiação). Os resultados numéricos são obtidos nas regiões do visível e do infravermelho próximo do espectro eletromagnético, simulados pela técnica de integração finita. Para as nanopartículas isoladas, esses resultados mostram que as geometrias sugeridas possuem intensidade de campo elétrico próximo em torno de 160% mais alta e comprimento de onda ressonante 15% deslocado para o vermelho, comparadas com a geometria triangular equilateral. Já no caso das nanoantenas bowtie, as novas geometrias possuem intensidade de campo elétrico próximo em torno de 90% mais alta e comprimento de onda ressonante 15% deslocado para o azul, comparadas com a nanoantena bowtie triangular equilateral. Os resultados deste trabalho podem servir para modelagem, fabricação e projeto de nanopartículas e de nanoantenas bowtie de ouro para diferentes aplicações, tais como microscopia e sensores de fibra óptica.
Acesso aberto (Open Access)
Análise comparativa de nanoantenas plasmônicas no modo de recepção para a aplicação em nanocircuito óptico.
(Universidade Federal do Pará, 2020-01-30) LOPES, Patrik Coelho; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647; https://orcid.org/0000-0003-4393-3217
Neste trabalho, é feito um estudo teórico para diferentes casos de nanoantenas ópticas. As análises numérica são realizadas pelo Método dos Elementos Finitos (FEM – Finite Element Method). A primeira parte da análise será feita com as nanoantenas isoladas consideradas: dipolo, dipolo-espira, espira e bastão-espira. Inicialmente é feita para o modo de transmissão para a obtenção de parâmetros importantes para o estudo das nanoantenas, como impedância de entrada, coeficiente de reflexão, eficiência de radiação e diagrama de ganho. Posteriormente no modo de recepção, excitadas por uma onda plana linearmente polarizada, variando a direção de polarização. Onde a potência recebida pela carga versus frequência e o campo elétrico próximo são investigados para antenas. Os resultados mostram que o caso da nanoantena dipolo-espira é o mais eficiente (atingindo até er = 81.25%) além de uma melhor banda de recepção. Já a segunda parte, é apresentado a aplicação de um nanocircuito óptico, composto pela espira de recepção conectado a uma linha de transmissão óptica bifilar (OTL – Optical Transmission Line) com um dipolo no terminal da linha. São investigados também, o campo próximo e a potência recebida para os nanocircuitos analisados separadamente, com uma carga no terminal da linha de transmissão. Por fim, a excitação do nanocircuito é feita através de uma sonda de abertura modelado por um feixe gaussiano, focalizado na espira receptora, transferindo energia para o dipolo emissor, com um padrão de onda estacionária, o acoplamento eletromagnético do nanocircuito espira com o feixe gaussiano, mostrou melhores resultados (com valor máximo atingido de PZC = −103 dBm) em comparação com a onda plana (com valor máximo de PZC = −125 dBm), com a potencia recebida na carga de ZC = 50Ω.
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Análise de esforços eletromagneto-mecânicos nos enrolamentos de um transformador sob condições de correntes de inrush
(Universidade Federal do Pará, 2016-04-27) FONSECA, Wellington da Silva; SOEIRO, Newton Sure; http://lattes.cnpq.br/7303174583088137; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
Esta tese apresenta uma análise do efeito das forças devido ao campo eletromagnético na deformação estrutural, estresses e fator de segurança em transformadores de potência quando estes são submetidos às correntes de energização ou correntes de inrush. A metodologia adotada baseia-se em uma avaliação magneto-mecânica do transformador através do método dos elementos finitos (MEF). Nesta perspectiva, a condição operacional de energização do transformador é considerada para estimar com precisão a densidade de campo magnético na estrutura ferromagnética deste e para encontrar na sequência os valores das tensões mecânicas ou forças nas direções axiais e radiais resultantes sobre os enrolamentos. Com este objetivo é implementado uma modelagem Bidimensional (2D) e tridimensional (3D) das estruturas discretizadas do transformador, em softwares consolidados em meios técnicos e acadêmicos, sendo estes baseados no Método de Elementos finitos, visando assim, a obtenção de resultados mais precisos no cálculo das variáveis descritas. São realizadas comparações entre os resultados provenientes do método numérico com aqueles obtidos via métodos analíticos, demonstrando que o MEF pode prever com mais precisão a distribuição dos estresses ao longo dos enrolamentos dos transformadores quando submetidos a condições limites de operação como as que ocorrem durante as correntes de inrush. São apresentados ainda resultados da densidade de fluxo magnético no transformador, mostrando que quando correntes elevadas circulam nos seus enrolamentos concêntricos, estas alteram o caminho do fluxo, provocando um acréscimo significativo do campo de dispersão e consequentemente das forças radiais e axiais. Com os resultados obtidos para o comportamento estrutural dos enrolamentos durante as correntes de inrush observou-se também que nos extremos dos enrolamentos, pontos onde se localizam os espaçadores, apresentam uma fragilidade estrutural maior devido às forças eletromagnéticas axiais. Este fato também implica em uma redução do fator de segurança nos extremos dos enrolamentos, o que deve ser considerado no projeto dos transformadores de potência.
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Análise magnética e mecânica em transformadores sob correntes de energização e energização solidária
(Universidade Federal do Pará, 2019-10-01) LIMA, Diorge de Souza; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813
O transformador de potência é um dos equipamentos mais importantes no sistema elétrico de potência, permitindo a viabilidade da conexão dos centros geradores aos centros consumidores, mesmo estando a longas distâncias. O seu funcionamento de forma confiável e contínuo é de fundamental importância para a manutenção do serviço estando sujeitos a vários tipos de perturbações que podem acarretar em falhas. Nesta perspectiva, a realização de estudos do comportamento dinâmico dos enrolamentos de transformadores por meio de simulações computacionais, tem sido amplamente utilizada para avaliar de forma segura e precisa o seu funcionamento. Portanto, neste documento é apresentada a metodologia para investigação em um transformador de potência de 50 MVA por meio do método de elementos finitos para análise estática e no domínio do tempo. Com isso, o estudo foi realizado por meio de acoplamentos magneto-mecânico. Na primeira análise (estudo do circuito), utilizou-se do software ATPDraw para obter o comportamento da corrente de inrush e energização solidária durante a energização do banco de transformadores. Por conseguinte, no software ANSYS MAXWELL foram realizados os estudos magnéticos. Para isso, um modelo em 3D próximo ao real foi utilizado (levando em consideração as características da laminação do núcleo e dos enrolamentos, sendo alguns destes em formato de discos). Com isso, são apresentados como resultados o comportamento da indução magnética e das forças magnéticas nos enrolamentos do equipamento. Por fim, no software ANSYS STRUCTURAL foram realizados os estudos estruturais (mecânicos). Ainda, da mesma forma como anteriormente, foi utilizado um modelo em 3D próximo ao real, apresentando como resultados o comportamento da deformação total no enrolamento, o estresse mecânico sofrido e o grau de segurança durante a ocorrência da energização. Nas análises estáticas foram considerados três condições de operação: condição nominal, energização solidária e corrente de inrush. Para a condição nominal, utilizou-se dos dados de placa do equipamento, para a condição de energização (energização solidária e corrente de inrush) foi utilizado a maior amplitude obtida durante a simulação. Ressalta-se que para a análise no domínio do tempo, somente a condição da corrente de inrush foi analisada, tanto pelo elevado custo computacional exigido quanto por ser a pior condição constada na análise estática.
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Construção de um modelo de dispersão de poluentes na Baía do Guajará
(Universidade Federal do Pará, 2005-12-19) BATISTA, Adriano Gomes; SENA, Manoel José dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2349287816857909; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Os ambientes marinho e costeiro do Brasil vêm sofrendo nos últimos anos um considerável processo de degradação ambiental, gerado pela crescente pressão sobre os recursos naturais marinhos e continentais e pela capacidade limitada desses ecossistemas absorverem os impactos resultantes. No caso específico da Baía do Guajará, situada no Estuário Guajará, na região delimitada pela Baía do Marajó e pelos rios Pará e Guamá, estes riscos estão associados principalmente à poluição oriunda da cidade de Belém e às operações de transporte de derivados de petróleo. No caso da Baía do Guajará, sabe-se que ocorre o despejo de esgoto periodicamente, de acordo com a maré. Desta forma, pouco tem sido feito para amenizar os efeitos do problema. Os modelos numéricos, por considerarem a complexidade dos fenômenos físicos que governam o funcionamento dos ambientes costeiros, vêm sendo utilizados como ferramentas em simulação hidrodinâmica, com reconhecida importância no gerenciamento costeiro. Sua aplicação pode dar suporte a estudos diversos, como no entendimento dos processos dispersivos de poluentes, implantação de sistemas de monitoramento de qualidade de água, planejamento de ações em casos de derrame de óleo, e avaliar as consequências de alterações na geometria de canais e baías e estuários. Este trabalho tem como objetivo esclarecer essas questões e descreve as etapas necessárias para a construção de um modelo numérico de dispersão na Baía do Guajará usando as ferramentas de Sistemas de Informação Geográfica e o Método de Elementos Finitos.
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Desenvolvimento de um modelo via MEF para análise da dispersão de poluentes em rios, lagos e estuários
(Universidade Federal do Pará, 2012-03) LIMA, Rômulo Correa; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Água doce de boa qualidade é um pré-requisito para o desenvolvimento social e econômico de uma dada região. Paradoxalmente, este mesmo desenvolvimento é, normalmente, responsável pela poluição de suas fontes hídricas, através de despejo de resíduos domésticos ou industriais sem tratamento, ou através de atividades agrícolas. Desta forma, o monitoramento e o gerenciamento destas fontes são de extrema importância para o bem estar da população. Entre as possíveis ferramentas para auxiliar este gerenciamento, encontra-se a simulação computacional de transporte de poluentes nos meios hídricos. Neste contexto, o presente trabalho apresenta um procedimento para a solução computacional da equação de advecção-difusão-reação em 2D, a qual é a base para todos os modelos de transporte de massa. O processo consiste na união entre os métodos de elementos finitos e de diferenças finitas na discretização das componentes espaciais e temporal, respectivamente. Esta metodologia foi avaliada em testes com dados sintéticos e também reais. No primeiro considerou-se o caso de transporte de massa por advecção pura para certificar a estabilidade nos casos em que as formulações clássicas falham. No segundo simulou-se o transporte de um poluente hipotético em um trecho de rio e obtiveram-se os efeitos próprios do arraste devido à advecção e o espalhamento devido à difusão. O último teste examinou o transporte de fósforo total no lago Água Preta a partir das águas bombeadas do rio Guamá e de fontes pontuais localizadas nas margens deste reservatório. O resultado da simulação mostrou a potencialidade do algoritmo em tratar casos mais próximos da realidade.
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Diagnóstico numérico em embarcações de atendimento de atendimento médico-hospitalar visando à otimização vibro-acústica
(Universidade Federal do Pará, 2017-11-10) FERREIRA, Aracelli Suzane Andrade; SOEIRO, Newton Sure; http://lattes.cnpq.br/7303174583088137; https://orcid.org/0000-0003-4224-767X
A utilização de embarcações para atendimento hospitalar tem sido um dos principais meios utilizados algumas prefeituras pertencentes aos estados da Amazônia Legal para levar assistência médica e odontológica para comunidades situadas em localidades distantes. Essas embarcações foram denominadas pelo Ministério da Saúde de Unidades Básicas de Saúde Fluvial (UBSF). O projeto dessas unidades, entretanto, é diferenciado, em muitos aspectos, pois prevê a instalação de equipamentos não presentes nas demais embarcações convencionais. Além disso, o serviço desempenhado nessas unidades necessita de condições vibro-acústicas satisfatórias de modo que os profissionais de saúde possam executar os procedimentos corretamente. Este trabalho tem como objetivo realizar uma análise numérica através do Método de Elementos Finitos para avaliar as propriedades modais e acústicas da embarcação de atendimento médico. O trabalho contemplou duas análises: modal e acústica. Na análise modal, foram considerados como objetos de estudo o eixo, hélice e a própria estrutura da UBSF, pois estas são as principais fontes de excitação. Já a análise acústica buscou averiguar as principais fontes de emissão de ruído e a sua propagação no interior da UBSF. Nesta segunda análise, foi possível prever o nível de pressão sonora global e em bandas de oitava no interior da embarcação. Foram utilizados os softwares Ansys e Comsol para as análises modal e acústica, respectivamente. Após as análises, comparou-se os dados obtidos com as principais normas nacionais e internacionais relacionadas ao assunto. Os resultados encontrados neste estudo demonstraram que o modelo de referência proposto pelo Ministério da Saúde não atendeu aos critérios estabelecidos pelas normas. Propõe-se, assim, como soluções para atenuar os efeitos indesejados oriundos dos fenômenos vibro-acústicos a utilização de materiais com propriedades absorvedoras e aumento na rigidez estrutural da embarcação. Tais medidas permitiriam oferecer aos usuários e tripulantes melhorias no conforto e nas condições de prestação dos serviços de atenção básica da saúde.
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Estudo de vibrações eólicas em linhas de transmissão de energia elétrica de alta tensão
(Universidade Federal do Pará, 2008-10-30) SANTOS, Alexandre Sá dos; SOEIRO, Newton Sure; http://lattes.cnpq.br/7303174583088137
O crescente aumento da demanda de energia elétrica tem forçado o avanço tecnológico dos equipamentos responsáveis pelo transporte desta energia fazendo com que estes trabalhem sob tensões cada vez maiores, principalmente por razões econômicas. Mas este fato implica diretamente no incremento do diâmetro do condutor, o que acarreta elevação de seus custos, bem como das estruturas que devem suportá-lo. Para atender a esta necessidade sem aumentar o custo de projeto da linha de transmissão, surgiu a ideia de utilizar mais de um condutor por fase, montados paralelamente entre si a pequenas distâncias, o que é conseguido através da inserção de espaçadores montados a intervalos regulares ao longo dos vãos das linhas. Por outro lado, problemas mecânicos de ordem operacional das linhas podem ocorrer, como, por exemplo, a ruptura total ou parcial dos cabos e/ou espaçadores, proveniente de excitações dinâmicas devidas ao vento. Assim, este trabalho consiste no estudo do comportamento dinâmico de feixe de cabos de linhas aéreas de transmissão, através de um modelo de elementos finitos. O modelo reproduz o acoplamento dos cabos aos espaçadores amortecedores da linha de transmissão e às estruturas de ancoragem, considerando o efeito de não-linearidade geométrica, decorrente dos grandes deslocamentos dos cabos, bem como a continuidade da linha, ou seja, os vãos adjacentes, que são representados por rigidez equivalente no modelo. O carregamento de vento é modelado através de um processo não determinístico a partir de suas propriedades estatísticas, tal que fica subdividido em duas partes: uma parte média, analisada de forma estática; e uma parte variável, analisada de forma dinâmica. Os resultados obtidos ao longo desse estudo mostram que a parcela variável do carregamento leva a uma resposta dinâmica do modelo que pode ser determinante no seu comportamento. Assim, o procedimento tradicional de assumir o carregamento do vento como uma excitação estática pode levar, em alguns casos a consequências desastrosas.
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Identificação de sistemas multiforças a partir de dados de vibração e técnicas de aprendizado de máquinas
(Universidade Federal do Pará, 2024-11-07) PINHEIRO, Giovanni de Souza; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
O surgimento de defeitos em componentes dinâmicos, tende a produzir alterações nas forças geradas e podem ser detectadas por meio do espectro de resposta à vibração do equipamento. Compreender as forças que atuam sobre uma estrutura é extremamente importante, especialmente nos casos em que os pontos de medição são limitados ou inacessíveis, pois permite avaliar, entre outros fatores, se a vida útil dos componentes está comprometida pela condição atual da máquina. Nesses casos, um problema inverso precisa ser resolvido. As técnicas de Aprendizado de Máquinas vêm se destacando como uma poderosa ferramenta de predição dentre as soluções desenvolvidas para esse tipo de problema, sendo cada vez mais aplicadas na solução de problemas de engenharia. Portanto, este trabalho tem como objetivo avaliar diferentes modelos de aprendizado de máquina para a identificação de forças atuando em um sistema composto por uma placa suspensa, com base em dados de vibração medidos. Nesse sentido, um modelo computacional foi gerado e calibrado usando respostas de vibração medidas em laboratório. Um banco de dados robusto foi criado utilizando a Metodologia de Superfície de Resposta (Response Surface Methodology- SRM) em conjunto com o Delineamento de Experimentos (Design of Experiment - DOE) e, em seguida, utilizado para avaliar a capacidade dos modelos de aprendizado de máquina em prever a localização, frequência de excitação, magnitude e número de forças que atuam na estrutura. Entre os seis modelos de aprendizado de máquina avaliados, o modelo k-NN foi capaz de prever os parâmetros das forças com um erro de 0,013%, e o modelo de floresta aleatória, com um erro máximo de 0,2%. Por fim, um banco de dados, contendo uma linha de dados experimentais, foi utilizada para avaliar os modelos k-NN e Floresta Aleatória, obtendo um score de 0,96 e 0,93, respectivamente. A inovação do estudo está na aplicação do método proposto para identificação de parâmetros em sistemas multiforças.
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Modelagem numérica bidimensional de dados CSAMT com fonte dipolar elétrica usando elementos finitos
(Universidade Federal do Pará, 2016-08-20) PEREZ, Jarol David Garcia; SILVA, Valdelírio da Silva e; http://lattes.cnpq.br/9701131346395521; RÉGIS, Cícero Roberto Teixeira; http://lattes.cnpq.br/7340569532034401
Neste trabalho apresenta-se uma aplicação de modelagem numérica 2,5D para simular dados do método audiomagnetotelúrico de fonte controlada-CSAMT (Controlled source audio-magnetotellurics), através do método dos elementos finitos. Para isto se usou a técnica de separação do campo total electromagnético em campos primários e secundá- rios. O conjunto das equações que governam o sistema deve ser expressado no domínio espectral de Fourier, cujas soluções, são obtida como uma contribuição de soluções 2D. Na primeira parte do trabalho apresenta-se uma validação da resposta gerada para campos primários excitados pór fonte dipolar elétrica, e uma comparação da resposta 1D com o método magnetoteúrico-MT. Na segunda parte, faz-se uma validação da resposta de um meio bidimensional bem como uma análise dos resultados em termos da resistividade aparente e campo elétrico relacionados a um corpo isolado imerso num semi-espaço homogêneo, ao variar parâmetros, tais como contraste de resistividade entre o meio e o corpo, profundidade do corpo com respeito à superfície e frequência de operação. O código desenvolvido é capaz de simular com precisão as medidas do método CSAMT em qualquer configuração de levantamento.
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Modelagem numérica de dados MCSEM 2.5-D
(Universidade Federal do Pará, 2012-04-20) SILVA, Hilton Farias da; SILVA, Marcos Welby Correa; http://lattes.cnpq.br/3213216758254128
Este trabalho trata da implementação da modelagem numérica de dados Marine Controlled Source Electromagnetic (MCSEM) 2.5-D aplicado a exploração de hidrocarbonetos em ambiente horizontalmente estratificado. Para elaborarmos a formulação matemática fizemos a decomposição dos campos em primário e secundário. O primeiro foi obtido utilizando os potenciais de Schelkunoff e o secundário usando o método dos elementos finitos. Este problema foi resolvido no domínio da frequência espacial. Encontrado o campo secundário utilizamos, mais uma vez, a transformada de Fourier para obter os campos secundários no domínio (x; y; z) então obtemos, finalmente, o campo total pela soma dos campos secundários e primário. A partir do campo total podemos avaliar a influência de um reservatório de hidrocarbonetos em um ambiente estratificado e inferir a extensão lateral.