Engenharia Elétrica
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Trabalho de Conclusão de Curso Projeto Boitatá:(2024-12-21) Moreno, André Gomes; Ramos, Bianca Brandalezi; Teixeira, Christian Ferreira; Anunciato, Guilherme Almeida; Oliveira, Victor Martins deO presente trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de queimadas em áreas remotas, utilizando tecnologias de comunicação sem fio baseadas no protocolo LoRa. O projeto aborda a necessidade de sistemas eficazes para a detecção e resposta rápida a incêndios, integrando módulos de coleta de dados e uma central de processamento. O sistema foi desenvolvido com sensores de temperatura DS18B20 conectados a módulos Arduino MKR WAN 1310, que se comunicam de forma P2P. A central de processamento, por sua vez, utiliza uma ESP8266 para transmitir os dados coletados a um painel de monitoramento via conexão Wi-Fi. A metodologia incluiu a montagem e teste de protótipos, análise de desempenho da comunicação entre os módulos, medições de consumo de energia e avaliação do alcance do sistema em diferentes condições. Os resultados obtidos demonstraram a funcionalidade do sistema no envio de dados e na detecção de alterações de temperatura em tempo real. Como melhorias futuras, foram identificadas a substituição da ESP8266 por uma conexão direta via USB e a avaliação do uso de um gateway LoRa para ampliar as possibilidades de aplicação. Concluiu-se que a solução desenvolvida oferece uma base promissora para sistemas de monitoramento ambiental, com potencial para ser expandida e aprimorada para aplicações de maior escala, contribuindo para a preservação ambiental e mitigação dos impactos causados por queimadas.Trabalho de Conclusão de Curso Comparação dos aspectos qualitativos entre antenas de cobre e grafeno(2024-12-22) Hajjar, Felipe Machado de Campos; Silva, Fernando Henrique Oliveira; Garcia Junior, Paulo RobertoEste Trabalho de Conclusão de Curso concentra-se na investigação e comparação de antenas planares de materiais distintos, com o objetivo de emitir ou receber sinais 5G na faixa de frequência de 3,5 GHz. Tradicionalmente, as antenas impressas têm empregado o cobre como material condutor devido à sua excelente condutividade elétrica e baixo custo. No entanto, uma nova linha de pesquisa está examinando o potencial do grafeno, que oferece características como excelente condutividade elétrica, leveza e resistência, podendo substituir o cobre como material na confecção de antenas, porém com um custo mais elevado. A pesquisa será conduzida pelos alunos Felipe Machado de Campos Hajjar, Fernando Henrique Oliveira Silva e Paulo Roberto Garcia Junior, todos estudantes de Engenharia de Automação e Controle, sob orientação do Professor Doutor Marco Antonio Assis de Melo. Para a confecção das antenas e a coleta de dados, ambas as antenas serão simuladas para melhor dimensionamento e análise de resultado, antes de serem manufaturadas. Foram produzidas antenas utilizado cobre como base condutora, para o grafeno apenas simulações foram realizadas, e as antenas foram confeccionadas utilizando as instalações do departamento de elétrica do Centro Universitário FEI. O propósito é medir e comparar os parâmetros de sinal recebido por ambas as antenas como, ganho, frequência de ressonância, frequência de banda entre outras e comparar os resultados obtidos, com o intuito de determinar qual delas é mais adequada para aplicações específicas. Ao término do estudo, espera-se obter conclusões que possam orientar a seleção entre antenas de cobre e grafeno para otimizar a transmissão de sinais 5G, contribuindo assim para avanços na área de telecomunicações.Trabalho de Conclusão de Curso Controle e desenvolvimento de regulador de tensão para redes trifásicas desequilibradas(2024-12-11) Nascimento, Lucas Soares Silva do; Souza, Wellington Barbosa deA tensão de fornecimento entregue pelas concessinárias de energia a seus consumidores deve atender a padrões de desempenho definidos por órgãos reguladores, no caso brasileiro a Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL [1]. Os padrões estabelecidos devem ser atendidos sob pena da aplicação de multas ao descumprir os requisitos estabelecidos. Entre os padrões definidos o desequilíbrio de tensão tem relevante importância e deve ser controlado e mantido dentro dos valores exigidos. É possível realizar o controle dos níveis de tensão por meio do uso de Taps (degraus) um sistema que permite ajustar a tensão de saída do transformador através da variação do número de espiras no enrolamento, o que altera a relação de transformação nos transformadores. O transformador é uma máquina estática que recebe energia elétrica de um enrolamento (primário) e a transforma por um ou mais enrolamentos (secundário), mantendo-os eletricamente isolados [2]. Os transformadores trifásicos são essenciais para permitir a transmissão de grandes quantidades de potência a longas distâncias ao elevar ou reduzir a tensão conforme necessário da geração para a transmissão e distribuição de energia em corrente alternada no Sistema Elétrico de Potência. A transformação trifásica pode ser executada com transformadores trifásicos ou com bancos de transformadores monofásicos. Durante sua operação, pode ocorrer distúrbios que afetam a qualidade de energia. Entre estes distúrbios o desequilíbrio de tensão, que pode ser definido como o desvio máximo da média das tensões das fases ou linhas em relação a média [3] e [4]. A norma NEMA MG 1 (National Electrical Manufacturers Association) aborda questões relacionadas à qualidade de energia e desequilíbrios de tensão em sistemas trifásicos, especialmente no que diz respeito à operação segura e eficiente de motores elétricos.Essa norma define que o desequilíbrio de tensão em motores trifásicos não deve exceder 1% para evitar aquecimento excessivo e outros problemas operacionais. O regime desequilíbrado tem sua origem geralmente nos sistemas de distribuição, que possui cargas monofásicas distribuídas inadequadamente entre as fases do sistema trifásico. Isso resulta em uma distribuição desigual de corrente entre as três fases, o que causa diferentes valores de quedas de tensão ao longo dos alimentadores, desequilibrando as tensões nos pontos de entrega a consumidores distribuidos pela rede. A consequência de fornecer uma tensão desequilibrada a cargas trifásicas, como motores de indução assincronos ou motores síncronos, é a redução da vida útil destes equipamentos de forma drástica. Desta forma um sistema que monitore e controle a tensão nas três fases a partir de um parâmetro predefinido é uma possível solução para o problema citado, e é isso que será construído. Pretende-se utilizar no desenvolvimento dois autotransformadores por fase, cujos enrolamentos secundários serão utilizados para corrigir e compensar o desequilíbrio existente no alimentador, garantindo um sistema elétrico mais eficiente e estável. Este sistema será projetado para melhorar a confiabilidade e a qualidade da distribuição de energia enquanto reduz os efeitos negativos do desequilíbrio de carga em motores e geradores trifásicos.Trabalho de Conclusão de Curso Linhas de transmissão de potência - Modelo reduzido didático(2024-12-03) Silva, Gustavo de Morais; Mendes, Gustavo de Souza; Santos, Julio Cesar Toledo dos; Silva, Moisés Henrique Modesto e; Silva, Vinícius de SouzaA implementação de modelos reduzidos em ambientes educacionais pode melhorar a qualidade do ensino e aumentar o interesse dos alunos por estudos relacionados a sistemas de potência, isto posto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo em escala reduzida de uma linha de transmissão de energia elétrica, equivalente a uma linha longa real. O objetivo principal é construir uma bancada didática acessível para estudos de sistemas de potência, facilitando o aprendizado prático dos alunos em disciplinas de Engenharia Elétrica. A metodologia empregada inclui a escolha de uma linha de transmissão de longa distância, cálculo dos parâmetros elétricos (indutância, capacitância e resistência), e montagem do modelo reduzido em laboratório. O processo de desenvolvimento envolveu a utilização de materiais de baixo custo e técnicas de montagem simples para garantir a viabilidade e a acessibilidade do projeto. Ensaios práticos foram realizados para demonstrar a funcionalidade do modelo, permitindo a observação e análise dos fenômenos eletromagnéticos que ocorrem em linhas de transmissão reais. Espera-se que os resultados obtidos mostrem a eficácia do modelo reduzido para fins educacionais, proporcionando uma compreensão prática e visual dos conceitos teóricos discutidos ao longo do curso. Além disso, o modelo facilita a realização de experimentos e a medição de parâmetros elétricos, contribuindo significativamente para o processo de ensino-aprendizagem.Trabalho de Conclusão de Curso Robô de limpeza industrial:(2025-02-07) Borges, Bruno Henrique de Almeida; Silva, Lucas Agostinho; Marciano, Lucas Miguel; Silva, Matheus Ribeiro Castilho e; Almeida, Yasmin MarineA linha de produção é um método de produção em série aplicado a produtos de várias dimensões. No entanto, existe um desafio frequente na contenção de vazamentos de itensextremamente pequenos, com apenas alguns milímetros de dimensão. No modelo utilizado para nosso estudo de caso o uso constante de esteiras e equipamentos pesados torna o ambiente propício para tais acontecimentos. Isso é um grande problema, pois ao longo do tempo acumula-se um grande volume de material, exigindo uma limpeza. No entanto, os espaços abaixo das máquinas e esteiras de uma linha de produção são normalmente fechados, visando a segurança dos trabalhadores. Assim, uma interrupção na produção deve acontecer, resultando em um prejuízo para a empresa. Este projeto tem como objetivo a criação e implementação de um robô aspirador totalmente autônomo, capaz de superar obstáculos tanto móveis quanto fixos, cumprir as normas de segurança obrigatórias e ter um tamanho bastante reduzido para facilitar a sua movimentação em espaços estreitos em áreas confinadas, removendo o produto acumulado no chão sem a necessidade de interromper a produção. Para o desenvolvimento deste projeto foi feita a divisão das tarefas em três frentes, sendo elas programação, elétrica e mecânica. Todas as metodologias utilizadas para a confecção do projeto, testes realizados e seus resultados, conclusões e trabalhos futuros, estão detalhados ao longo deste documento. Nas seções de programação, é realizada a criação de um mundo simulado baseado no local do estudo de caso, o método de mapeamento e os algoritmos de planejamento empregados, bem como os testes de eficácia do robô. Nas seções de elétrica, é apresentado o circuito de funcionamento do robô, iniciado pelo dimensionamento da bateria, a escolha dos componentes e por fim, o sistema de proteção. Nas seções de mecânica, é mostrado o desenvolvimento do corpo do robô, começando com a definição das limitações físicas e o layout do robô. Depois, a criação das peças usando o software NX, testes de resistência, seguidas pela impressão 3D de todas as partes e montagem do corpo do robô.Trabalho de Conclusão de Curso Tokenização de seguros massificados em blockchain privada(2024-12-05) Alvim, Paulo Henrique da Rocha; Gregorio, Thiago Luiz de Oliveira; Paula, Tiago Oliveira Vidal deOs seguros massificados, amplamente utilizados pela população de baixa renda no Brasil por seus custos acessíveis e cobertura eficiente, demandam soluções tecnológicas que ampliem e melhorem sua oferta. Este trabalho explora uma solução com smart contracts baseados em blockchain privada com a plataforma Hyperledger Fabric para o mercado de seguros massificados, implementando uma prova de conceito que permite registrar operações de um contrato de seguro massificado, como contratação, acionamento e aprovação/rejeição. A prova de conceito demonstrou redução no compartilhamento de informações entre os atores e viabilizou um modelo de rede que promove a descentralização das informações, ainda que modular o suficiente para ajustar a autoridade entre os participantes. Verificou-se também que dados sensíveis do segurado podem ser mantidos fora da blockchain, com alternativas de armazenamento on-chain e off-chain, promovendo maior segurança e conformidade. Além disso, a tokenização dos contratos permite novos modelos de negócios mediante fracionamento dos seguros massificados, possibilitando maior flexibilidade na distribuição. Esses resultados indicam que a tokenização de contratos massificados e a adoção de blockchain representam um caminho promissor para centralizar informações de maneira descentralizada, contribuindo para a transparência e integridade dos dados no setor de seguros.Dissertação Recuperação de imagens de línguas por conteúdo utilizando descritor fractal: estudo de caso considerando hipertensão sistêmica arterial(2024) Lazarini, Marcos AgenorAs doenças crônicas não transmissíveis, em especial a Hipertensão Arterial Sistêmica (HAS), continuam a representar um grande desafio para a saúde pública, sendo a principal causa de óbitos entre homens, segundo o Ministério da Saúde. Este estudo apresenta o desenvolvimento de um sistema de recuperação de imagens baseado em conteúdo, centrado na análise de textura de imagens de línguas diagnosticadas de acordo com a Medicina Tradicional Chinesa. O sistema tem como objetivo recuperar as cinco imagens mais similares à imagem de consulta, utilizando as medidas de similaridade Euclidiana e Manhattan. Para isso, diferentes descritores de textura foram aplicados, com destaque para o descritor Fractal, que teve seus resultados comparados aos dos descritores GLCM, LBP e a combinação de Fractal com LBP. A avaliação do desempenho do sistema foi realizada por meio do gráfico de Precisão versus Revocação e da AUC, utilizando testes padronizados com imagens das categorias com diagnóstico positivo e negativo para HAS. Os resultados demonstram que, embora o descritor GLCM tenha mostrado melhor desempenho para imagens com diagnóstico negativo para HAS, ele apresentou o pior desempenho para imagens com diagnóstico positivo. Em contraste, a combinação dos descritores Fractal e LBP apresentou um desempenho mais consistente e linear em ambos os grupos. Esses resultados destacam a influência do tipo de descritor e zdas características da imagem no desempenho do sistema de CBIRDissertação Estudo das propriedades eletrotérmicas de transistores mos de nanofios e nanofolhas de silício em temperaturas criogênicas(2024) Matos, Jefferson AlmeidaEste trabalho investiga a operação de nanofios e nanofolhas transistores de silício (nanofios MOS) em modo inversão e sem junções, em temperaturas que variam da ambiente até a faixa criogênica, com ênfase na influência das dimensões dos dispositivos sobre os parâmetros elétricos e no autoaquecimento. A análise é realizada por meio de medidas experimentais, permitindo a compreensão dos efeitos térmicos nos dispositivos. Os transistores são fabricados em substratos SOI (Silicon-On-Insulator), com larguras de fin variando de 10 nm a 60 nm e comprimento de canal de 40 nm a 10 µm. O estudo foi realizado em quatro etapas: a caracterização de nanofios em modo inversão na faixa de 330 K a 82 K; o estudo do autoaquecimento desses dispositivos até 4,2 K; a caracterização de nanofios sem junções de 300 K a 4,2 K; e uma comparação entre os dois tipos de dispositivos operando de 300 K a 82 K. A caracterização elétrica revelou que a variação da tensão de limiar com a temperatura apresenta comportamento linear, com taxas de variação diferentes entre dispositivos de largura de fin estreita e larga. A inclinação de sublimiar se degrada em dispositivos mais largos e de canal curto, distanciando-se do limite teórico mínimo em temperaturas criogênicas. A mobilidade dos portadores, analisada em função da temperatura, mostrou que transistores sem junções apresentam menor mobilidade absoluta e melhor estabilidade térmica. O estudo de autoaquecimento nos nanofios transistores em modo inversão indicou um aumento acentuado da temperatura do canal em baixas temperaturas, especialmente abaixo de 50 K, com comportamento não-linear e maior variação da temperatura do canal (?T) em potências menores (<5 µW). Dispositivos com comprimento de canal menor (L=40 nm) apresentaram maior aumento de temperatura em comparação aos de canal mais longo (L=100 nm), e a resistência térmica diferencial (RTH*) aumentou significativamente abaixo de 70 K. As contribuições científicas incluem a análise da influência das dimensões e da temperatura na performance elétrica de nanofios MOS, a caracterização inédita do autoaquecimento utilizando termometria de porta em temperaturas criogênicas, e a comparação detalhada entre dispositivos, fornecendo subsídios para avaliar a viabilidade desses dispositivos em ambientes criogênicos, com aplicações potenciais na computação quânticaTese Reconhecimento automatizado da dor por movimentos faciais de recém-nascidos internados em unidade de terapia intensiva neonatal(2024) Heiderich, Tatiany MarcondesRecém-nascidos internados em Unidades de Terapia Intensiva Neonatal (UTIN) frequentemente passam por procedimentos que causam dor. A presença de dispositivos médicos fixados à face do neonato dificulta a avaliação adequada da dor. Este estudo teve como objetivo desenvolver um método automatizado para reconhecer a dor em neonatos, mesmo em condições de visibilidade facial limitada. Foi proposto e implementado um arcabouço computacional utilizando técnicas atuais de processamento de imagens e de Inteligência Artificial para segmentar regiões faciais específicas e para classificar movimentos faciais indicativos de dor, sendo estes: boca aberta, boca estirada, sulco nasolabial aprofundado, fronte saliente e fenda palpebral estreitada. Com o uso de quatro bases de dados distintas e de referência na literatura afim, o método foi treinado, validado e testado, permitindo a análise apenas das áreas visíveis da face. Uma abordagem inovadora foi aplicada, atribuindo pesos diferenciados aos movimentos faciais mais relevantes, com maior pontuação para os movimentos de maior poder discriminatório, como o sulco nasolabial aprofundado. O método proposto demonstrou ser eficiente e confiável, apresentando na validação um F1 score de 83%, valor-p de McNemar de 0,146, e Kappa de Cohen de 0,668, resultados compatíveis e, em alguns aspectos, superiores aos métodos tradicionais, especialmente em condições de visibilidade parcial da face do neonato. Esta pesquisa não pretende substituir os métodos tradicionais, mas sim otimizá-los, oferecendo uma solução prática e robusta para os desafios do diagnóstico de dor em neonatos na UTIN. A combinação de análise segmentada da face, avaliação apenas das regiões visíveis e pontuações diferenciadas para movimentos faciais mais discriminantes posiciona este arcabouço como uma contribuição significativa e viável para a evolução do manejo da dor neonatal, promovendo uma avaliação mais objetiva e precisa em cenários clínicos complexosDissertação Environmental sound recognition in embedded systems: bridging experiments in passenger vehicles to autonomous vehicle applications in smart cities(2024) Florentino, André LuizThe autonomous vehicle market is experiencing significant growth, with indications of transitioning from the "trough of disillusionment" to the "slope of enlightenment" on the Gartner hype cycle chart. Fundamental technologies encompassing extensive data analytics, computational capabilities, and sensor fusion techniques have already been established, and all stakeholders in this industry are persistently exploring novel approaches to enhance the overall perception of end users in terms of safety and trustworthiness. In this context, this project aims to develop and implement an Environmental Sound Recognition (ESR) algorithm in an embedded system for deployment in autonomous vehicles for Smart Cities in 2025, targeting advanced functionalities for early warning systems. Due to hardware constraints, a regular passenger vehicle was used, embedding the ESR algorithm in a Raspberry Pi with a microphone array. The limited literature on ESR algorithms for vehicles primarily focuses on siren detection without real-time inferences, and to address this, a dataset benchmarking study confirmed classifiers’ accuracy, leading to the creation of a new dataset tailored to autonomous vehicles. This new dataset provided a comprehensive baseline where several classifiers were trained and evaluated for accuracy, memory usage, and prediction time, with CNN 2D using aggregated features emerging as the top-performing model, achieving an average accuracy of 80% in the sliding window process. During the indoor experiment, the total prediction time attained an average of 47.6 ms, validating the algorithm’s performance with weighted F1-scores close to or better than cross-validation results. In the final phase of the methodology, real-world tests conducted in a passenger vehicle yielded similar results. However, inconsistencies were observed in certain classes due to insufficient sample diversity and environmental noise, which affected their accuracy. The results of this project indicate that its general objective was successfully achieved, contributing to understanding of ESR algorithms in embedded systems within passenger vehicles, and it is ready for integration into the electric and electronic architecture of autonomous vehicles for Smart Cities. Additionally, upon conducting further experiments across various vehicle categories to assess cabin insulation effects, this project could potentially enhance safety features for drivers with hearing impairments by adapting the ESR algorithm as an add-on feature in regular passenger vehicles