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AUTOMA ¸ C ˜ AO DE UM SISTEMA PARA SIMULA¸ C ˜ AO EM LABORAT ´ ORIO DA PASSAGEM DE PEIXES POR TURBINAS HIDR ´ AULICAS Victor Ricardo F. Miranda * , Jo˜ ao Pedro H. Sans˜ ao * , M´ ario Cupertino da Silva Jr * , Luiz Gustavo M. da Silva , , Armando Alves Neto § , Leonardo Amaral Mozelli § * CELTA, UFSJ – Ouro Branco, MG, Brasil DTECH, UFSJ – Ouro Branco, MG, Brasil Institute for Land, Water and Society, Charles Sturt University – Albury-Wodonga, Australia § DELT, UFMG – Belo Horizonte, MG, Brasil Emails: [email protected], {joao, mariocupertino, luizsilva}@ufsj.edu.br, {aaneto, mozelli}@cpdee.ufmg.br Abstract— This paper presents the automation of a laboratory setup developed to simulate pressure changes to which fish are exposed during passage through hydropower turbines. The system emulates, in a hipo-hyper chamber, the fast decompression to which specimens are exposed in order to quantify the likelihood of barotrauma on fish. Pressure variation is achieved by a pneumatic piston, positioned at the base of the chamber and computer controlled, which modifies the volume within the chamber. Results were satisfactory, allowing the replacement of human-supervised experiments. The proposed setup, in combination with field experimentations, can contribute to investigations concerning environmental consequences of hydroelectric energy. Keywords— Pneumatic control; Automation; Barotrauma, Icthyofauna conservation Resumo— Este artigo apresenta a automa¸c˜ao de uma montagem em laborat´orio, desenvolvida para simular varia¸c˜ oes de press˜ao, as quais peixes s˜ao expostos durante a passagem por turbinas hidr´aulicas. O sistemas emula, em uma cˆ amara hipo-hiperb´ arica, a r´ apida descompress˜ ao a qual os esp´ ecimes s˜ao submetidos, visando quantificar a probabilidade de barotrauma em peixes. A varia¸c˜ao de press˜ao ´ e realizada por meio de um pist˜ aopneum´atico, posicionado na base da cˆamara e controlado por computador, que modifica o volume no interior da cˆamara. Os resultados obtidos foram satisfat´orios, permitindo a substitui¸c˜ao dos experimentos realizados de forma manual e supervisionada. A montagem proposta, em conjunto com experimenta¸c˜oes de campo, podem contribuir para investiga¸ c˜oes relacionadas aos impactos ambientais da energia hidrel´ etrica. Palavras-chave— Controle pneum´atico; Automa¸ c˜ao;Barotrauma;Conserva¸c˜ ao da ictiofauna; 1 Introdu¸c˜ ao Avan¸costecnol´ ogicos, desenvolvimento econˆ omico e aumento populacional tˆ em demandado energia el´ etrica. No pa´ ıs, a participa¸c˜ ao das fontes renov´ a- veis na oferta de energia el´ etrica, um subconjunto da matriz energ´ etica, ´ e predominante, com des- taque para a gera¸c˜ ao hidr´ aulica, respons´ avel por mais de 80% do total (Secret´ aria de Energia El´ e- trica, 2017). Estaprodu¸c˜ ao ainda deve crescer cerca de 38 % at´ e 2020 (Empresa de Pesquisa Ener- etica, 2011). No contexto mundial, uma tendˆ encia de aumento da participa¸c˜ ao da gera¸c˜ ao hidr´ aulica tamb´ em ´ e observada (Zarfl et al., 2015). Embora renov´ avel e n˜ ao poluente, a implanta- ¸c˜ ao de estruturas h´ ıdricas, como barragens, repre- sas e vertedouros, acarretam diversos impactos am- bientais. Tais estruturas tiveram papel importante no decl´ ınio dos peixes de ´ agua doce em todo mundo (Dudgeon et al., 2006). Os impactos de estruturas ıdricas na biodiversidade aqu´ atica s˜ ao proeminen- tes em esp´ ecies migrat´ orias, devido a necessidade de locomo¸ ao para desova e desenvolvimento em diferentes localidades (Suzuki et al., 2016), pois ser- vem como obst´ aculos para o fluxo migrat´ orio, res- tringindo tanto o deslocamento ascendente quanto descendente (Silva et al., 2012). Figura 1: amara hipo-hiperb´ arica usada para si- mula¸ ao da descompress˜ ao r´apida sofrida por peixes durante a passagem por turbinas hidr´ aulicas. Outro problema preocupante, associado ` a pas- sagem por estruturas h´ ıdricas, ´ e o barotrauma, causado pela r´ apida descompress˜ ao (Brown et al., 2014). Pesquisas sobre barotrauma s˜ ao necess´ a- rias para orientar a concep¸c˜ ao e implanta¸c˜ ao de novas m´ aquinas, visando estruturas que minimi- zem as inj´ urias. Grupos em todo mundo vem estudando o problema utilizando estrat´ egias seme- lhantes, tendo em vista a magnitude do impacto nessas regi˜ oes (Boys et al., 2016; Baumgartner et al., 2014). Como mostrado na Fig. 1, cˆ amaras XIII Simp´osio Brasileiro de Automa¸ ao Inteligente Porto Alegre – RS, 1 o – 4 de Outubro de 2017 ISSN 2175 8905 1049

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AUTOMACAO DE UM SISTEMA PARA SIMULACAO EM LABORATORIO DAPASSAGEM DE PEIXES POR TURBINAS HIDRAULICAS

Victor Ricardo F. Miranda∗, Joao Pedro H. Sansao∗, Mario Cupertino da Silva Jr∗, LuizGustavo M. da Silva‡,†, Armando Alves Neto§, Leonardo Amaral Mozelli§

∗CELTA, UFSJ – Ouro Branco, MG, Brasil

†DTECH, UFSJ – Ouro Branco, MG, Brasil

‡Institute for Land, Water and Society, Charles Sturt University – Albury-Wodonga, Australia

§DELT, UFMG – Belo Horizonte, MG, Brasil

Emails: [email protected], {joao, mariocupertino, luizsilva}@ufsj.edu.br, {aaneto,

mozelli}@cpdee.ufmg.br

Abstract— This paper presents the automation of a laboratory setup developed to simulate pressure changesto which fish are exposed during passage through hydropower turbines. The system emulates, in a hipo-hyperchamber, the fast decompression to which specimens are exposed in order to quantify the likelihood of barotraumaon fish. Pressure variation is achieved by a pneumatic piston, positioned at the base of the chamber and computercontrolled, which modifies the volume within the chamber. Results were satisfactory, allowing the replacement ofhuman-supervised experiments. The proposed setup, in combination with field experimentations, can contributeto investigations concerning environmental consequences of hydroelectric energy.

Keywords— Pneumatic control; Automation; Barotrauma, Icthyofauna conservation

Resumo— Este artigo apresenta a automacao de uma montagem em laboratorio, desenvolvida para simularvariacoes de pressao, as quais peixes sao expostos durante a passagem por turbinas hidraulicas. O sistemas emula,em uma camara hipo-hiperbarica, a rapida descompressao a qual os especimes sao submetidos, visando quantificara probabilidade de barotrauma em peixes. A variacao de pressao e realizada por meio de um pistao pneumatico,posicionado na base da camara e controlado por computador, que modifica o volume no interior da camara. Osresultados obtidos foram satisfatorios, permitindo a substituicao dos experimentos realizados de forma manuale supervisionada. A montagem proposta, em conjunto com experimentacoes de campo, podem contribuir parainvestigacoes relacionadas aos impactos ambientais da energia hidreletrica.

Palavras-chave— Controle pneumatico; Automacao; Barotrauma; Conservacao da ictiofauna;

1 Introducao

Avancos tecnologicos, desenvolvimento economicoe aumento populacional tem demandado energiaeletrica. No paıs, a participacao das fontes renova-veis na oferta de energia eletrica, um subconjuntoda matriz energetica, e predominante, com des-taque para a geracao hidraulica, responsavel pormais de 80% do total (Secretaria de Energia Ele-trica, 2017). Esta producao ainda deve crescercerca de 38 % ate 2020 (Empresa de Pesquisa Ener-getica, 2011). No contexto mundial, uma tendenciade aumento da participacao da geracao hidraulicatambem e observada (Zarfl et al., 2015).

Embora renovavel e nao poluente, a implanta-cao de estruturas hıdricas, como barragens, repre-sas e vertedouros, acarretam diversos impactos am-bientais. Tais estruturas tiveram papel importanteno declınio dos peixes de agua doce em todo mundo(Dudgeon et al., 2006). Os impactos de estruturashıdricas na biodiversidade aquatica sao proeminen-tes em especies migratorias, devido a necessidadede locomocao para desova e desenvolvimento emdiferentes localidades (Suzuki et al., 2016), pois ser-vem como obstaculos para o fluxo migratorio, res-tringindo tanto o deslocamento ascendente quantodescendente (Silva et al., 2012).

Figura 1: Camara hipo-hiperbarica usada para si-mulacao da descompressao rapida sofrida por peixesdurante a passagem por turbinas hidraulicas.

Outro problema preocupante, associado a pas-sagem por estruturas hıdricas, e o barotrauma,causado pela rapida descompressao (Brown et al.,2014). Pesquisas sobre barotrauma sao necessa-rias para orientar a concepcao e implantacao denovas maquinas, visando estruturas que minimi-zem as injurias. Grupos em todo mundo vemestudando o problema utilizando estrategias seme-lhantes, tendo em vista a magnitude do impactonessas regioes (Boys et al., 2016; Baumgartneret al., 2014). Como mostrado na Fig. 1, camaras

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hipo-(pressao decrescente) e hiperbaricas (pressaocrescente), sao geralmente utilizadas, em laborato-rio, para simulacao da variacao de pressao sofridapelos peixes em turbinas, visando reproduzir ascondicoes de campo. Em suma, o controle de pres-sao no interior da camara selada e realizado pormeio da compressao/descompressao da agua, pormeio de pistoes. O usuario pode inserir um perfilde pressao desejado como sendo uma referenciapara o sistema de controle automatico, reprodu-zindo as condicoes enfrentadas durante a passagempor turbinas hidraulicas.

Neste trabalho, o objetivo foi desenvolver umsistema computacional para controle da pressaointerna em uma camara hipo-hiperbarica selada, jaexistente no grupo de pesquisa, conforme ilustradopela Fig. 1. Atualmente, o sistema e comandadode forma discreta com acionamento manual. Destaforma, a automacao do sistema ira permitir aogrupo de pesquisa maior flexibilidade na investiga-cao do barotrauma em peixes, uma vez que serapossıvel simular diversas condicoes de campo, pormeio da mudanca do perfil de pressao usado comoreferencia do processo. Alem disso, existem as van-tagens inerentes da automacao do sistema, no quedizem respeito a maior confiabilidade e repetibili-dade nos experimentos, bem como a possibilidadede armazenamento dos dados experimentais, paraanalise posterior.

2 Descricao do processo

O processo de simulacao da variacao de pressaoem turbinas hidraulicas consiste em duas etapas.Na primeira etapa, chamada aclimatacao, apos omanejo para captura e transporte do especime aolaboratorio, o mesmo e inserido na camara seladae mantido sob pressao constante por varias horas.Isso se justifica para atingir condicao de flutuabili-dade neutra, como ocorre em seu habitat antes dapassagem pela estrutura hıdrica. Por meio de umabomba dagua, acionada por inversor de frequen-cia, a vazao que circula no interior da camara emanipulada, visando dois objetivos. Um deles eo controle da pressao interna, enquanto o outroconsiste na preservacao de uma camada de ar nointerior da camara. A bolha de ar e necessariapara que especies fisostomas possam capturar arsuperficial para a bexiga natatoria e garantir flutu-abilidade. Este procedimento e realizado de formamanual no sistema atual pois, dentre os motivos,existe a necessidade de supervisao humana paramonitorar a saude dos peixes.

Concluıda esta etapa, em seguida ocorre asimulacao efetiva da variacao de pressao. Dois pis-toes de dupla acao, interligados pelas hastes, comacionamento pneumatico, podem excursionar nofundo da camara. Anteriormente a este trabalho,o acionamento era realizado manualmente, atra-ves de 4 valvulas solenoides, Fig. 2, posicionadas

Figura 2: Elementos de medicao e acionamento: val-vulas solenoides (1), sensores analogico (2) e digital depressao (3), pistao pneumatico (4).

Sistema desupervisao

e operacao

Controlador

Camara hıdrica

PistaoTransdutorde pressao

Sistema deacionamentopneumatico

Aquisicao

de dados

Figura 3: Sistema de controle de pressao interna dacamara para estudo de barotrauma.

em vias pressurizadas e configuradas, cada uma,para valores pre-determinados e condizentes comas pressoes necessarias ao teste. Quando acionados,os pistoes pneumaticos deslocam a agua no interiorda camara, reduzindo (aumentando) o volume eaumentando (reduzindo) a pressao interna. Esteprotocolo experimental vem sendo adotado paraestudos de barotrauma (Boys et al., 2016; Brownet al., 2014).

3 Materiais e metodos

O diagrama esquematico da Fig. 3 mostra o fun-cionamento do sistema proposto. O conjunto devalvulas solenoides, com acionamento discreto, foisubstituıdo por uma valvula pneumatica proporci-onal, com acionamento eletronico, e uma valvulapneumatica bidirecional, 5/2 vias. Um transdutorfoi adicionado ao sistema para registrar informa-coes de pressao no interior da camara. O monito-ramento e controle da pressao na camara foi feitopor meio de um sistema de supervisao, contandocom um controlador, integrado na programacao,cujo objetivo e regular, rapidamente e de forma

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eficaz, a pressao desejada no interior da camara.O sistema automatico e essencial na etapa de si-mulacao da variacao de pressao, podendo auxiliarna regulacao durante a aclimatacao. Na sequencia,serao detalhados os blocos da Fig. 3.

3.1 Acionamento e Pistao Pneumatico

O pistao pneumatico apresenta vantagens para estaaplicacao, com relacao aos pistoes eletricos. Nocaso da aclimatacao, na qual e necessario regulara pressao em um valor constante por horas, o pis-tao pneumatico nao sofre com super aquecimento.Na etapa de simulacao do barotrauma, o pistaopneumatico executa velocidades maiores que a ver-sao eletrica, necessarias para acompanhar perfis demudanca de pressao como mostrado na Figura 4.Em aplicacoes diversas, o pistao pneumatico aindaapresenta como vantagens menor custo de imple-mentacao, facil manutencao e razao potencia porpeso elevada. O uso do pistao pneumatico e umdiferencial deste trabalho.

Os pistoes, de haste simples, modelo ISO 6431,100 mm, fabricante Parker, possuem dupla acao,i.e., podem ser pressurizados para avanco e pararetorno. Isso se deve a necessidade de exercerpadroes rapidos tanto na compressao quanto nadescompressao da camara. Para acionamento dopistao, um compressor mantem a linha de alimen-tacao pressurizada, limitada a 10 Bar.

A interface para aquisicao de dados e coman-dos de controle escolhida foi a placa da NationalInstruments, modelo NI USB 6002, com taxa deaquisicao de 20kHz, suficiente para amostrar o pro-cesso, que possui constante de tempo mınima daordem de segundos. Esta interface possui saıdasanalogicas e digitais, necessarias para o aciona-mento do sistema conforme explanado na sequen-cia.

Para regular o sentido desejado, avanco ouretorno, foi utilizada uma valvula pneumatica so-lenoide, 5/2 vias, Parker, serie PVN. Esta valvularecebe um comando digital, controlando o sentidode circulacao do ar comprimido. Este comandoe enviado, por uma das saıda digitais da placade aquisicao, para uma placa eletronica, visandoamplificar o sinal para o patamar de corrente ne-cessaria para comutacao da valvula solenoide.

Por meio de uma das saıdas analogicas umcomando de corrente, na faixa de 4 a 20mA, outensao, na faixa 0 a 5V, e enviado para uma valvulaproporcional reguladora de pressao, modelo P3HP,fabricante Parker Automation. Assim, essa valvularegula a pressao enviada da linha para o cilindro.

Em suma, considerando u(t) a acao calculadapelo controlador, os comandos enviados pela inter-face computacional sao decompostos em:

ua(t) = |u(t)|, ud[k] =

{1, se u(t) ≥ 0

0, se u(t) < 0, (1)

sendo ua(t) o sinal de corrente para a valvulaproporcional e ud[k] o sinal de corrente para aplaca eletronica.

3.2 Transdutor de Pressao e Aquisicao de Dados

Foi utilizado um sensor absoluto de pressao, escalade −1 Bar a 10 Bar, rosca 1/2”, modelo PSI.420, damarca Zurich, acoplado ao fundo da camara. Essesensor foi conectado a uma das entradas analogicasda placa de aquisicao, sendo o sinal condicionadoantes por um filtro anti-aliasing.

3.3 Modelo do Processo e Controlador

Devido a possibilidade de aplicar entradas arbi-trarias ao sistema, optou-se por um processo demodelagem via identificacao. O metodo consisteem coletar dados do sistema, a partir do transdu-tor de pressao, durante a aplicacao de um SinalBinario Pseudo-Aleatorio (PRBS) na entrada. OPRBS possui 300 seg. de duracao e amplitude de1,5 Volts. A amplitude de sinal escolhida se devea pressao mınima de trabalho exigida pelas valvu-las proporcional e comutadora 5/2 vias. Diferentedo degrau unitario, sinal de caracterısticas pobrespara metodos de identificacao, o PRBS proporci-ona uma analise mais completa do comportamentodinamico do sistema. Foi adotada a regra empıricasugerida por Aguirre (2007) para definicao do valordo intervalo entre bits:

τm10≤ T ≤ τm

3(2)

sendo τm a menor constante de tempo de interessee T o menor intervalo para que ocorra mudancano nıvel do sinal. Neste caso adotou-se T = 3.

Tendo em vista a dinamica do sistema ser re-lativamente lenta, quando comparada ao tempo deamostragem, optou-se por um modelo em termosde funcao de transferencia em Laplace. Experimen-tos iniciais indicaram que um modelo de primeiraordem:

G(s, θ) =Ke−σs(αs+ 1)

τs+ 1, (3)

sendo θ = [K,σ, α, τ ] o vetor de parametros a serdeterminado, poderia ser suficiente para descre-ver a dinamica do processo composto por camarae atuador pneumatico na faixa de operacao dosexperimentos.

Desta forma, procedeu-se com um algoritmo deotimizacao nao linear visando resolver o problema(Ljung, 1999):

θ = arg minθ

N∑t=1

[y(t)− y(t|θ)]2 (4)

sendo y(t) a saıda medida e y(t|θ) a saıda simuladapelo modelo, dado que o valor de entrada x(t) erao mesmo para o sistema real e modelo.

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Figura 4: Perfil de passagem pela turbina: a linha tracejada cinzenta representa o caminho tıpico de um peixeatraves da turbina. Em pontilhado, dados de pressao coletados por um sensor em campo. A linha contınuarepresenta valores de pressao simulados em ensaio – fonte (Stephenson et al., 2010).

A funcao de transferencia resultante foi defi-nida por:

G(s) =0,961 (s+ 2,938)

s+ 2,255. (5)

A partir desse modelo, foram elaboradosdois controladores PI, um para o procedimentode aclimacao e outro para o de compressao-descompressao. Isso ocorreu pois no primeiro esta-gio, aclimatacao, o objetivo de controle e regulacaoem torno de um valor de referencia. Ja no segundoestagio, simulacao da variacao de pressao, busca-seseguir uma referencia variante no tempo. Tendoem vista estes objetivos conflitantes (Skogestadand Postlethwaite, 2007) e o fato de ocorrerem emmomentos bastante distintos da experimentacao,optou-se por dois controladores dedicados a cadacaso, ao inves de um unico controlador com estrutura mais complexa ou com dois graus de liberdade.Os controladores projetados por meio de confor-macao de malha sao apresentados na Tabela 1. Nocaso da aclimatacao foi priorizada a rejeicoes adisturbios, enquanto na fase de variacao de pressaofoi priorizado o rastreamento de referencias.

Tabela 1: Controladores PI projetados para asetapas de aclimatacao e de variacao de pressao.

Estagio Kp TiAclimatacao 0,8 0,04Descompressao 0,6 0,02

3.4 Sistema de Supervisao e Operacao

Os sistemas de supervisao permitem que informa-coes de um sistema ou processo sejam monitoradas

e que acoes de controle sobre o mesmo processosejam tomadas. Estes procedimentos sao executa-dos com o auxılio de equipamentos de aquisicao dedados e processamento de sinais.

A analise dos dados durante os experimentoscom a camara e parte fundamental dos testes desimulacao de variacao de pressao. Alem disso,o usuario necessita de acesso as configuracoes dosistema para determinar valores de pressao duranteos experimentos. O sistema de supervisao facilitaa realizacao dessas atividades por usuarios que,em sua maioria, sao leigos em programacao, e,desta forma, se torna uma parte fundamental dotrabalho.

O sistema de supervisao foi desenvolvido atra-ves da plataforma de programacao LabView, de-vido a facilidade de comunicacao com a placa deaquisicao de dados, do mesmo desenvolvedor. Ainterface de programacao e amigavel (em blocos)e possuir recursos que facilitaram a transmissaode informacao para o usuario. Isto permitiu umaremodelagem do sistema ate encontrar um padraofinal agradavel ao usuario.

O sistema de supervisao foi desenvolvidoem janela unica com duas abas que separamos procedimentos de aclimatacao e compressao-descompressao realizados nos testes de analise debarotrauma. Os procedimentos sao realizados emseparado e necessitam de autorizacao do usua-rio para inıcio, que nao pode inicia-los ao mesmotempo. Alem disso, em ambas as janelas, fez-senecessario a adicao de graficos de tendencia, in-dicadores analogicos e digitais com informacoesbasicas. Todas as informacoes podem ser salvas, seo usuario desejar, em formato de relatorio ou emuma planilha de dados em formatos comerciais.

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50 100 150 200

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

pressao[bar]

tempo [seg]

referenciavar. controlada

Figura 5: Comparativo entre pressao medida e refe-rencia: procedimento de aclimatacao.

3.4.1 Aclimatacao

O procedimento de aclimatacao, como dito anteri-ormente, e executado separadamente da simulacaoda compressao-descompressao. Para iniciar o pro-cedimento o usuario deve informar alguns dadoscomo a pressao de aclimatacao e o tempo total deduracao do procedimento. A partir dos dados cole-tados pelo transdutor de pressao, atraves do blocode programacao e a pressao desejada informadapelo usuario, uma sub-rotina e ativada e o contro-lador passa a determinar o sinal de controle a serenviado para a valvula proporcional, tambem porum bloco de programacao que exerce comunicacaocom a placa de aquisicao, de forma a manter apressao desejada constante no interior da camaraate o fim do procedimento. O fim do procedimentoe determinado a partir da comparacao da horaatual real e o horario informado pelo usuario.

3.4.2 Compressao-descompressao

O procedimento de compressao-descompressao foidesenvolvido de forma semelhante ao procedimentode aclimatacao. O usuario deve informar cinco va-lores de pressao que serao utilizadas durante oprocedimento: Pressao de Aclimatacao, Pressaode Pico e Nadir (pressoes maxima e mınima aserem aplicadas durante o procedimento, respec-tivamente), Pressao Pos-Nadir (pressao maximaaplicada apos a simulacao da passagem pela tur-bina hidreletrica), Pressao de Saıda (pressao finaldo procedimento) (Wilde, 2009).

Com os dados informados pelo usuario, umalgoritmo calcula o perfil de pressao, simulandograficos como da Fig.4 e dos dados de analise co-letados do processo manual atual. Em sequenciaa curva gerada e informada como referencia parao controlador e o procedimento e iniciado, finali-zando somente ao fim da aplicacao. Durante todoo procedimento, informacoes de pressao no interiorda camara sao coletadas e apresentadas ao usuarioatraves de graficos e indicadores.

0 5 10 15 20 25 30−0.5

0

0.5

1

1.5

2

pressao[bar]

tempo [seg]

referenciavar. controlada

Figura 6: Comparativo entre pressao medida e refe-rencia: procedimento de compressao-descompresao.

4 Resultados

O sistema foi testado seguindo os protocolos defi-nidos anteriormente. Os experimentos realizadostiveram como objetivo testar o funcionamento ge-ral do arcabouco proposto, alem do desempenhodo sistema de supervisao e a qualidade dos contro-ladores desenvolvidos para ambos estagios.

O primeiro experimento avaliou o procedi-mento de aclimatacao para a aplicacao de 1 Bar nacamara hıdrica por um perıodo de 2:15 minutos.Durante o experimento foi possıvel observar o fun-cionamento satisfatorio da programacao do super-visorio ao executar a tarefa, alem do desempenhosatisfatorio do controlador projetado. O grafico doexperimento pode ser visto na Fig. 5. Analisandoo grafico, pode-se notar que o controlador anularapidamente o erro entre a variavel controlada eo sinal de referencia. As pequenas variacoes desinal ocorridas durante o processo sao resultadodos disturbios devido a atuacao da bomba daguano controle da vazao e manutencao da bolha dear no interior da camara. Com a necessidade depouco esforco de controle para anular o erro noinıcio do procedimento, o sistema levou aproxima-damente 23 seg. para regulacao, o que nao afeta oprocedimento de aclimatacao, que em geral duraalgumas horas.

O segundo experimento avaliou o procedi-mento de compressao-descompressao e o controla-dor projetado para esse fim. A referencia utilizadafoi divida nas seguintes etapas: pressao de acli-matacao = 1 Bar; pressao de pico = 1,7 Bar, pres-sao Nadir = 0,1 Bar, pressao pos Nadir = 1,2 Bar,pressao de saıda = 1 Bar. Nesse experimento foipossıvel observar o comportamento satisfatorio dosistema de supervisao ao se aplicar o sinal atuantee apresentar as informacoes de interesse, alem dodesempenho satisfatorio do controlador projetado.A Fig. 6 apresenta os resultados para o experi-mento. A partir de sua analise e possıvel observarque o controlador conseguiu rastrear a referencia erealizar tanto a compressao quanto a descompres-sao, simulando efetivamente a variacao de pressaoque pode causar barotrauma.

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5 Conclusao

Os resultados apresentados demonstraram a viabi-lidade do acionamento pneumatico e as vantagensdo controle automatico para a experimentacao, emlaboratorio, da variacao de pressao ocorrida emturbinas de usinas hidreletricas. E possıvel concluirque os elementos do sistema (atuadores, sensores,sistema de supervisao e controle) em conjunto pro-porcionaram resultados satisfatorios e suficientes,de forma a substituir com exito o sistema ma-nual para experimentacao. Alem disso, devido aosmenores custos do sistema com acionamento pneu-matico, espera-se que este tipo de plataforma possaser difundido e tornar-se o padrao nas pesquisassobre barotrauma nos diversos grupos de pesquisainternacional, tendo em vista que muitos gruposutilizam-se de pistoes eletricos ou hidraulicos.

Como trabalhos futuros, pretende-se aprimo-rar a modelagem e o controle do sistema, utilizandotecnicas mais avancadas de controle nao linear eidentificacao de sistemas, bem como aprimorar aplataforma de supervisao, operacao, acionamentoe sensoriamento.

Agradecimentos

Trabalho apoiado por: Conselho Nacional de De-senvolvimento Cientıfico e Tecnologico (CNPq),Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal deNıvel Superior (CAPES) e Fundacao de Amparo aPesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG).

Referencias

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XIII Simposio Brasileiro de Automacao Inteligente

Porto Alegre – RS, 1o – 4 de Outubro de 2017

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