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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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  • AUTOMAÇÃO DE UM SISTEMA PARA SIMULAÇÃO EM LABORATÓRIO DAPASSAGEM DE PEIXES POR TURBINAS HIDRÁULICAS

    Victor Ricardo F. Miranda∗, João Pedro H. Sansão∗, Mário 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 automação de uma montagem em laboratório, desenvolvida para simularvariações de pressão, as quais peixes são expostos durante a passagem por turbinas hidráulicas. O sistemas emula,em uma câmara hipo-hiperbárica, a rápida descompressão a qual os espécimes são submetidos, visando quantificara probabilidade de barotrauma em peixes. A variação de pressão é realizada por meio de um pistão pneumático,posicionado na base da câmara e controlado por computador, que modifica o volume no interior da câmara. Osresultados obtidos foram satisfatórios, permitindo a substituição dos experimentos realizados de forma manuale supervisionada. A montagem proposta, em conjunto com experimentações de campo, podem contribuir parainvestigações relacionadas aos impactos ambientais da energia hidrelétrica.

    Palavras-chave— Controle pneumático; Automação; Barotrauma; Conservação da ictiofauna;

    1 Introdução

    Avanços tecnológicos, desenvolvimento econômicoe aumento populacional têm demandado energiaelétrica. No páıs, a participação das fontes renová-veis na oferta de energia elétrica, um subconjuntoda matriz energética, é predominante, com des-taque para a geração hidráulica, responsável pormais de 80% do total (Secretária de Energia Elé-trica, 2017). Esta produção ainda deve crescercerca de 38 % até 2020 (Empresa de Pesquisa Ener-gética, 2011). No contexto mundial, uma tendênciade aumento da participação da geração hidráulicatambém é observada (Zarfl et al., 2015).

    Embora renovável e não poluente, a implanta-ção de estruturas h́ıdricas, como barragens, repre-sas e vertedouros, acarretam diversos impactos am-bientais. Tais estruturas tiveram papel importanteno decĺınio dos peixes de água doce em todo mundo(Dudgeon et al., 2006). Os impactos de estruturash́ıdricas na biodiversidade aquática são proeminen-tes em espécies migratórias, devido a necessidadede locomoção para desova e desenvolvimento emdiferentes localidades (Suzuki et al., 2016), pois ser-vem como obstáculos para o fluxo migratório, res-tringindo tanto o deslocamento ascendente quantodescendente (Silva et al., 2012).

    Figura 1: Câmara hipo-hiperbárica usada para si-mulação da descompressão rápida sofrida por peixesdurante a passagem por turbinas hidráulicas.

    Outro problema preocupante, associado à pas-sagem por estruturas h́ıdricas, é o barotrauma,causado pela rápida descompressão (Brown et al.,2014). Pesquisas sobre barotrauma são necessá-rias para orientar a concepção e implantação denovas máquinas, visando estruturas que minimi-zem as injúrias. Grupos em todo mundo vemestudando o problema utilizando estratégias seme-lhantes, tendo em vista a magnitude do impactonessas regiões (Boys et al., 2016; Baumgartneret al., 2014). Como mostrado na Fig. 1, câmaras

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  • hipo-(pressão decrescente) e hiperbáricas (pressãocrescente), são geralmente utilizadas, em laborató-rio, para simulação da variação de pressão sofridapelos peixes em turbinas, visando reproduzir ascondições de campo. Em suma, o controle de pres-são no interior da câmara selada é realizado pormeio da compressão/descompressão da água, pormeio de pistões. O usuário pode inserir um perfilde pressão desejado como sendo uma referênciapara o sistema de controle automático, reprodu-zindo as condições enfrentadas durante a passagempor turbinas hidráulicas.

    Neste trabalho, o objetivo foi desenvolver umsistema computacional para controle da pressãointerna em uma câmara hipo-hiperbárica selada, jáexistente no grupo de pesquisa, conforme ilustradopela Fig. 1. Atualmente, o sistema é comandadode forma discreta com acionamento manual. Destaforma, a automação do sistema irá permitir aogrupo de pesquisa maior flexibilidade na investiga-ção do barotrauma em peixes, uma vez que seráposśıvel simular diversas condições de campo, pormeio da mudança do perfil de pressão usado comoreferência do processo. Além disso, existem as van-tagens inerentes da automação do sistema, no quedizem respeito a maior confiabilidade e repetibili-dade nos experimentos, bem como a possibilidadede armazenamento dos dados experimentais, paraanálise posterior.

    2 Descrição do processo

    O processo de simulação da variação de pressãoem turbinas hidráulicas consiste em duas etapas.Na primeira etapa, chamada aclimatação, após omanejo para captura e transporte do espécime aolaboratório, o mesmo é inserido na câmara seladae mantido sob pressão constante por várias horas.Isso se justifica para atingir condição de flutuabili-dade neutra, como ocorre em seu habitat antes dapassagem pela estrutura h́ıdrica. Por meio de umabomba dágua, acionada por inversor de frequên-cia, a vazão que circula no interior da câmara émanipulada, visando dois objetivos. Um deles éo controle da pressão interna, enquanto o outroconsiste na preservação de uma camada de ar nointerior da câmara. A bolha de ar é necessáriapara que espécies fisóstomas possam capturar arsuperficial para a bexiga natatória e garantir flutu-abilidade. Este procedimento é realizado de formamanual no sistema atual pois, dentre os motivos,existe a necessidade de supervisão humana paramonitorar a saúde dos peixes.

    Conclúıda esta etapa, em seguida ocorre asimulação efetiva da variação de pressão. Dois pis-tões de dupla ação, interligados pelas hastes, comacionamento pneumático, podem excursionar nofundo da câmara. Anteriormente a este trabalho,o acionamento era realizado manualmente, atra-vés de 4 válvulas solenóides, Fig. 2, posicionadas

    Figura 2: Elementos de medição e acionamento: vál-vulas solenoides (1), sensores analógico (2) e digital depressão (3), pistão pneumático (4).

    Sistema desupervisão

    e operação

    Controlador

    Câmara h́ıdrica

    PistãoTransdutorde pressão

    Sistema deacionamentopneumático

    Aquisição

    de dados

    Figura 3: Sistema de controle de pressão interna dacâmara para estudo de barotrauma.

    em vias pressurizadas e configuradas, cada uma,para valores pré-determinados e condizentes comas pressões necessárias ao teste. Quando acionados,os pistões pneumáticos deslocam a água no interiorda câmara, reduzindo (aumentando) o volume eaumentando (reduzindo) a pressão interna. Esteprotocolo experimental vem sendo adotado paraestudos de barotrauma (Boys et al., 2016; Brownet al., 2014).

    3 Materiais e métodos

    O diagrama esquemático da Fig. 3 mostra o fun-cionamento do sistema proposto. O conjunto deválvulas solenoides, com acionamento discreto, foisubstitúıdo por uma válvula pneumática proporci-onal, com acionamento eletrônico, e uma válvulapneumática bidirecional, 5/2 vias. Um transdutorfoi adicionado ao sistema para registrar informa-ções de pressão no interior da câmara. O monito-ramento e controle da pressão na câmara foi feitopor meio de um sistema de supervisão, contandocom um controlador, integrado na programação,cujo objetivo é regular, rapidamente e de forma

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  • eficaz, a pressão desejada no interior da câmara.O sistema automático é essencial na etapa de si-mulação da variação de pressão, podendo auxiliarna regulação durante a aclimatação. Na sequência,serão detalhados os blocos da Fig. 3.

    3.1 Acionamento e Pistão Pneumático

    O pistão pneumático apresenta vantagens para estaaplicação, com relação aos pistões elétricos. Nocaso da aclimatação, na qual é necessário regulara pressão em um valor constante por horas, o pis-tão pneumático não sofre com super aquecimento.Na etapa de simulação do barotrauma, o pistãopneumático executa velocidades maiores que a ver-são elétrica, necessárias para acompanhar perfis demudança de pressão como mostrado na Figura 4.Em aplicações diversas, o pistão pneumático aindaapresenta como vantagens menor custo de imple-mentação, fácil manutenção e razão potência porpeso elevada. O uso do pistão pneumático é umdiferencial deste trabalho.

    Os pistões, de haste simples, modelo ISO 6431,100 mm, fabricante Parker, possuem dupla ação,i.e., podem ser pressurizados para avanço e pararetorno. Isso se deve à necessidade de exercerpadrões rápidos tanto na compressão quanto nadescompressão da câmara. Para acionamento dopistão, um compressor mantém a linha de alimen-tação pressurizada, limitada a 10 Bar.

    A interface para aquisição de dados e coman-dos de controle escolhida foi a placa da NationalInstruments, modelo NI USB 6002, com taxa deaquisição de 20kHz, suficiente para amostrar o pro-cesso, que possui constante de tempo mı́nima daordem de segundos. Esta interface possui sáıdasanalógicas e digitais, necessárias para o aciona-mento do sistema conforme explanado na sequên-cia.

    Para regular o sentido desejado, avanço ouretorno, foi utilizada uma válvula pneumática so-lenóide, 5/2 vias, Parker, série PVN. Esta válvularecebe um comando digital, controlando o sentidode circulação do ar comprimido. Este comandoé enviado, por uma das sáıda digitais da placade aquisição, para uma placa eletrônica, visandoamplificar o sinal para o patamar de corrente ne-cessária para comutação da válvula solenóide.

    Por meio de uma das sáıdas analógicas umcomando de corrente, na faixa de 4 a 20mA, outensão, na faixa 0 a 5V, é enviado para uma válvulaproporcional reguladora de pressão, modelo P3HP,fabricante Parker Automation. Assim, essa válvularegula a pressão enviada da linha para o cilindro.

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

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

    {1, se u(t) ≥ 00, se u(t) < 0

    , (1)

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

    3.2 Transdutor de Pressão e Aquisição de Dados

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

    3.3 Modelo do Processo e Controlador

    Devido a possibilidade de aplicar entradas arbi-trárias ao sistema, optou-se por um processo demodelagem via identificação. O método consisteem coletar dados do sistema, a partir do transdu-tor de pressão, durante a aplicação de um SinalBinário Pseudo-Aleatório (PRBS) na entrada. OPRBS possui 300 seg. de duração e amplitude de1,5 Volts. A amplitude de sinal escolhida se deveà pressão mı́nima de trabalho exigida pelas válvu-las proporcional e comutadora 5/2 vias. Diferentedo degrau unitário, sinal de caracteŕısticas pobrespara métodos de identificação, o PRBS proporci-ona uma análise mais completa do comportamentodinâmico do sistema. Foi adotada a regra emṕıricasugerida por Aguirre (2007) para definição 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 mudançano ńıvel do sinal. Neste caso adotou-se T = 3.

    Tendo em vista a dinâmica do sistema ser re-lativamente lenta, quando comparada ao tempo deamostragem, optou-se por um modelo em termosde função de transferência 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 parâmetros a serdeterminado, poderia ser suficiente para descre-ver a dinâmica do processo composto por câmarae atuador pneumático na faixa de operação dosexperimentos.

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

    θ̂ = arg minθ

    N∑t=1

    [y(t)− ŷ(t|θ)]2 (4)

    sendo y(t) a sáıda medida e ŷ(t|θ) a sáıda 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 t́ıpico de um peixeatravés da turbina. Em pontilhado, dados de pressão coletados por um sensor em campo. A linha cont́ınuarepresenta valores de pressão simulados em ensaio – fonte (Stephenson et al., 2010).

    A função de transferência 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 aclimação e outro para o de compressão-descompressão. Isso ocorreu pois no primeiro está-gio, aclimatação, o objetivo de controle é regulaçãoem torno de um valor de referência. Já no segundoestágio, simulação da variação de pressão, busca-seseguir uma referência variante no tempo. Tendoem vista estes objetivos conflitantes (Skogestadand Postlethwaite, 2007) e o fato de ocorrerem emmomentos bastante distintos da experimentação,optou-se por dois controladores dedicados a cadacaso, ao invés de um único controlador com estrutura mais complexa ou com dois graus de liberdade.Os controladores projetados por meio de confor-mação de malha são apresentados na Tabela 1. Nocaso da aclimatação foi priorizada a rejeições adistúrbios, enquanto na fase de variação de pressãofoi priorizado o rastreamento de referências.

    Tabela 1: Controladores PI projetados para asetapas de aclimatação e de variação de pressão.

    Estágio Kp TiAclimatação 0,8 0,04Descompressão 0,6 0,02

    3.4 Sistema de Supervisão e Operação

    Os sistemas de supervisão permitem que informa-ções de um sistema ou processo sejam monitoradas

    e que ações de controle sobre o mesmo processosejam tomadas. Estes procedimentos são executa-dos com o aux́ılio de equipamentos de aquisição dedados e processamento de sinais.

    A análise dos dados durante os experimentoscom a câmara é parte fundamental dos testes desimulação de variação de pressão. Além disso,o usuário necessita de acesso às configurações dosistema para determinar valores de pressão duranteos experimentos. O sistema de supervisão facilitaa realização dessas atividades por usuários que,em sua maioria, são leigos em programação, e,desta forma, se torna uma parte fundamental dotrabalho.

    O sistema de supervisão foi desenvolvido atra-vés da plataforma de programação LabView, de-vido a facilidade de comunicação com a placa deaquisição de dados, do mesmo desenvolvedor. Ainterface de programação é amigável (em blocos)e possuir recursos que facilitaram a transmissãode informação para o usuário. Isto permitiu umaremodelagem do sistema até encontrar um padrãofinal agradável ao usuário.

    O sistema de supervisão foi desenvolvidoem janela única com duas abas que separamos procedimentos de aclimatação e compressão-descompressão realizados nos testes de análise debarotrauma. Os procedimentos são realizados emseparado e necessitam de autorização do usuá-rio para ińıcio, que não pode inicia-los ao mesmotempo. Além disso, em ambas as janelas, fez-senecessário a adição de gráficos de tendência, in-dicadores analógicos e digitais com informaçõesbásicas. Todas as informações podem ser salvas, seo usuário desejar, em formato de relatório 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

    pressão[bar]

    tempo [seg]

    referênciavar. controlada

    Figura 5: Comparativo entre pressão medida e refe-rência: procedimento de aclimatação.

    3.4.1 Aclimatação

    O procedimento de aclimatação, como dito anteri-ormente, é executado separadamente da simulaçãoda compressão-descompressão. Para iniciar o pro-cedimento o usuário deve informar alguns dadoscomo a pressão de aclimatação e o tempo total deduração do procedimento. A partir dos dados cole-tados pelo transdutor de pressão, através do blocode programação e a pressão desejada informadapelo usuário, uma sub-rotina é ativada e o contro-lador passa a determinar o sinal de controle a serenviado para a válvula proporcional, também porum bloco de programação que exerce comunicaçãocom a placa de aquisição, de forma a manter apressão desejada constante no interior da câmaraaté o fim do procedimento. O fim do procedimentoé determinado a partir da comparação da horaatual real e o horário informado pelo usuário.

    3.4.2 Compressão-descompressão

    O procedimento de compressão-descompressão foidesenvolvido de forma semelhante ao procedimentode aclimatação. O usuário deve informar cinco va-lores de pressão que serão utilizadas durante oprocedimento: Pressão de Aclimatação, Pressãode Pico e Nadir (pressões máxima e mı́nima aserem aplicadas durante o procedimento, respec-tivamente), Pressão Pós-Nadir (pressão máximaaplicada após a simulação da passagem pela tur-bina hidrelétrica), Pressão de Sáıda (pressão finaldo procedimento) (Wilde, 2009).

    Com os dados informados pelo usuário, umalgoritmo calcula o perfil de pressão, simulandográficos como da Fig.4 e dos dados de análise co-letados do processo manual atual. Em sequênciaa curva gerada é informada como referência parao controlador e o procedimento é iniciado, finali-zando somente ao fim da aplicação. Durante todoo procedimento, informações de pressão no interiorda câmara são coletadas e apresentadas ao usuárioatravés de gráficos e indicadores.

    0 5 10 15 20 25 30−0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    pressão[bar]

    tempo [seg]

    referênciavar. controlada

    Figura 6: Comparativo entre pressão medida e refe-rência: procedimento de compressão-descompresão.

    4 Resultados

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

    O primeiro experimento avaliou o procedi-mento de aclimatação para a aplicação de 1 Bar nacâmara h́ıdrica por um peŕıodo de 2:15 minutos.Durante o experimento foi posśıvel observar o fun-cionamento satisfatório da programação do super-visório ao executar a tarefa, além do desempenhosatisfatório do controlador projetado. O gráfico doexperimento pode ser visto na Fig. 5. Analisandoo gráfico, pode-se notar que o controlador anularapidamente o erro entre a variável controlada eo sinal de referência. As pequenas variações desinal ocorridas durante o processo são resultadodos distúrbios devido a atuação da bomba dáguano controle da vazão e manutenção da bolha dear no interior da câmara. Com a necessidade depouco esforço de controle para anular o erro noińıcio do procedimento, o sistema levou aproxima-damente 23 seg. para regulação, o que não afeta oprocedimento de aclimatação, que em geral duraalgumas horas.

    O segundo experimento avaliou o procedi-mento de compressão-descompressão e o controla-dor projetado para esse fim. A referência utilizadafoi divida nas seguintes etapas: pressão de acli-matação = 1 Bar; pressão de pico = 1,7 Bar, pres-são Nadir = 0,1 Bar, pressão pós Nadir = 1,2 Bar,pressão de sáıda = 1 Bar. Nesse experimento foiposśıvel observar o comportamento satisfatório dosistema de supervisão ao se aplicar o sinal atuantee apresentar as informações de interesse, além dodesempenho satisfatório do controlador projetado.A Fig. 6 apresenta os resultados para o experi-mento. A partir de sua análise é posśıvel observarque o controlador conseguiu rastrear a referência erealizar tanto a compressão quanto a descompres-são, simulando efetivamente a variação de pressãoque pode causar barotrauma.

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  • 5 Conclusão

    Os resultados apresentados demonstraram a viabi-lidade do acionamento pneumático e as vantagensdo controle automático para a experimentação, emlaboratório, da variação de pressão ocorrida emturbinas de usinas hidrelétricas. É posśıvel concluirque os elementos do sistema (atuadores, sensores,sistema de supervisão e controle) em conjunto pro-porcionaram resultados satisfatórios e suficientes,de forma a substituir com êxito o sistema ma-nual para experimentação. Além disso, devido aosmenores custos do sistema com acionamento pneu-mático, espera-se que este tipo de plataforma possaser difundido e tornar-se o padrão nas pesquisassobre barotrauma nos diversos grupos de pesquisainternacional, tendo em vista que muitos gruposutilizam-se de pistões elétricos ou hidráulicos.

    Como trabalhos futuros, pretende-se aprimo-rar a modelagem e o controle do sistema, utilizandotécnicas mais avançadas de controle não linear eidentificação de sistemas, bem como aprimorar aplataforma de supervisão, operação, acionamentoe sensoriamento.

    Agradecimentos

    Trabalho apoiado por: Conselho Nacional de De-senvolvimento Cient́ıfico e Tecnológico (CNPq),Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal deŃıvel Superior (CAPES) e Fundação de Amparo àPesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG).

    Referências

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    XIII Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente

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

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