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Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2021. A resistência de aterramento é um dos principais fatores para a análise da segurança elétrica em subestações de energia. A principal componente da resistência de aterramento é a resistividade do solo no qual os eletrodos de aterramento estão implantados. Desta forma, é de extrema importância o conhecimento desse parâmetro para o dimensionamento correto do sistema de aterramento. Porém, não somente os aspectos geológicos do solo afetam o valor de resistividade medido em campo. Muitas subestações de energia estão localizadas em centros urbanos, onde não há o espaçamento adequado e requerido pelos métodos de medição normalizados, ou estão sujeitas a interferências externas. A resistência de aterramento é um parâmetro mais facilmente obtido devido às técnicas já estudadas na literatura, portanto, neste trabalho são exploradas técnicas para a obtenção da resistividade do solo em função deste parâmetro. O primeiro método é dado por uma técnica robusta de simulação numérica, através do Método dos Elementos Finitos. A partir de comparações realizadas entre os resultados das simulações e valores medidos em campo pelo Método da Queda de Potencial é verificado a acurácia e o bom desempenho do modelo proposto. O segundo método é matemático, nomeado como Fórmula de Ventura, possui sua base de concepção as simulações numéricas realizadas. Ele oferece de forma simples e eficaz o valor da resistividade do solo conforme a geometria e resistência da malha de aterramento. Abstract: Grounding resistance is one of the key factors in the analysis of electrical safety in power substations. The main component of the grounding resistance is the resistivity of the soil in which the grounding electrodes are deployed. Thus, it is extremely important to know this parameter for the correct dimensioning of the grounding system. However, not only the geological aspects of the ground affect the resistivity value measured in the field. Many power substations are located in urban centers, where adequate spacing required by standard measurement methods is not available or are subject to external interference. The grounding resistance is a parameter more easily obtained due to the techniques already studied in the literature, therefore, in this work techniques for obtaining the earth resistivity as a function of this parameter are studied. The first method is given by a robust numerical simulation technique, through the Finite Element Method. From comparisons made between the results of the simulations and values measured in the field by the Fall-of-Potential Method, the accuracy and proper performance of the proposed model is verified. The second method is mathematical, called Ventura's Formula, which has its conception base on the numerical simulations performed. It provides, in a simple and effective way, the earth resistivity value according to the geometry and resistance of the ground grid.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017 O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo a partir de parâmetros de circuitos elétricos, que proporcione determinar os campos elétricos emitidos por dispositivos eletrônicos. Para tanto, foram desenvolvidas duas metodologias capazes de atender os objetivos propostos. Na primeira metodologia, os parâmetros elétricos dos circuitos integrados (CI´s) são obtidos através dos modelos IBIS (Input Output Buffer Information Specification), e os parâmetros R, L, C das trilhas são extraídos utilizando software baseado no método dos momentos. Já, na segunda metodologia, os parâmetros elétricos dos CI´s e trilhas são obtidos através da conversão dos valores dos parâmetros S para valores de impedância e a teoria do comportamento não ideal de componentes no domínio da frequência. Para ambas as metodologias, o modelo da comutação interna dos circuitos integrados é considerado e um circuito elétrico é obtido. A partir dos circuitos elétricos obtidos, simulações dos sinais no domínio do tempo e da frequência são realizadas através da Transformada de Fourier. Os valores dos campos elétricos gerados pelos dispositivos eletrônicos são calculados através das harmônicas resultantes da análise de Fourier, em software baseado no método dos elementos finitos, onde um plano de teste é instituído para calcular os valores dos campos. No intuito de validar as metodologias desenvolvidas, ambas foram aplicadas para dispositivos eletrônicos com características de fontes emissoras, e medidas foram realizadas através de um osciloscópio digital, ponteira de campo próximo, célula transverso eletromagnética (GTEM) e receptor de campos. Comparando os resultados obtidos através das simulações e medidas, foi possível verificar uma similaridade entre os valores dos campos elétricos emitidos pelos dispositivos eletrônicos, comprovando a eficácia das metodologias propostas. Abstract: The objective of this work is to develop a model based on electrical circuit parameters that can determine the electric fields emitted by electronic devices. Therefore, two methodologies were developed to meet the proposed objectives. In the first methodology, the electrical parameters of integrated circuits (IC) are obtained through the IBIS models (Input Output Buffer Information Specification), and the R, L, C parameters of the tracks are extracted using software based on the method of moments. In the second methodology, the electrical parameters of the IC and tracks are obtained through the conversion of the S parameters to impedance values, and theory of the non-ideal behavior of components in the frequency domain. For both methodologies, the internal switching model of the integrated circuits is considered, and an electric circuit is obtained. From the electrical circuits obtained, simulations of signals in the time and frequency domain are performed through the Fourier Transform. The values of the electric fields emitted by the electronic devices are calculated through the harmonics resulting from the Fourier analysis, using software based on the finite element method, where a test plane is established to calculate the field values. In the attempt to validate the methodologies developed, they were applied to electronic devices with characteristics of emitting sources, and measurements were performed through a digital oscilloscope, near field probe, transverse electromagnetic cell (GTEM) and field receiver. Comparing the results obtained through the simulations and measurements, it was possible to verify a similarity between the values of the electric fields emitted by the electronic devices, proving the effectiveness of the proposed methodologies.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 O presente trabalho relata o estudo da aplicação das técnicas de medição no espaço livre em uma ampla faixa de frequência, que se extende de 30 MHz até 3 GHz, para a caracterização adequada das propriedades dielétricas dos meios materiais. Foi utilizado um sistema de medição portátil que aplica três métodos distintos, à saber: o Método de Transmissão, o Método de Reflexão, o Método de Reflexão Metálica (Metal Back Method), os quais são técnicas não destrutivas e sem contato na caracterização material. Foi realizada uma série de testes, para a verificação do desempenho e da eficácia de cada um dos métodos implementados. Os resultados obtidos em cada método aplicado são apresentados, analisados e comparados a resultados obtidos na literatura técnica. Para o método de transmissão, observou-se uma resposta adequada, principalmente para os testes em frequências acima de 500 MHz, enquanto, para os métodos de reflexão os sistemas de medição portáteis disponíveis, não foram capazes de obter uma resposta adequada, e um instrumental mais complexo, baseado em laboratório torna-se requerido Abstract: The present work reports the study and application of free space measurement techniques in a wide frequency range, which extends from 30 MHz to 3 GHZ, in order to adequately characterize the dielectric properties of material medium. It was used a measurement system that applies three different methods, such as the Transmission Method, the Reflection Method, Metal Back Method, which are nondestructive and non-contact techniques for material characterization. A number of tests have been realized in order to verify the performance and effectiveness of each method. The results of each method applied are presented, analyzed and compared the results obtained in the technical literature. For the transmission method it was observed an appropriate response, especially for tests at frequencies above 500 MHz, while for the methods of reflection portable measurement systems available, were unable to obtain an adequate response, and an instrumental more complex, based on laboratory becomes required.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 A interferência eletromagnética é um problema no que se refere ao desenvolvimento de produtos eletroeletrônicos. O ambiente doméstico, com o avanço da tecnologia, está susceptível às emissões geradas por vários equipamentos, como por exemplo, o controlador eletrônico de temperatura utilizado em chuveiros. Portanto, entende-se necessária a investigação das emissões eletromagnéticas geradas por estes equipamentos. Neste trabalho, será analisada a emissão conduzida através da utilização de um dispositivo separador de ruídos, como ferramenta de diagnóstico dos componentes de ruídos de modo comum e modo diferencial. Após determinar o modo de ruído predominante, fez-se um projeto de filtro de EMI específico para cada equipamento, como técnica corretiva, deixando-o em conformidade com a norma CISPR. Fez-se a validação dos resultados gerados pelo dispositivo separador através de cálculo analítico, conforme a literatura técnica especializada, comparando os dados. Os resultados das medições demonstram que a proposta de utilizar um dispositivo separador de ruídos pode efetivamente identificar o modo de propagação dominante das emissões conduzidas e minimizar os trabalhos e custos ao aplicar o projeto de filtro de EMI Abstract: Electromagnetic interference is a problem with regard to the development of electronic products. The domestic environment, with the advancement of technology, is likely to emissions generated by various devices, such as electronic temperature controller used in showers. Therefore, it is necessary to investigate the emissions generated by these devices. In this paper, we will analyze the conducted emission by using a noise separator device, as a diagnostic tool for common mode noise and differential mode components. After determining the predominant mode noise, an EMI filter was projected for each specific equipment, a corrective technique, to let it in accordance with the standard CISPR. A validation of the results generated by the device tab was performed through analytical calculation, in order to compare the data. Measurement results show that the use of a device noise separator can effectively identify the dominant mode of propagation for conducted emissions and minimize the work and costs to implement the EMI filter project.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 O principal objetivo deste trabalho é contribuir para a melhoria do desempenho das redes aéreas de distribuição frente às ações das descargas atmosféricas. No entanto, a busca por soluções na melhoria do desempenho de uma rede requer o desenvolvimento de cálculos e análises com um significativo número de variáveis e operações matemáticas, resultando num trabalho difícil e moroso mesmo para especialistas. Assim, o primeiro produto deste estudo foi o desenvolvimento de uma metodologia e ferramenta computacional, passível de ser usada facilmente por projetistas, que os auxilie na escolha pelo padrão de rede que apresente o melhor desempenho para cada uma das condições existentes. Ao contrário dos programas utilizados na análise de transitórios em linhas de transmissão, o programa Lightning Faults for Distribution Lines não requer treinamentos especiais ou operadores especializados e os principais dados de saída são estimativas das taxas de interrupção dos circuitos analisados, que podem ser convertidas em análises técnico-econômicas de projetos de redes de distribuição. O segundo produto originou-se da aplicação deste programa em um grande número de casos reais e os resultados apontaram um elevado índice de interrupções devido às descargas atmosféricas diretas nas redes. Porém, as alternativas de redução de desligamentos por descargas diretas em redes não se apresentam tão simples quanto no caso das tensões induzidas onde o aumento do nível de isolamento e o uso de pára-raios reduzem significativamente seus efeitos. Por este motivo, também faz parte deste trabalho, um estudo sobre a influência das descargas diretas nas redes aéreas de distribuição.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012. RESUMO: Esta pesquisa aborda a conformidade entre medidas de campos eletromagnéticos radiados e os dados oriundos de simulação de um software comercial para uma fonte chaveada desenvolvida especialmente para este trabalho. Um conversor estático abaixador tipo buck foi desenvolvido e analisado a fim de ser testado conforme as normas vigentes de compatibilidade eletromagnética. Características não ideais do mesmo foram investigadas a fim de prover uma melhor base de informações e, por conseguinte, melhores resultados de simulação. Por fim, estes foram comparados com os valores medidos experimentalmente, possibilitando uma avaliação dos softwares utilizados. Os resultados obtidos foram satisfatórios com um erro médio de ±7% no espectro de frequência medido. ABSTRACT: This research aims to evaluate the conformity between measurements of electromagnetic radiated fields and data arising from simulation of a commercial software for a switching power supply designed specifically for this study. A static control power buck converter was developed and analyzed in order to be tested according to current regulations on electromagnetic compatibility. Non ideal characteristics thereof were investigated in order to provide a better basis of information and therefore better simulation results. Finally, they were compared with those measured experimentally providing an assessment of the software used. The results were satisfactory with an average error of ± 7% in the measured frequency spectrum.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 A presente tese versa sobre a avaliação do ambiente eletromagnético em estabelecimentos assistenciais de saúde (EAS), no intuito de promover uma adequada gestão da compatibilidade eletromagnética (EMC) em áreas clínicas de grande inserção tecnológica (ex. hospitais). O trabalho foca em uma abordagem coordenada entre diferentes técnicas de investigação científica, dentre as quais se destacam as técnicas de medição, de simulação numérica e de otimização. Na parte de medição, são apresentados e discutidos em detalhes os métodos e protocolos utilizados para o levantamento e a caracterização completa da propagação de ondas em hospitais. Estas medições são voltadas para três objetivos diferentes, tais como diagnosticar o panorama eletromagnético estabelecido em ambientes clínicos, mensurar as emissões eletromagnéticas originadas individualmente para cada equipamento eletromédico em operação nestes ambientes e, por fim, caracterizar os parâmetros constitutivos das estruturas arquitetônicas que compõem estes ambientes. A partir destas informações elementares é desenvolvida uma modelagem numérica efetiva da propagação de ondas e dos acoplamentos eletromagnéticos estabelecidos no EAS. Na parte de simulação computacional, a ferramenta numérica empregada nesta pesquisa é baseada no método da modelagem por linhas de transmissão (TLM). Todos os processos de modelagem numérica para os equipamentos médicos, para as fontes eletromagnéticas externas, e para as estruturas arquitetônicas presentes no EAS, são sistematicamente apresentados e discutidos. Finalmente, os modelos desenvolvidos são inseridos em uma série de processos de otimização voltados à gestão da EMC em hospitais. O método da Krigagem é aplicado para desenvolver processos de otimização espacial, enquanto o método dos Algoritmos Genéticos é utilizado para desenvolver processos de otimização geométrica. Os resultados obtidos permitem obter a sinergia entre todos os métodos aplicados, de modo a potencializar as suas principais vantagens e suprimir as suas limitações. The current thesis deals with the assessment of electromagnetic environments in health care facilities (HCF), in order to promote an adequate management program for electromagnetic compatibility (EMC) in clinical areas with a large number of technologies (e.g. hospitals). This work surveys a coordinated approach using different techniques of scientific investigation, such as measurement techniques, numerical simulation, and optimization process. Regarding measurement techniques, it is presented a deep overview about the methods and protocols employed to provide a complete evaluation of wave propagation in hospitals. As a rule, these measurements are related to three main goals, such as to diagnose the electromagnetic profile established in clinical environments, to measure electromagnetic emissions originated from each electrometrical equipment within this area, and also to characterize the constitutive parameters of architectural structures composing the building. Based on that information, it is developed an effective numerical modeling of wave propagation and electromagnetic couplings established in the HCF. As far as computational simulation is concerned, the numerical tool engaged in this research is based on the Transmission Line Modeling Method (TLM). The complete development of numerical modeling for medical equipment, external electromagnetic sources, and also the architectural structures in the EAS, are systematically presented and discussed. Finally, all numerical models developed in this work are employed in a number of optimization processes regarding EMC management in hospitals. The Kriging method is mainly applied to develop spatial optimization process, whereas the Genetic Algorithms method is used to develop geometric optimization assessments. The achieved results allow to obtain synergy between all methods applied, in order to explore the potential of most important advantages and suppress its limitations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 O presente trabalho tem como objetivo analisar os fenômenos eletromagnéticos que podem causar interferência eletromagnética (IEM) em circuitos digitais, como por exemplo: diafonia e reflexões, bem como abordar os aspectos econômicos causados por problemas de compatibilidade eletromagnética (CEM). Para tanto, foi desenvolvido um circuito digital com o software Proteus e foram realizadas simulações numéricas utilizando os softwares SIwave e Designer. Os resultados foram comparados com dados experimentais. This paper presents the electromagnetic phenomena that can cause electromagnetic interference (EMI) in digital circuits, such as: crosstalk and reflections. Economical aspects caused by electromagnetic compatibility (EMC) issues on the industry are also addressed. A digital circuit was developted using Proteus software and Numerical simulations using the softwares SIwave and Designer were performed and the results were compared to experimental data.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Este trabalho apresenta um estudo dos problemas da interferência eletromagnética (EMI) nas fontes de alimentação chaveadas para uso comercial. Na primeira parte do trabalho é feito um breve estudo conceitual da compatibilidade eletromagnética (EMC) e das normas aplicáveis. Logo a seguir é apresentado um breve estudo das principais topologias de fontes e como ocorre a interferência eletromagnética, os mecanismos de acoplamento de ruído conduzido e radiado, o comportamento não ideal dos componentes da fonte e o estado da arte atual. Para continuidade do trabalho e execução de ensaios foram escolhidos os conversores #flyback# e #forward#, baseados na popularidade. São dois tipos de fonte chaveada bastante difundidas no mercado, pela simplicidade e facilidade no projeto. Para o conversor do tipo #flyback# são estudadas, projetadas e avaliadas algumas variações topológicas, principalmente no modo de controle das fontes. Em primeiro lugar, com a topologia trabalhando no modo convencional, com freqüência de chaveamento fixa, depois com uma topologia auto-oscilante e, finalmente, com uma topologia quase-ressonante. São observados os efeitos da variação dos tempos de subida e descida do comando dos MOSFETs. É feito um estudo do efeito da variação da freqüência de chaveamento com a fonte trabalhando no modo convencional e com algumas formas construtivas do transformador principal. No caso do conversor #forward#, são feitas algumas variações topológicas, focadas na forma como é feita a desmagnetização do transformador principal. É feito um estudo do comportamento não ideal de alguns componentes da fonte, por meio de simulação. No capítulo final é dada maior ênfase ao acoplamento entre alguns componentes da fonte e são apresentados os resultados do ensaio de um projeto otimizado para a redução de EMI. Como contribuição final é proposto um #roteiro para EMI, aplicado a fontes de alimentação chaveadas# para as duas topologias estudadas até aqui, com uma potência de saída de 60W.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. O presente trabalho teve como objetivo mostrar uma forma de aplicação das ferramentas da metodologia Seis Sigma, em um problema típico da área de compatibilidade eletromagnética. Um refrigerador foi o produto sob estudo sobre o qual todas as conclusões foram obtidas. Inicialmente foram criados um Mapa de Raciocínio e um Mapa de Produto, com o intuito de incentivar o raciocínio crítico sobre o problema e auxiliar na determinação de fatores a serem estudados. Seguidos a esta etapa, foram realizados 3 experimentos planejados chamados DOEs (Design of Experiments), que seguiram uma estrutura de raciocínio sequencial. No primeiro experimento, um estudo do sistema de medição utilizando Cartas de Controle auxiliou na determinação de quais variáveis de resposta seriam observadas. De posse dessa informação, os subsequentes experimentos mostraram e confirmaram que o maior ruído emitido pelo produto era de modo comum, e cujo acoplamento se faz via a carcaça metálica do produto. Nesse contexto, alguns fatores foram estudados tentando obter aprovação na norma apropriada com o menor custo possível, mas, dentro dos limites do trabalho, apenas a utilização de um ferrite de modo comum foi capaz de efetivamente enquadrar o produto na norma. O uso de dois ferrites na Linha e no Neutro também foi uma ferramenta eficaz quanto ao ruído conduzido de mais alta freqüência. De forma geral, o resultado do trabalho mostra que são grandes as oportunidades de aprendizado, quando se utilizam ferramentas estatísticas para tratar de problemas de compatibilidade eletromagnética. This work had the objective to show the application of the Six Sigma methodology tools, in a typical Electromagnetic Compatibility problem. A refrigerator was the product under study, and was the one all the conclusions of the work apply. Initially, a Thought Map and a Product Map were developed with the intent of increasing the usage of critical thinking about the problem, and to aid in the discovery of which factors to use in the subsequent tests. With this information obtained, 3 Design of Experiments (DOE's) were executed in a sequential thinking structure. In the first experiment, a Measurement System Evaluation was done using Control Charts, and it helped to choose which response variables to use in the rest of the work. With this information in hands, the other experiments showed and confirmed that the biggest noise emitted by the product was a common mode noise, and it was coupling through the main communication harness, with the external metal structure of the product. In this context, some factors were better studied to get approval in the applicable standard at the lowest cost possible. Although, with the boundaries this work had, the only truly effective solution was the addition of a common mode ferrite in the ground line. The usage of two inductors in the Line and Neutral also aided in the higher frequency components of the noise. Generically speaking, this work shows some of the great opportunities of knowledge acquisition, when using statistical tools to learn about Electromagnetic Compatibility issues.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. A utilização adequada de campos eletromagnéticos proporciona efeitos benéficos em tratamentos de enfermidades, como no caso do tratamento de neoplasias utilizando a terapia de hipertermia. Esta terapia é utilizada para promover o aumento da temperatura de tecidos biológicos, sendo elevada a níveis que promovem a extinção de células não-saudáveis sem afetar as saudáveis. A hipertermia com campos eletromagnéticos necessita de constantes estudos para aprimorar as variáveis envolvidas. A utilização de um método numérico permite simular casos de meios diversos, com grandezas eletromagnéticas diversas. Neste estudo é considerado o método TLM, o qual resolve indiretamente as equações de Maxwell no domínio do tempo, predizendo o comportamento do campo eletromagnético. Estudos computacionais com o método TLM são limitados em virtude da freqüência dos campos eletromagnéticos adotados. A realização de simulações com o TLM em baixas freqüências requer significativa capacidade de memória e processamento computacional, atualmente inviabilizando as simulações nestes casos. Como uma maneira de contornar tal circunstância, permitindo predizer análises de propagação de campos eletromagnéticos em baixas freqüências, analisa-se de maneira crítica o uso de um arranjo matemático, conhecido como método de escalonamento de freqüência, o qual através do resultado de uma simulação de propagação de campos em uma freqüência alta possibilita predizer o comportamento destes campos em uma freqüência baixa. São também apresentadas análises de simulações com o TLM, possibilitando verificar o comportamento do campo elétrico em meios biológicos em função da freqüência, além de uma modelagem matemática que de maneira generalista descreve tal comportamento, contribuindo com a área do conhecimento.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de um Ensaio de Proficiência através de um Programa de Comparação Interlaboratorial aplicado em dois laboratórios da área de compatibilidade eletromagnética. A exigência deste tipo de atividade em laboratórios de ensaio é um dos mecanismos de controle, exigidos pela Norma NBR ISO/IEC 17025, que estabelece os requisitos gerais para garantia da qualidade em laboratórios de ensaio e calibração. Referente a área de Compatibilidade Eletromagnética, tem se conhecimento de poucos trabalhos de comparação interlaboratoriais realizados em nível nacional e internacional. Esta dissertação apresenta a aplicação de um Ensaio de Proficiência abrangendo nove normas da área de compatibilidade eletromagnética. O trabalho versa sobre ensaios de proficiência, comparação interlaboratorial, cálculos da estimativa de incerteza associada aos ensaios da área, desenvolvimento de artefatos a serem ensaiados e todos os passos pertinentes ao Programa de Comparação executado, desde sua organização até a discussão de seus resultados. This work tackles the development and implementation of a Proficiency Testing by Inter-laboratory Comparison Program applied in two laboratories of electromagnetic compatibility area. The demanding of this sort of activity in testing laboratories is one of the mechanisms for quality control of results, stipulated by the Standard ISO 17025, which establishes the general requirements for the competence of testing and calibration laboratories. Concerning Electromagnetic Compatibility area, only few works are known as achieved in inter-laboratory comparisons at national and international level. This dissertation presents a Proficiency Testing application covering nine standards of electromagnetic compatibility area. The work concerns proficiency testing, inter-laboratory comparisons, uncertainty estimate calculation associated to testing in the area, development of artefacts to be testing and all steps related to the Comparison Program executed, since its organization to its results discussion.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. O foco principal desta tese está dirigido ao estudo e à aplicação do Método da Modelagem por Linhas de Transmissão (TLM) para a caracterização do canal de propagação em ambientes internos. O trabalho aborda também a localização ótima de transmissores, e para isto, é realizado o estudo de dois métodos matemáticos: o Método da Correlação Espacial (Método da Krigagem) e o Método dos Algoritmos Genéticos. São apresentados os detalhes fundamentais do TLM em sua versão bidimensional e tridimensional, para o uso em meios não-homogêneos e com perdas. São abordados os principais fenômenos da interação onda / estrutura, assim como são propostas soluções viáveis para a realização de cálculos de mapeamento eletromagnético e otimização da localização de transmissores em ambientes internos. O caráter inédito deste trabalho é centrado no desenvolvimento de uma técnica, baseada no uso do TLM e do Método da Krigagem, para o auto-planejamento de sistemas internos de radiocomunicação através de uma temática simples, prática, clara e eficiente. Nove exemplos de aplicação são apresentados para avaliação da capacidade da técnica desenvolvida, priorizando a análise de casos onde os métodos tradicionais são ineficientes. Os resultados das simulações foram altamente satisfatórios, mostrando assim a eficácia dos métodos como ferramenta de cálculo e solução destes tipos de problemas. The main focus of this dissertation is related to the applications of the Transmission Line Modeling Method (TLM) in order to characterize indoor radio propagation channels. This work also leads with the optimal transmitters locations in indoor environments, and for these analysis, two mathematical methods were applied: the Spatial Correlation Meta-Model (Kriging) and the Genetic Algorithms Method. The main aspects of TLM are presented for bi-dimensional and tri-dimensional evaluations applied to non-homogeneous media with losses. The main phenomena about the wave / structure interactions are illustrated and after that viable solutions are proposed for the success of electromagnetic mapping and optimal transmitter's location in indoor environments. The central point of this work is concerned with the development of a technique based on the use of the TLM and the Kriging Method for the auto-planning of indoor radio communication systems. Nine examples of applications are givem to show the developed technique potentialities, specially for cases where traditional methods are inefficient. The simulations results had been highly satisfactory showing the effectiveness of the methods as tools to provide solutions for these kinds of problems.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. A crescente inserção de tecnologia eletroeletrônica em estabelecimentos assistenciais de saúde (EAS), seja como equipamentos terapêuticos, de diagnóstico ou até mesmo suporte vital, tem sido vista como a grande responsável pelo aumento dos níveis de energia eletromagnética emitidos ao ambiente hospitalar. Dessa forma, quando a energia eletromagnética presente no ambiente atinge um determinado nível crítico, fica estabelecida uma situação que é propícia para o aparecimento de dois fenômenos indesejados: a interferência eletromagnética (EMI) em equipamentos médicos e os riscos biológicos (RBL) em seres vivos. Assim, uma importante ferramenta para promover a compatibilidade eletromagnética e evitar o aparecimento destes fenômenos é o conhecimento características eletromagnéticas presentes nestes ambientes. O objetivo deste trabalho é justamente diagnosticar o comportamento eletromagnético estabelecido em ambientes de grande inserção tecnológica como, por exemplo, o encontrado em centros cirúrgicos, através de uma série de medições in loco das grandezas eletromagnéticas envolvidas nestes meios (campos elétricos, campos magnéticos, ruídos conduzidos). Com base nestas medidas é realizada uma avaliação crítica de modo a comparar a situação estabelecida nos EAS e os níveis limites de segurança preconizados por organismos competentes, tanto para EMI quanto para RBL. Como resultado desta análise, começa a existir um maior discernimento quanto a real situação do ambiente eletromagnético encontrado em EAS nacionais, e assim, permite a definição de diretrizes mais eficientes para implementação de programas de gestão tecnológica que são direcionados para a verdadeira necessidade destes hospitais. The increased use of electroelectronic technologies within health care facilities (HCF) such as therapeutic, diagnostic or even life support equipments, has been seen as the great responsible for the improvement of electromagnetic energy emitted to the clinical environment. In such circumstances, when the electromagnetic energy present in the environment reaches a certain critical level, it's established a dangerous situation where two undesirable phenomenons can take place, both electromagnetic interference (EMI) in medical equipments and biological risks (RBL) in living beings. Thus, the knowledge of electromagnetic characteristics shown by these environments can represent an important tool in order to promote electromagnetic compatibility and avoid the appearance of undesirable phenomenon. Therefore, this work aims to diagnose the electromagnetic profile established in critical areas, such as operating rooms, through a number of in loco measurement concerning electromagnetic quantities presented by this environment (electric field, magnetic field, conducted noise). Moreover, a critical evaluation is performed in order to compare the established situation within HCF and the safety levels prescribed by regulatory organizations regarding EMI as well as RBL. As a result of this assessment, a better understanding about the real situation concerning the electromagnetic environment in HCF can be achieved, allowing clinical engineers to define better directives in order to implement a management program which is adequate to the real need of these hospitals.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. O Estado de Santa Catarina, com seu clima subtropical, é atingido anualmente por um elevado número de descargas atmosféricas provenientes das inúmeras trovoadas que se formam em seu território. Isto resulta em grandes prejuízos tanto para a CELESC, principal concessionária de energia do Estado como para a sociedade em geral. Este trabalho contempla a fase inicial de um projeto de pesquisa implantado com o objetivo de propor soluções técnicas e econômicas para a redução das interrupções de energia elétrica devido às descargas atmosféricas. Objetivando obter o maior número de informações possíveis para a tomada de decisões de forma regionalizada, optou-se por realizar os seguintes trabalhos: Amplo diagnóstico levantando características tanto do sistema como do ambiente onde o mesmo está inserido; Ensaios de laboratório com o objetivo de avaliar os reais níveis de isolamento das estruturas; Medições em campo que permitiram a confecção de um mapa de resistividades; Levantamento dos principais custos das interrupções que poderão subsidiar decisões técnicas e econômicas; Desenvolvimento de uma planilha de cálculo, a partir de pesquisa bibliográfica, para análise e interpretação de resultados e proposta de soluções. Os resultados mostram que o sistema CELESC de distribuição pode ser dividido em 5 regiões com diferentes tipos de redes e características geográficas. Os índices de interrupção observados mostraram-se muito diferentes dos calculados pelos métodos matemáticos existentes, e fatores tais como religamentos, desligamentos com causa ignorada, fator de blindagem e extinção espontânea de arco, devem ser estudados. Comparando-se dados, com observações em campo e cálculos teóricos conclui-se que grande parte das interrupções do sistema está ocorrendo por ação de descargas diretas na rede sugerindo que a solução do problema vai além do simples aumento do nível de isolamento das Estruturas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Os níveis de Interferência Eletromagnética (EMI) gerada por uma rede PLC, devido ao número limitado de testes já efetuados, ainda são pouco conhecidos no Brasil. Basicamente, o tema pode ser dividido em duas partes: A interferência provocada pela rede PLC em outros sistemas que compartilham o mesmo ambiente operacional e aquela provocada por outros sistemas licenciados causando distúrbios na operação de um sistema PLC. O primeiro caso se relaciona diretamente ao nível dos sinais interferentes que o organismo de regulação determinará como limite para operação dos sistemas PLC e o segundo caso se refere à redução do espectro disponível para a PLC causado pela interferência gerada por outros sistemas, implicando em taxas de transmissão muito baixas, e inviabilizando assim sua implantação. Considerando o provável público-alvo dessa aplicação, a implantação da PLC se viabilizará em locais de grande concentração urbana onde já existem outros sistemas operando na mesma faixa de frequência. Portanto, o prévio conhecimento do comportamento de uma rede PLC se revela de extrema importância para o sucesso da tecnologia. Diante disto, o objetivo principal deste trabalho é fornecer subsídios técnicos que comprovem a aplicabilidade da PLC em áreas internas a edificações, também conhecida como aplicações indoor da tecnologia Power Line Communication.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. O presente trabalho apresenta uma proposta de predição eletromagnética de ambientes indoor baseada no Método da Modelagem por Linhas de Transmissão (TLM). Na primeira etapa da pesquisa é feito o cálculo da distribuição espacial do campo elétrico em um modelo bidimensional de um ambiente típico urbano, o qual é iluminado por ondas eletromagnéticas provenientes de diferentes transmissores de comunicação em radiofreqüência (RF), atuando simultaneamente. Obtidos os valores dos níveis de campo elétrico na região, é verificado o ambiente em relação às diretrizes e normas de exposição humana a campos de RF. Na segunda etapa dos trabalhos, é apresentada uma propósta de cálculo de perdas em ambientes indoor com a utilização do método numérico TLM. Para isso, uma sala comercial é modelada. Os diferentes meios materiais constituintes do ambiente são levados em conta. Um sinal é transmitido em um ponto determinado e seu nível é obtido a partir do TLM em outros pontos da sala, medindo assim a perda do sinal através do método numérico. Os valores são comparados com um método estatístico para a validação dos resultados. Em ambos os estudos, o TLM mostrou-se uma ferramenta poderosa, apresentando resultados válidos, mediante a modelagem numérica de ambientes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de técnicas para a redução da interferência eletromagnética (EMI) em fontes chaveadas. As fontes chaveadas podem ser caracterizadas como geradoras inerentes de EMI. A EMI gerada pela fonte chaveada pode interferir na própria fonte chaveada e em equipamentos, elétricos ou eletrônicos, que estejam próximos. Existem normas que regulam a EMI gerada por uma fonte chaveada. Assim, tanto do ponto de vista técnico quanto do ponto de vista legal, pode-se perceber que é necessária a aplicação de técnicas para a redução da EMI. Estas técnicas podem ser divididas em duas classes. A primeira classe é a das técnicas preventivas, que consistem basicamente em utilizar as técnicas de redução da EMI desde as primeiras etapas do projeto da fonte (leiaute, elementos, disposição). A segunda classe é a das técnicas corretivas, que consistem no uso de filtros de EMI tanto na entrada da alimentação quanto no próprio circuito da fonte. Através dos resultados experimentais apresentados pode-se verificar que uma redução efetiva da EMI somente foi obtida quando da aplicação em conjunto das duas classes de técnicas de redução da EMI.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Os problemas com a Interferência Eletromagnética (EMI- Eletromagnetic Interference) em conversores estáticos e a preocupação em resolve-los não é algo novo. Porém, freqüentemente são utilizadas técnicas como filtros e blindagem que visam mais evitar a propagação para fora do conversor do que evitar a sua geração. Estas técnicas deveriam ser utilizadas somente quando outras técnicas não fossem suficientemente eficientes para colocar os equipamentos em conformidade com as normas. Portanto, é necessário um conhecimento mais profundo das causas (fontes) e dos caminhos de propagação que levam a EMI para fora do conversor, para se poder aplicar mais eficientemente as técnicas de redução de EMI. Esta tese, visando ajudar a compreensão dos mecanismos que envolvem a compatibilidade associada a conversores estáticos, primeiro mostra a necessidade do estudo destes conversores do ponto de vista da EMC. Em seguida preocupa-se com os princípios fundamentais da EMC, aplicando-os nos referidos conversores. Por fim usa uma ferramenta de simulação numérica para fazer a análise destes conversores, comparando os resultados obtidos com resultados experimentais. Esta comparação mostra a validade do uso da simulação como instrumento no estudo da Interferência Eletromagnética aplicada aos conversores estáticos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. A regulamentação nacional e internacional sobre limitação da exposição à radiação eletromagnética não resolve a polêmica sobre efeito biológico da radiação de radiofreqüência, por outro lado tem havido muita discussão, pesquisa e indicativos de que mesmo em níveis abaixo dos limites estabelecidos nas normas existe risco biológico dessa radiação. Muitas cidades brasileiras têm legislado sobre limitação a campos eletromagnéticos, muitas vezes sem justificativa plausível. Em 02 de Julho de 2002, o Conselho Diretor da Agência Nacional de Telecomunicações, ANATEL, aprovou a Resolução no 303, sobre a limitação da exposição à radiação eletromagnética, o que começa a resolver parte da discussão. Como contribuição ao equacionamento da polêmica, o presente estudo revisa a literatura e pesquisas sobre os efeitos biológicos da radiação eletromagnética, analisa a elaboração das normas e as definições de seus limites, bem como realiza medição do campo eletromagnético em um ambiente urbano típico brasileiro, uma cidade de médio porte - Florianópolis; contribuindo, não para a solução do problema, mas para seu sensato encaminhamento. Por fim, conclui ser necessária a observância aos limites das regulamentações, pela avaliação in loco dos níveis de campo eletromagnético, através do permanente monitoramento, bem como que a continuidade da pesquisa sobre efeitos biológicos, deixe o plano das especulações, para definições mais precisas e viáveis para a sociedade tecnológica.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. O foco principal dos estudos do presente trabalho está dirigido ao desenvolvimento e implementação do método da modelagem numérica por Linhas de Transmissão (TLM) e à aplicação do mesmo em problemas de interação dos campos de radiofreqüência (RF) com os meios biológicos. São apresentados em detalhes os aspectos fundamentais das versões bi e tridimensionais do método TLM tradicional. É realizada a implementação de malhas irregulares (do tipo graded mesh) para as duas topologias TLM-2D, contornando assim as limitações impostas pelo aspecto geométrico da malha tradicional. Os algoritmos são adaptados para o tratamento de meios com perdas, obtendo-se um equacionamento que garante a simulação de inúmeros problemas de propagação de ondas eletromagnéticas em estruturas de geometria arbitrária, sempre que os meios sejam lineares, isotrópicos e não dispersivos. São abordados também os principais aspectos teóricos do fenômeno da interação dos campos de RF com os meios biológicos. Para a modelagem no domínio do tempo de fenômenos envolvendo meios dispersivos, é estudada a formulação TLM modificada (2D e 3D), utilizando técnicas de Transformada Z. O método assim reformulado permite a manipulação direta no domínio do tempo das equações com parâmetros dependentes da freqüência. O equacionamento do TLM dispersivo é condicionado para o tratamento de meios dielétricos de primeira ordem (materiais de Debye), que é o caso dos meios biológicos. Três exemplos de aplicações em bioeletromagnetismo são estudadas para testar as potencialidades do TLM. Os resultados das simulações foram altamente satisfatórios, mostrando assim a eficácia do método como ferramenta de cálculo para a modelagem deste tipo de problema.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. : O interesse nas propriedades elétricas de materiais biológicos data de mais de um século. Contudo, a análise teórica de grandezas e propriedades em tecidos biológicos por métodos analíticos somente é possível em modelos muito simplificados. Esta tese baseia-se no desenvolvimento de um método numérico especialmente projetado para permitir a modelagem de agregados de células e tecidos, representando com fidelidade as características elétricas do meio em dimensões celulares e descrevendo com precisão as propriedades macroscópicas em grandes volumes de tecido. A técnica baseia-se na solução da equação de continuidade, em um espaço discretizado com elementos de volume retangulares, e modela o transporte elétrico no meio através de um circuito equivalente constituído de elementos concentrados, como capacitâncias, condutâncias e fontes de corrente. Esta técnica é denominada de Método do Circuito Equivalente (MCE), e foi concebida como tendo duas abordagens que se complementam: o modelo em escala celular e o modelo em escala de tecido. Esta tese demonstra a versatilidade e potencialidade do método para analisar diferentes aspectos do comportamento elétrico de tecidos. Com base nos resultados obtidos propomos que o MCE deve se tornar uma importante ferramenta na pesquisa em bioeletromagnetismo, bem como no planejamento de terapias baseadas na eletro-estimulação biológica.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Este trabalho está voltado ao estudo de fenômenos ligados à compatibilidade eletromagnética através do uso de modelos numéricos de discretização no domínio do tempo. O texto pode ser dividido em duas partes principais. A primeira apresenta uma comparação dos principais métodos empregados para a solução numérica de problemas da área e aprofunda-se na formulação do método TLM-TD (Transmission-line Modeling Method - Time Domain). Este método é detalhado em suas versões unidimensional, bidimensional e tridimensional. Especial cuidado é dedicado à formulação tridimensional, onde são abordados problemas como a heterogeneidade do meio, presença de perdas e tratamento de malhas irregulares. Uma segunda parte deste trabalho é dedicado à implementação, validação e aplicação de um algoritmo baseado na formulação tridimensional do método TLM-TD para a análise de problemas ligados à compatibilidade eletromagnética. A validação preliminar do algoritmo desenvolvido é feita através da comparação com valores analíticos para problemas de propagação de ondas em meios homogêneos e heterogêneos com perdas. O algoritmo assim validado, é então empregado na análise da efetividade de blindagem de gabinetes metálicos dotados de fendas (slots) e aberturas. Finalmente, são analisadas várias configurações de aterramento impulsivo, investigando-se fluxos de corrente e potenciais nos condutores e na superfície do solo. Vários destes casos têm seus resultados comparados com outras referências.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico O campo elétrico em um ponto no espaço é de intensidade e direção variável conforme altere o valor do potencial escalar da linha de transmissão, com alimentação senoidal. O valor eficaz do campo elétrico é de intensidade única ao longo do tempo e fornece o valor máximo. Para se calcular o valor possuem representação de número complexo, com uma parte real e outra imaginária. Apresenta-se o cálculo do campo elétrico eficaz em 2D gerado por linhas de transmissão através do comum método de simulação de cargas e do, não tão comum, método de elementos finitos utilizando o potencial escalar elétrico complexo e da densidade de corrente elétrica em casos 2D e axissimétricos utilizando o método de elementos físicos. Apresentação dos efeitos sobre seres vivos dos campos elétricos e magnéticos. Valores de campo elétrico calculados através dos dois métodos são comparados com valores medidos, comcluindo-se pela eficácia do método de elementos finitos utilizando o potencial escalar elétrico complexo. O cálculo da densidade de corrente elétrica é continuidade do cálculo do campo elétrico, facilmente obtido no método de elementos finitos. Com o cálculo da corrente em 2D, nota-se que pessoas mais sensíveis poderiam perceber diretamente a existência do campo elétrico pela intensidade de corrente induzida. Da revisão bibliográfica dos efeitos dos campos elétricos e magnéticos sobre seres humanos, evidencia-se a incerteza em relação às conseqüências dos mesmos, apesar de que em crianças ocorre leucemia.