O robô Doris corre sobre o trilho durante missão de inspeção das 
instalações de uma plataforma de petróleo (Fotos: Divulgação/Coope)

 

São nomes femininos. E elas são poderosas, sempre prontas a enfrentar as mais adversas condições, a encarar situações e lugares a que nenhum homem foi capaz de chegar. Doris, Luma e Rosa são máquinas, mais precisamente robôs, projetados para tarefas específicas, que poderiam colocar em risco a vida de trabalhadores. No final de agosto, Doris conquistou o prêmio Inovação Tecnológica 2017, da Agência Nacional de Petróleo (ANP), na categoria Inovação Tecnológica desenvolvida no Brasil por instituição credenciada pela ANP em colaboração com empresa petrolífera. Representando a equipe, o professor Ramon Romankevicius Costa, da Coppe/UFRJ, recebeu a premiação em nome do Grupo de Simulação e Controle em Automação e Robótica, em cerimônia realizada no Palácio do Itamaraty, no Rio de Janeiro.

O Grupo de Simulação e Controle em Automação e Robótica, cuja sigla  é GSCAR, reúne três laboratórios do Programa de Engenharia Elétrica da Coppe e os professores Ramon Romankevicius Costa, Liu Hsu (Cientista do Nosso Estado da FAPERJ), Alessandro Jacoud (Jovem Cientista do Nosso Estado da FAPERJ), Eduardo Nunes e Fernando Lizarralde. Dos laboratórios da Coppe, saíram os robôs, desenvolvidos para necessidades específicas. “Por sua flexibilidade em atender diferentes necessidades, é um projeto de grande importância. Com a experiência que adquirimos na concepção e execução do Luma, o primeiro robô construído pela equipe do nosso laboratório, passamos a desenvolver outros modelos, com  diferentes funções e adaptados para atividades distintas. Esse processo nos possibilitou aprimorar os protótipos a cada novo modelo. Conseguimos instrumentalizar todo um sistema puramente mecânico, transformando-o em computacional, e acrescentamos funcionalidades, com elementos como comunicação, sonar, entre outras. Nossos robôs atuam, por exemplo, em locais inalcançáveis para os seres humanos, podendo substituí-los em atividades de risco", explica o professor Ramon Costa.

Atualmente, os modelos híbridos são o mais novo conceito em robótica. “Eles são um misto de robôs autônomos – que levam sua própria energia e são pré-programados, seguindo instruções de um software embutido – com robôs comandados a distância por um operador, que lhes envia instruções por cabo ou por sonar. Os híbridos podem se desligar do comando, agir autonomamente em algumas situações e em seguida voltar ao comando”, explica Alessandro Jacoud. 

Desde o modelo original, criado para inspeção em turbinas de 
hidrelétricas, os robôs passaram por vários aperfeiçoamentos 
específicos, de acordo com a função a ser desempenhada

Desenvolvido originalmente para inspecionar o túnel de adução que conduz as águas da barragem para as turbinas de hidrelétricas, o Luma foi o primeiro robô do grupo. “O nome, que começou como uma brincadeira com a modelo Luma de Oliveira, foi transformado na sigla em inglês para Light underwater mobile asset, ou Luma. Equipado com uma estrutura mecânica, abrigada no interior de um vaso apropriado para suportar a grande pressão sob altas profundidades, ele traz equipamentos eletrônicos acondicionados dentro de um tubo, propulsores, flutuadores e um cabo umbilical que o liga à estação de comando na superfície.

Para alimentar todo esse desempenho, Luma foi dotada de um conjunto de baterias, que a suprem da energia elétrica de que precisa para operar. É comandada da superfície, através de um computador ligado a um cabo de transmissão de dados. Graças a seus sensores e câmeras de vídeo, os operadores vêem em tempo real na tela do computador tudo que é filmado no fundo do mar. “A curiosidade é que, em meio a seus sofisticados equipamentos, o Luma tinha flutuadores de garrafa pet”, diverte-se Jacoud.

O pedido para uma máquina que atuasse sob as condições de frio intenso da Antártica foi o ponto de partida para sua total readaptação. “Como o pessoal da Biologia da universidade queria analisar a fauna e a flora daquela região e investigar uma possível conexão com as águas do sul brasileiro, fizemos vários aprimoramentos para que o Luma pudesse estender sua operação aos mares gelados da Antártica. Foi preciso adaptar os dispositivos eletrônicos para que suportassem baixíssimas temperaturas, fazer o mesmo com a parte mecânica e desenvolver ainda mais certas funcionalidades”, conta o pesquisador. A capacidade de atuar submerso em até 100 metros foi estendida para 400 metros, profundidade em que mergulharia nos mares antárticos. Com isso, o umbilical que liga o robô à estação de comando também foi alongado para a mesma metragem.

“A adaptação do robô para o ambiente da Antártica exigiu muitas modificações no sistema original, que foi projetado para operar em represas. Para a missão, que aconteceu entre novembro a dezembro de 2007, o robô foi todo desmontado para o transporte e remontado na estação, o que exigiu vários ajustes. Houve problemas com a eletrônica, que ainda não tinha sido completamente testada antes do embarque, e os recursos disponíveis para o projeto eram escassos”, lembra o professor Ramon. Ele relata que houve imprevistos em todas as missões, mas o que marcou aquela primeira foi a perda de um flutuador durante um teste preliminar. “Conseguimos colocar um novo flutuador no lugar e tomamos providências para não repetir o erro. O fato é que Luma retornou à Estação Antártica Comandante Ferraz em 2009 e em 2010, tendo sido bastante aprimorado, munido com novos equipamentos, para cada uma dessas viagens”, conta. “O resultado foi que desenvolvemos um know how fantástico. Acompanhando o projeto desde o início, desde sua criação, passando por sua adaptação, nós da equipe nos tornamos capazes de transferir tecnologia de um modelo a outro, aperfeiçoando-os sempre”, conta Jacoud, que à época era bolsista de Doutorado Nota Dez, da FAPERJ, e atualmente é Jovem Cientista do Nosso Estado, tendo sido contemplado em outro programa de fomento da Fundação.

A partir da esq. Alessandro Jacoud, Ramon Costa e Rodrigo
Fonseca com o robô Luma, adaptado para atuar na Antártica

O fato é que o Luma já realizou vários outros mergulhos na região, colhendo informações sobre a fauna e a flora locais para que os pesquisadores do Instituto de Biologia da UFRJ pudessem fazer um censo da vida marinha na Baía do Almirantado. “Nesse sentido, conseguimos dar uma boa contribuição, pois foram realizadas muitas horas de vídeo”, lembra Ramon.  

Nesses dez anos, o robô foi também passando por mudanças significativas: agora pode submergir a profundidades de mil metros, seu cabo umbilical passou a ser de fibra ótica, seus flutuadores são próprios para altas profundidades, sua eletrônica está bem mais sofisticada. “O que antes eram microcontroladores, agora foi substituído por um computador embarcado, capaz de processar imagens de alta definição e com grande capacidade de armazenamento de dados e imagens”, entusiasma-se Jacoud. Por sinal, uma das versões intermediárias do Luma está em exibição no Museu do Amanhã, numa exposição que mostra as invenções nacionais.

Já o premiado Doris, aquele de que falamos no início desse texto, é um robô móvel, desenvolvido pelos pesquisadores da Coppe em parceria com a Petrobras e a Statoil, para o monitoramento de plataformas de petróleo e ambientes similares, que exijam monitoramento e inspeções frequentes para evitar acidentes e perdas de produção. “Doris foi criada inicialmente como um trem, para trabalhar em refinarias e instalações complexas, com muita gente circulando. Como ele percorre a plataforma sobre um trilho, é capaz de passar por entre encanamentos e válvulas, sempre evitando que colida com equipamentos ou com pessoas. À medida que passa por toda a plataforma, vai fazendo medições de temperatura e de pressão, nos pontos em que há necessidade de inspeções, colhendo informações e fazendo comparações entre as imagens que traz gravadas e as que filma ao passar. Com isso, pode-se detectar possíveis problemas, disparando sinais de alarme, que alertam o operador”, explica Jacoud.

Para executar essas tarefas, Doris conta com uma câmera de vídeo e diversos sensores, que a tornam capaz de detectar objetos abandonados, fogo, gás, fumaça e mau funcionamento de equipamentos, entre outras funções. Dotado de um braço robótico, conta com sensores de vibração, de temperatura e de fumaça para auxiliar no trabalho de sensoriamento, inspecionando as máquinas que fazem parte do processo. Seus microfones direcionais podem captar quaisquer ruídos diferentes de funcionamento e fazer disparar os alarmes. Sua câmera de vídeo, sensores e microfones são conectados ao centro de comando da plataforma. “Assim, ele pode realizar suas operações tanto de forma autônoma quanto de modo teleoperado. É uma forma de os operadores detectarem imediatamente qualquer anormalidade”, explica Jacoud. Doris é o resultado de um investimento de R$ 7,3 milhões no projeto, concluído em 2015.

O terceiro robô, Rosa, foi feito para trabalhar em grandes usinas hidrelétricas, como a de Jirau, no rio Madeira na região Norte do País. Ele substitui mergulhadores em uma tarefa arriscada: monitorar a operação de inserção e a retirada de stoplogs, os painéis que fecham a comporta de uma turbina que precisa de manutenção. Como a operação é perigosa para seres humanos, devido ao fluxo de água gerado pelas turbinas vizinhas em funcionamento, entra em cena o robô, que mergulha para verificar se os gigantescos painéis de até 12 toneladas estão descendo ou subindo corretamente.

Segundo Jacoud, todo o conhecimento adquirido com o Luma foi aproveitado no desenvolvimento do Doris, que, por sua vez, também trouxe inovações que foram acrescentadas a modelos subsequentes e ao próprio Luma. “A interação entre os projetos permite que tudo continue se realimentando, promovendo o aprimoramento de todos eles”, conclui.

* Com informações da Assessoria de Comunicação da Coppe/UFRJ

 

http://www.faperj.br/?id=3478.2.1

TT114

Professores do Programa de Engenharia Elétrica: Marcelo Martins Werneck e Regina Célia S. Barros Allil publicam livro sobre Sensores a Fibra Óptica pela SPIE.

SPIE PRESS BOOK • NEW

Fiber Bragg Gratings: Theory, Fabrication, and Applications

Author(s): Marcelo Martins WerneckRegina C. S. B. AllilFábio V. B. de Nazaré

O livro está disponível em formato digital e em hard copy na loja virtual:

https://spie.org/Publications/Book/2286557?&origin_id=x646&SSO=1

Processo Seletivo do Programa de Engenharia Elétrica/COPPE/UFRJ

 

As inscrições de candidatos para o Mestrado ou Doutorado acontecem três vezes por ano. O Processo Seletivo acontece imediatamente após cada período de inscrições, conforme o Cronograma que é apresentado no Anexo do Edital número 548/2017.

O Sistema de Inscrição estará aberto no período de 11/09/2017 a 03/11/2017 para o Processo Seletivo do Programa de Engenharia Elétrica de 2018/1

 

processo seletivo

Rastreador instalado no teto da Coppe acompanha o movimento do Sol e 
concentra a energia dos raios em um feixe interno de fibra óptica, que
transmite a luz para uma sala no interior do prédio
 (Foto: Divulgação) 

 

Um dos países com maior incidência de radiação solar do mundo, o Brasil ainda subaproveita seu potencial natural. Dados do Centro de Pesquisas de Energia Elétrica da Eletrobras (Cepel) mostram que a irradiação solar global no plano horizontal para a Região Nordeste varia entre um mínimo de 4,4 quilowatt-hora por metro quadrado por dia (kWh/m2/dia) e um máximo de 5,8 kWh/m2/dia, de acordo com médias diárias anuais. Para se ter uma ideia, na Alemanha, a líder mundial na geração de energia solar, a média diária anual vai de cerca de 2,9 kWh/m2/dia, no Norte do país, até por volta de 3,8 kWh/m2/dia na parte Sul de seu território.

A geração de energia solar, hoje, no Brasil, corresponde a apenas 0,01% – ou 0,0076% – da capacidade instalada nacional. Os números são da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) que, até agosto de 2015, contabilizava somente 25 usinas solares em todo o País, produzindo até 11.236 quilowatts (kW). Base da matriz energética nacional, a hidroeletricidade responde por 61,6% da produção de energia elétrica, com 1.180 usinas e potencial de geração de até 90 milhões de kW. Já as térmicas à base de combustíveis fósseis, que produzem uma energia mais cara e poluente, geram 18% da eletricidade consumida no País, equivalente a até 26 milhões de kW. Mas esse é um quadro que deve mudar ao longo das próximas décadas.

Em instituições de ciência e tecnologia dentro e fora do País, pesquisadores se mobilizam em busca de soluções para tornar a energia solar mais acessível. No Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Coppe/UFRJ), no campus da Cidade Universitária, na Ilha do Fundão – a mesma que abriga o Parque Tecnológico da UFRJ –, um grupo de pesquisadores vem desenvolvendo um projeto que promete otimizar o uso da energia solar para a iluminação de ambientes em até 80%, tornando-o, assim, mais atraente e vantajoso. Coordenado pelo professor do Programa de Engenharia Elétrica (PEE) da Coppe/UFRJ e do Departamento de Eletrônica e Computação da Escola Politécnica da UFRJ, Marcelo Martins Werneck, o projeto, batizado de POF Lux – em alusão à sigla em inglês Plastic Optical Fibers, material base do sistema –, ganhou fôlego ao ser contemplado, em julho de 2014, no edital Prioridade Rio, da FAPERJ.

Werneck explica que, através de um aparelho composto por rastreadores solares automáticos e lentes de Fresnel, consegue-se concentrar a luz solar nas extremidades dos feixes de fibras ópticas plásticas. A luz focada nas fibras é, então, guiada até o ambiente desejado, onde são distribuídas para obter iluminação adequada. Com isso, tem-se um maior aproveitamento da luz solar durante todo o tempo útil do dia e com menores perdas.

Em paralelo, um painel fotovoltaico também rastreia o sol e, ao se manter acoplado a um banco de baterias para backup, garante o armazenamento da energia para a noite e dias nublados, completando, assim, o sistema de iluminação. “Em cada metro quadrado do chão, nos trópicos, ao meio dia, incide cerca de 1 kW de energia solar. Se toda essa energia pudesse ser convertida em energia elétrica poderíamos acender com ela 10 lâmpadas de 100 watts (W) cada”,  afirma Werneck. 

No entanto, o especialista ressalta que um painel fotovoltaico tem uma eficiência energética de apenas 12% a 15%. Por isso, a energia gerada a partir de um painel de um metro quadrado seria apenas de 150 W. "Grande parte dessa energia se dissipa na forma de calor. Já o sistema de iluminação proposto em nosso projeto não precisa converter a energia luminosa do sol em eletricidade, mas apenas conduzi-la para onde ela é necessária. Assim, com o uso das fibras ópticas e da lente, as perdas são significativamente menores e pode-se obter um rendimento de até 80%", diz o professor da Coppe/UFRJ.

Outro grande diferencial deste sistema de iluminação está no uso da luz solar em substituição à iluminação artificial, causando um forte impacto no consumo de energia, melhorando, assim, a eficiência energética. Sem falar que, comparada à produção de energia elétrica via captação solar pelos painéis fotovoltaicos, o equipamento tem a vantagem de ocupar pequenas áreas.

Parceira intelectual do professor da Coppe no projeto, a pesquisadora do Centro de Tecnologia do Exército (CTEx) e professora colaboradora do Programa de Engenharia Elétrica (PEE) da Coppe, Regina Allil, salienta que uma das vantagens das fibras ópticas plásticas é a possibilidade de trabalhar suas pontas com laser de CO2 (gás carbônico), que permite efetuar centenas de microfuros em suas extremidades possibilitando, assim, que a fibra ilumine lateralmente, distribuindo melhor a luz no ambiente. "Com apenas 120 fibras, conseguimos iluminar naturalmente um escritório de cinco por cinco metros quadrados", calcula Regina. 

Todo o aparelho foi criado dentro do laboratório da Coppe, inclusive o hardware e o software do rastreador, desenvolvidos por Igor Vital Rodrigues, mestrando do PEE, e Alexandre Allil, graduando de Engenharia Elétrica. "Para elaborar o programa, fizemos um estudo da posição do sol nos próximos três anos", contam os estudantes. "Mas o aparelho nos permite ajustá-lo conforme os parâmetros do local a ser implementado, possibilitando seu uso em qualquer cidade do País e do mundo", ressaltam os jovens pesquisadores.

Marcelo Werneck (à esq.) e Alexandre Allil exibem o
aparelho, que capta 
a energia solar (Foto: Divulgação) 


Para funcionar, o rastreador automático usa a energia elétrica, mas os idealizadores do projeto asseguram que o consumo é bastante reduzido. "A cada minuto, para ser capaz de acompanhar o sol, o rastreador anda 1/4 de grau, o que produz um consumo de energia elétrica desprezível", salienta Werneck. A manutenção também é bastante econômica, sendo necessária apenas a limpeza da lente, que tem a função de direcionar a luz do sol para o centro do conjunto de fibras ópticas. "A nossa intenção é que esse seja um sistema popular, barato e de fácil uso", ressalta Regina. Ela esclarece que, embora a lente e as fibras sejam importadas, os componentes, no conjunto, não são caros. Já o motor que alimenta o rastreador é de produção nacional, similar aos usados no limpador de para-brisas de veículos.

"Se considerarmos a produção em escala industrial, o aparelho sairá bem em conta", observa Werneck. "Quanto maior é o diâmetro da lente, mais luz se capta. E quanto mais lentes e fibras se utilizam, amplia-se o local de interesse. Assim, o sistema poderá ser usado também para grandes ambientes, como shoppings e mercados", acrescenta Regina.

Os pesquisadores já desenvolveram um protótipo, que está iluminando uma sala completamente vedada, com luz solar pura. "Este é um sistema funcional e bastante inovador. É gratificante ser um dos desenvolvedores dessa pesquisa", diz Igor. "É importante lembrar que a radiação solar, antes desperdiçada, passa a ser utilizada para gerar energia, levando a uma economia de eletricidade. Sem falar na redução do aquecimento do telhado ou laje, onde o sistema será montado", observa Alexandre.

Segundo os pesquisadores, a única empresa no mundo que adota um sistema de iluminação similar ao projeto dos cientistas da Coppe/UFRJ tem sede no Japão. "Queremos agora atrair também a atenção das empresas brasileiras, pois esse é um projeto comercialmente muito viável", reforça Werneck. 

*Reportagem originalmente publicada em Rio Pesquisa, Ano VIII, Nº 32 (Setembro de 2015)

 

 

Notícia retirada do endereço: http://www.faperj.br/?id=3451.2.0

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