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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2006.tde-02052006-103459
Documento
Autor
Nome completo
Rodrigo Alvite Romano
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2006
Orientador
Banca examinadora
Saraiva, Antonio Mauro (Presidente)
Garcia, Claudio
Leonardi, Fabrizio
Título em português
Modelagem e controle de CO2 em câmaras de topo aberto utilizadas em estudos de fisiologia vegetal.
Palavras-chave em português
câmaras de topo aberto
CO2
identificação de sistemas
mudanças climáticas
preditor de Smith
Resumo em português
As atividades sócio-econômicas vêm provocando alterações nocivas ao meio ambiente que atualmente assumem proporções mundiais. Graças à maciça utilização de combustíveis fósseis para a geração de energia e às crescentes práticas de desmatamento e queimadas das florestas, a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera vem aumentando drasticamente. Como este gás é o principal responsável pelo efeito estufa, ele tem grande importância nos estudos e na mitigação do aquecimento global. Para justificar o seqüestro de carbono como um dos caminhos para ajudar na solução deste problema, muitos estudos vêm sendo realizados para avaliar os efeitos nas plantas de uma maior concentração desse gás. As câmaras de topo aberto (OTC, do inglês, open top chambers) são estruturas propícias para tais estudos, pois permitem o controle da concentração de CO2 interno sem que outros fatores climáticos como temperatura, umidade e luminosidade sejam demasiadamente alterados. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema para controlar o nível de CO2 no interior de uma OTC. Em termos de instrumentação eletrônica, foram instalados um sensor de CO2 e uma válvula proporcional, integrados a uma placa de aquisição de dados. Um modelo linear relacionando o CO2 na câmara ao sinal elétrico aplicado à válvula proporcional foi obtido aplicando-se técnicas de Identificação de Sistemas aos dados experimentais coletados com o processo operando em malha aberta. Este modelo foi utilizado no projeto de um controlador com compensação de tempo morto, baseado na estrutura de um preditor de Smith. O desempenho do sistema projetado foi analisado através de simulações, antes de implementá-lo na forma de um instrumento virtual. Os testes mostraram que o sistema manteve a concentração de CO2 na câmara próxima do valor de referência (720 ± 35 ppm) mesmo diante de distúrbios externos criados propositadamente durante os ensaios.
Título em inglês
Modelling and control of CO2 in open-top chambers used on vegetal physiology researches.
Palavras-chave em inglês
climate change
CO2
open-top chambers
Smith predictor
system identification
Resumo em inglês
The harmful changes to the environment caused by socio-economic activities are now spread worldwide. Due to the massive use of fossil fuels for energy generation, to the increase in deforestation and forest burning, the carbon dioxide (CO2) concentration in the atmosphere has drastically increased. As this gas is the main responsible for the greenhouse effect, it has great importance for the studies and the mitigation of global warming. In order to justify carbon sequestration as an alternative to help solve this problem, many studies have been conducted to evaluate the effect of a greater concentration of this gas on plants. Open-top chambers (OTCs) are well suited for such studies, because they allow the control of the internal CO2 concentration without significantly modifying other environmental factors such as temperature, humidity and luminosity. This work aimed to develop a system to control the CO2 level inside an OTC. In terms of electronic instrumentation, a CO2 sensor and a proportional valve, integrated to a data acquisition board, were used. A linear model relating CO2 in the chamber to the electric signal applied to the proportional valve was obtained applying System Identification techniques to the experimental data collected from the process operating in open-loop mode. This model was used in the project of a controller with dead time compensation, based on the Smith Predictor structure. The performance of the projected system was analyzed through simulations, before implementing it in the form of a virtual instrument. The tests showed that the system kept the CO2 concentration of the chamber near the set-point (720 ± 35 ppm) even in the presence of external disturbances purposely created during the experiments.
 
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FichaCatPandora.pdf (61.87 Kbytes)
PandOTC.pdf (2.76 Mbytes)
Data de Publicação
2006-05-05
 
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