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Centro Regional Sul
ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE
RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA
(UFSM
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
E
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE - UMA APLICAÇÃO AO PROJETO
NANOSATC-BR2
RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA(PIBIC/CNPq/INPE)
Viktor Leon Bizarro Dutra FSM – Bolsista PIBIC/INPE – CNPq/MCTI
E-mail: dutra.aero@gmail.com
Dr. Nelson Jorge Schuch Orientador
Centro Regional Sul de Pesquisas EspaciaisCRS/INPE – MCTIC
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE - MCTIC
E-mail: njschuch@lacesm.ufsm.br
Junho de 2016
MCTIC
ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM UMA APLICAÇÃO AO PROJETO
RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA
CNPq/MCTIC)
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Centro Regional Sul
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO Título:
ANÁLISE MODAL,NANOSATELITE
Processo:124355/2015-3
Aluno Bolsista no período de
Vikto Leon Bizarro DutraAcadêmico do Curso de Centro de TecnologiaUniversidade Federal de Santa Maria
Orientador:
Dr. Nelson Jorge SchuchCentro Regional Sul d
Co-Orientador: Dr. Eng. Otávio S. C. DurãoInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Colaboradores:
Artur Gustavo SlongoAcadêmico do Curso de Engenharia Aeroespacial Alex Muller Acadêmico do Curso de Engenharia Elétrica da UFSM Guilherme Paul JaenischBacharel em Engenharia
Lorenzzo Quevedo MantovaniAcadêmico do Curso de Engenharia Rodrigo Passos MarquesAcadêmico do Curso de Tiago Travi FariasAcadêmico do Curso de
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE - UMA APLICAÇÃO AO PROJETO
NANOSATC-BR2
Aluno Bolsista no período de Agosto/15 a Julho/16 Vikto Leon Bizarro Dutra Acadêmico do Curso de Engenharia Aeroespacial
de Tecnologia – CT/UFSM Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Dr. Nelson Jorge Schuch Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais - CRS/INPE – MCTI
Dr. Eng. Otávio S. C. Durão Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE/MCTIC
Artur Gustavo Slongo urso de Engenharia Aeroespacial da UFSM
Acadêmico do Curso de Engenharia Elétrica da UFSM
Guilherme Paul Jaenisch Bacharel em Engenharia Mecânicapela UFSM
Lorenzzo Quevedo Mantovani do Curso de Engenharia Aeroespacial da UFSM
Rodrigo Passos Marques êmico do Curso de Engenharia Mecânica da UFSM
Tiago Travi Farias Curso de Engenharia de Produção da UFSM
MCTIC
ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM UMA APLICAÇÃO AO PROJETO
MCTIC
Centro Regional Sul
Locais de Trabalho/Execução do Projeto:
• Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais
• Laboratório de – MCTIC
Trabalho desenvolvido no Laboratório de Ciências Espaciais de Santa Maria
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
Locais de Trabalho/Execução do Projeto:
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE – MCTI
Laboratório de Mecânica Fina, Mecatrônica e Antenas - LAMEC
Trabalho desenvolvido no âmbito da Parceria e Convênio: INPE/MCTLaboratório de Ciências Espaciais de Santa Maria – LACESM/CT – UFSM.
MCTIC
MCTIC
LAMEC/CRS/INPE
âmbito da Parceria e Convênio: INPE/MCTIC – UFSM, pelo UFSM.
Centro Regional Sul
Agradeço à equipe de
este projeto de pesquisa. Faço
Nelson Jorge Schuch, Pesquisador Titular Sênior
Espaciais – CRS/INPE – MCTI
em meu potencial e me gar
Programa NANOSATC-BR, Desenvolvimento de
Agradeço ao Programa Institucional de Bolsas
PIBIC/INPE – CNPq e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico – CNPq, bem como a
CNPq/MCTIC pela aprovação do Projeto de Pesquisa, o qual me possibilitou a começar no
ramo da pesquisa, Iniciação Científica, Tecnológica & Inovação, com um crescimento
só profissional, mas também
Aos servidores do
Nacional de Pesquisas Espaciais
atenção que sempre me foram cedidos.
Aos amigos, companheiros e
deram muito apoio e para investir
futuro.
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
AGRADECIMENTOS
equipe de colaboradores que ajudaram de alguma forma a desenvolver
Faço um agradecimento especial ao meu orientador e mentor Dr.
Pesquisador Titular Sênior III do Centro Regional Sul de Pesquisas
MCTIC, que com muita disposição deu suporte e apoio, acreditou
potencial e me garantiu essa grande esplendorosa oportunidade de participar do
BR, Desenvolvimento de CubeSats.
o Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica
CNPq e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
CNPq, bem como ao Coordenador do Programa PIBIC
pela aprovação do Projeto de Pesquisa, o qual me possibilitou a começar no
ramo da pesquisa, Iniciação Científica, Tecnológica & Inovação, com um crescimento
mas também pessoal.
Aos servidores do Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais,
Nacional de Pesquisas Espaciais e da Universidade Federal de Santa Maria
que sempre me foram cedidos.
amigos, companheiros e familiares, de quem muito dependo e que sempre
para investir nos meus estudos e atividades, minhas deci
MCTIC
e alguma forma a desenvolver
um agradecimento especial ao meu orientador e mentor Dr.
III do Centro Regional Sul de Pesquisas
deu suporte e apoio, acreditou
oportunidade de participar do
de Iniciação Científica –
CNPq e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
o Coordenador do Programa PIBIC/INPE –
pela aprovação do Projeto de Pesquisa, o qual me possibilitou a começar no
ramo da pesquisa, Iniciação Científica, Tecnológica & Inovação, com um crescimento não
onal Sul de Pesquisas Espaciais, do Instituto
e da Universidade Federal de Santa Maria pelo apoio e
, de quem muito dependo e que sempre
minhas decisões e meu
Centro Regional Sul
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
MCTIC
Centro Regional Sul
Este Relatório Final de Projeto
apresenta os estudos e atividades realizadas e desenvolvidas pelo bolsista
Bizarro Dutra, no período de Agosto de 2015 à
“ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES DE LANÇAMENTO EM UM
NANOSATELITE - UMA APLICAÇÃO
O principal objetivo do presente trabalho é apresentar os resultados de análises de
modos de vibração relacionados a estrutura rígida de um
NANOSATC-BR2. Foram aplicados conceitos de Vibrações Mecânicas
Solidos, além dossoftwares para construção do modelo
NANOSATC-BR2 e a interpretação de dados colhidos para o desenvolv
Foi realizada também uma
dar suporte ao conhecimento do aluno, uma vez que o projeto foi iniciado
técnico. Os dados dessa simulação matemática devem ser corroborado
no Modelo de Engenharia no período de Integração e Testes do satélite.
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
RESUMO
Relatório Final de Projeto de Iniciação Científica –
apresenta os estudos e atividades realizadas e desenvolvidas pelo bolsista
no período de Agosto de 2015 à Julho de 2016, referentes ao Projeto
ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES DE LANÇAMENTO EM UM
UMA APLICAÇÃO AO PROJETO NANOSATC-
principal objetivo do presente trabalho é apresentar os resultados de análises de
modos de vibração relacionados a estrutura rígida de um CubeSat 2U, aplicando ao Projeto
BR2. Foram aplicados conceitos de Vibrações Mecânicas
softwares para construção do modelo estrutural simplificado d
BR2 e a interpretação de dados colhidos para o desenvolv
também uma revisão bibliográfica para caracterizar termos técnicos e
dar suporte ao conhecimento do aluno, uma vez que o projeto foi iniciado
. Os dados dessa simulação matemática devem ser corroborados
no Modelo de Engenharia no período de Integração e Testes do satélite.
MCTIC
PIBIC/CNPq/INPE
apresenta os estudos e atividades realizadas e desenvolvidas pelo bolsista Viktor Leon
Julho de 2016, referentes ao Projeto
ANÁLISE MODAL, ESTUDO DE VIBRAÇÕES DE LANÇAMENTO EM UM
-BR2”.
principal objetivo do presente trabalho é apresentar os resultados de análises de
2U, aplicando ao Projeto
BR2. Foram aplicados conceitos de Vibrações Mecânicas e Mecânica de
estrutural simplificado do projeto
BR2 e a interpretação de dados colhidos para o desenvolvimento do projeto.
caracterizar termos técnicos e
dar suporte ao conhecimento do aluno, uma vez que o projeto foi iniciado sem um suporte
s em um teste físico
Centro Regional Sul
LISTA DE IMAGENS ................................
LISTA DE TABELAS ................................
INTRODUÇÃO ................................
CAPÍTULO 1 ................................
PROGRAMA NANOSATC-1 - INTRODUÇÃO ................................
1.1 –Projeto NANOSATC
1.2 – Projeto NANOSATC
CAPÍTULO 2 ................................
TESTES DE VIBRAÇÕES REALIZADOS2 INTRODUÇÃO ................................
2.1 Objetivos ................................
2.2 Resultados................................
CAPÍTULO 3 ................................
ANÁLISE MODAL NANOSATC3 INTRODUÇÃO ................................
3.1 Resultados da Analise Modal para o NCBR
CAPÍTULO 4 ................................
4 ATIVIDADES RELEVANTES
CAPÍTULO 5 ................................
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
SUMÁRIO
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
-BR, DESENVOLVIMENTO DE CUBESATS ................................................................................................................................................................
Projeto NANOSATC-BR1 ................................................................................................
Projeto NANOSATC-BR2 ................................................................................................
................................................................................................................................
REALIZADOS NO NANOSSATÉLITE NCBR-1 ................................................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
NANOSATC-BR2 ................................................................................................................................................................................................................................
Analise Modal para o NCBR-2 ................................................................
................................................................................................................................
TIVIDADES RELEVANTES DESENVOLVIDAS PELO BOLSISTA ................................
................................................................................................................................
................................................................................................
NCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................
MCTIC
..................................... 8
...................................... 8
.............................................. 10
.................................................. 11
........................................ 11
..................................... 11
......................................... 11
........................................ 12
.................................................. 14
.................................... 14
....................................... 14
..................................... 15
................................... 15
.................................................. 17
................................... 17
....................................... 17
........................................... 17
.................................................. 19
................................................................ 19
.................................................. 20
....................................................... 20
.......................................... 21
Centro Regional Sul
FIGURA 1: CHECAGEM FUNCIONAL E OPERACION FIGURA 2: MODELO DE ENGENHARIA DA PLATAF
PELA ISIS ................................ FIGURA 3 - TESTE DE MESA DO NCB FIGURA 4 REPRESENTAÇÃO DE UM P FIGURA 5 – RESULTADO DA ANÁLISE
NCBR2 ................................
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
ÍNDICE DE IMAGENS
UNCIONAL E OPERACIONAL DO NCBR1 ................................
ENGENHARIA DA PLATAFORMA 2U DO NANOSATC................................................................................................................................
TESTE DE MESA DO NCBR1 NO EQUIPAMENTO SHAKE ................................
ÃO DE UM P-POD [6] ................................................................
RESULTADO DA ANÁLISE DE ALGUNS MODOS DA ESTRUTURA SIMPLIFICAD................................................................................................................................
MCTIC
................................................... 12
ORMA 2U DO NANOSATC-BR2 FABRICADA .............................................. 13
................................................ 14
....................................................... 15
STRUTURA SIMPLIFICADA DO ................................................... 18
Centro Regional Sul
TABELA 1 – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO
TABELA 2 – ESPECIFICAÇÕES TÉCNI
TABELA 3 – DADOS OBTIDOS NO
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
ÍNDICE DE TABELAS
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO TESTE DE VIBRAÇÃO SENOIDAL
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO TESTE DE VIBRAÇÃO RANDÔMICA
DADOS OBTIDOS NO SOFTWARE ANSYS ................................................................
MCTIC
TESTE DE VIBRAÇÃO SENOIDAL.... 16
ÃO RANDÔMICA ............ 16
...................................... 18
Centro Regional Sul
Este Relatório descre
ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE
PROJETO NANOSATC-
2015 até Julho de 2016. A
acadêmico do curso de Engenharia Aeroespacial
UFSM, bolsista no Programa PIBIC
O Programa "NANOSATC
projetos vigentes: NANOSATC
fundamental desses projetos é
CubeSats, e sistemas de hardware e software, cujo fornecedor é a empresa holandesa
ISL/ISIS, com o intuito de capacitar
Projeto NCBR1, lançado em 2014, obteve sucesso em todas as missões planejadas
enquanto o Projeto NCBR2 aguar
em 2017.
O Plano de Pesquisa
estipulou metas até então pouco aventuradas
ao longo do processo. É relevante ressaltar que o bolsista determinou o projeto e es
metas, mesmo sabendo da sua capacidade de tratar o t
correspondentes aos 3º, 4º e 5º períodos do Curso de Engenharia Aeroespacial
Descritos a seguir estão os 5 capítulos em que o relatório é apresentado.
O Capítulo 1 aborda o Programa NANOSATC
explicando seus objetivos de realização
apresenta os projetos NCBR
O Capítulo 2 apresenta
nanossatélite NCBR1, os objetivos e resultados deste
O Capítulo 3 contempla os
modelagem tridimensional
O Capítulo 4 descreve as principais atividades desenvolvidas ao longo do período
O Capítulo 5 abrange
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
INTRODUÇÃO
elatório descreve as atividades realizadas no Projeto “ANÁLISE MODAL,
ESTUDO DE VIBRAÇÕES EM UM NANOSATELITE - UMA APLICAÇÃO AO
-BR2”, (Processo nº124355/2015-3), com vigência de Agosto de
. As atividades foram realizadas por Viktor Leon Bizarro Dutra,
curso de Engenharia Aeroespacial, da Universidade Federal de S
rograma PIBIC/INPE – CNPq no CRS/INPE-MCTI
NANOSATC-BR, Desenvolvimento de CubeSats
: NANOSATC-BR1 (NCBR1) e NANOSATC-BR2 (NCBR2).
desses projetos é uma missão espacial baseada na aquisição de
e sistemas de hardware e software, cujo fornecedor é a empresa holandesa
intuito de capacitar Recursos Humanos na área Espacial
, lançado em 2014, obteve sucesso em todas as missões planejadas
NCBR2 aguarda para realizar testes e após ser lançado, com e
esquisa teve seu enfoque principal no Projeto N
estipulou metas até então pouco aventuradas, mas que poderiam ser muito bem trabalhadas
É relevante ressaltar que o bolsista determinou o projeto e es
metas, mesmo sabendo da sua capacidade de tratar o tema sem os conceitos básicos
3º, 4º e 5º períodos do Curso de Engenharia Aeroespacial
estão os 5 capítulos em que o relatório é apresentado.
aborda o Programa NANOSATC-BR, Desenvolvimento de
explicando seus objetivos de realização e sua importância a nível científico e
NCBR1 e NCBR2;
apresenta um panorama dos testes de vibração realizados no
, os objetivos e resultados deste.
contempla os dados obtidos para um CubeSat
modelagem tridimensional e a simulação computacional.
descreve as principais atividades desenvolvidas ao longo do período
abrange considerações finais sobre o projeto realizado e desenvolvido
MCTIC
ANÁLISE MODAL,
UMA APLICAÇÃO AO
com vigência de Agosto de
Viktor Leon Bizarro Dutra,
, da Universidade Federal de Santa Maria –
MCTIC.
" tem dois grandes
BR2 (NCBR2). O objetivo
acial baseada na aquisição de nanossatelites,
e sistemas de hardware e software, cujo fornecedor é a empresa holandesa
na área Espacial. O CubeSat do
, lançado em 2014, obteve sucesso em todas as missões planejadas,
ser lançado, com expectativa
NANOSATC-BR2 e
, mas que poderiam ser muito bem trabalhadas
É relevante ressaltar que o bolsista determinou o projeto e estipulou
ema sem os conceitos básicos
3º, 4º e 5º períodos do Curso de Engenharia Aeroespacial na UFSM
estão os 5 capítulos em que o relatório é apresentado.:
Desenvolvimento de CubeSats,
a nível científico e acadêmico e
um panorama dos testes de vibração realizados no
CubeSat 2U utilizando a
descreve as principais atividades desenvolvidas ao longo do período;
considerações finais sobre o projeto realizado e desenvolvido;
Centro Regional Sul
PROGRAMA NANOSATC
1 - Introdução
O Programa NANOSATC
parceria entre o INPE/MCT
Pesquisas Espaciais do INPE. O Programa consiste em adquirir um nanossatélite, padrão
CubeSat (100mm de aresta e máximo 1,33kg por unidade
objetivo principais:
- A Capacitação de Recur
instrumentação espacial, para que possam desenvolver pesquisas e estud
missão (desde planejamento
- Capacitação Tecnológica das Instituições parceiras do
desenvolvimentos nas áreas de
- Monitoramento e estudos na parte da Anomalia Magn
AMAS e do Eletrojato Ionosférico Equatorial;
Atualmente o Programa conta com dois grandes Projetos principais: Projeto NCBR1
e NCBR2.
1.1 – Projeto NANOSATC
O Projeto NANOSATC
nanossatélite, do padrão CubeSat
em órbita se tornou no primeiro
foi lançado em junho de 2014 e
brasileiro lançado com sucesso e a transmitir informações
espacial. Os alunos de graduação
ocorrem na sede do INPE, no Laboratório de Integração e Testes
O Projeto conta com
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
CAPÍTULO 1
PROGRAMA NANOSATC-BR, DESENVOLVIMENTO DE CUBESAT
Programa NANOSATC-BR, Desenvolvimento de CubeSats,
parceria entre o INPE/MCTIC e a UFSM e é desenvolvida no Centro Regional Sul de
do INPE. O Programa consiste em adquirir um nanossatélite, padrão
(100mm de aresta e máximo 1,33kg por unidade – denominada
ão de Recursos Humanos – capacitar estudantes de graduação com
instrumentação espacial, para que possam desenvolver pesquisas e estud
desde planejamento, testes, e lançamento ao monitoramento e coleta de dados
Capacitação Tecnológica das Instituições parceiras do Programa, as quais podem ter
as áreas de: ciências, engenharias e tecnologia;
Monitoramento e estudos na parte da Anomalia Magnética do Atlântico Sul
e do Eletrojato Ionosférico Equatorial;
Programa conta com dois grandes Projetos principais: Projeto NCBR1
Projeto NANOSATC-BR1
O Projeto NANOSATC-BR1 inicia com a aquisição de duas plataformas de
CubeSat – 1U, e que com o sucesso de seu lançamento e operação
em órbita se tornou no primeiro Nanossatélite Científico Brasileiro – NCBR1. O NCBR1
foi lançado em junho de 2014 e ainda está em órbita, sendo o primeiro nanossatélite
com sucesso e a transmitir informações científicas coletadas em órbita
. Os alunos de graduação da UFSM participaram da parte de integração e testes que
, no Laboratório de Integração e Testes – LIT, Figura 1
conta com duas missões:
MCTIC
CUBESATS
s, é resultado de uma
C e a UFSM e é desenvolvida no Centro Regional Sul de
do INPE. O Programa consiste em adquirir um nanossatélite, padrão
denominada U), tendo como
capacitar estudantes de graduação com
instrumentação espacial, para que possam desenvolver pesquisas e estudos referentes a
e coleta de dados);
Programa, as quais podem ter
ética do Atlântico Sul –
Programa conta com dois grandes Projetos principais: Projeto NCBR1
duas plataformas de
e que com o sucesso de seu lançamento e operação
NCBR1. O NCBR1
, sendo o primeiro nanossatélite
científicas coletadas em órbita
da parte de integração e testes que
, Figura 1.
Centro Regional Sul
- Missão Científica: Coletar dados da AMAS, utilizando o magnetômetro XEN1210,
cujo objetivo é coletar dados da região magnética terrestre
Andes ao litoral Brasileiro -
- Missão Tecnológica: Validação de placas de Circuitos Integrados (CIs)
Driver on/off, desenvolvido pela Santa Maria Design House
desenvolvida pela Universidade Federal do
O Projeto foi um sucesso, atendendo a sua M
proposto.
O NCBR1, após sofrer avarias devido explosões
informações em modo. Sua M
continua operacional coletando e transmitindo dados científicos e tecnológicos
Figura 1: Checagem funcional e operacional do NCBR1
1.2 – Projeto NANOSATC
O Projeto NANOSATC
para poder ser validado operacionalmente e funcionalmente e
em alguma janela de lançame
Programa NANOSATC-BR, Desenvolvimento de
NCBR1, sendo um CubeSat
O principal objetivo do NCBR2
captação de dados da região da Ionosfera
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
Missão Científica: Coletar dados da AMAS, utilizando o magnetômetro XEN1210,
coletar dados da região magnética terrestre na faixa que s
- região da AMAS.
Missão Tecnológica: Validação de placas de Circuitos Integrados (CIs)
, desenvolvido pela Santa Maria Design House – SMDH e uma placa FPGA,
desenvolvida pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS.
oi um sucesso, atendendo a sua Missão de forma efetiva
pós sofrer avarias devido explosões solares, continua transmitindo
m modo. Sua Missão foi dada por encerrada em setem
operacional coletando e transmitindo dados científicos e tecnológicos
: Checagem funcional e operacional do NCBR1
NANOSATC-BR2
Projeto NANOSATC-BR2 está em fase final, esperando pela realização dos
eracionalmente e funcionalmente e para que possa ser encaixado
em alguma janela de lançamento em breve. O NCBR2 é o segundo nanossatélite do
BR, Desenvolvimento de CubeSats e tem o dob
CubeSat 2U, Figura 2.
O principal objetivo do NCBR2 é a utilização de uma sonda de Langmuir para
captação de dados da região da Ionosfera, onde há grande quantidade matéria na forma
MCTIC
Missão Científica: Coletar dados da AMAS, utilizando o magnetômetro XEN1210,
na faixa que se estende dos
Missão Tecnológica: Validação de placas de Circuitos Integrados (CIs), são eles:
SMDH e uma placa FPGA,
UFRGS.
issão de forma efetiva e no prazo
, continua transmitindo
issão foi dada por encerrada em setembro de 2014, mas
operacional coletando e transmitindo dados científicos e tecnológicos.
pela realização dos testes
para que possa ser encaixado
O NCBR2 é o segundo nanossatélite do
s e tem o dobro do volume do
é a utilização de uma sonda de Langmuir para
grande quantidade matéria na forma de
Centro Regional Sul
plasma. O que incentivou tal missão foi
da Atmosfera Terrestre para estud
sistemas de comunicação que utilizam
úteis para a realização das missões
- Científica: Sonda de Langmuir e dois magnetômetros XEN
outro externo)
- Tecnológica: 2 FPGAs, 1 CI eo primeiro Sistema de Controle de Atitude de um
satélite com Tripla Redundância.desenvolvido inteiramente no Brasil
Figura 2: Modelo de Engenharia
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
O que incentivou tal missão foi a necessidade de parâmetros da região ionosférica
para estudar a dinâmica de fenômenos que afetam diretamente os
as de comunicação que utilizam esta região como meio de propagação. As
para a realização das missões do NCBR2 são:
Sonda de Langmuir e dois magnetômetros XEN 1210 (um interno e
: 2 FPGAs, 1 CI eo primeiro Sistema de Controle de Atitude de um
satélite com Tripla Redundância.desenvolvido inteiramente no Brasil
Modelo de Engenharia da plataforma 2U do NANOSATC-BR2 fabricada pela
MCTIC
parâmetros da região ionosférica
que afetam diretamente os
esta região como meio de propagação. As cargas
1210 (um interno e
: 2 FPGAs, 1 CI eo primeiro Sistema de Controle de Atitude de um
BR2 fabricada pela ISIS
Centro Regional Sul
TESTES DE VIBRAÇÕES REALIZADOS NO NANOSSATÉLITE NCBR
2 Introdução
Durante as etapas de AIT (
lançamento do nanossatélite NC
estrutura rígida do corpo -
lançador o enviava para sua posição em órbita
do combustível líquido na câmara, um veículo lançador sofre violentas vibrações
lançamento que são amortecidas por amortecedores mecânicos.
Os testes foram realizados no Laboratório de Integração e Testes do
(LIT/INPE-MCTIC), em São José dos Campos, SP,
avaliar as condições da estrutura durante excitação senoidal e randômica
acelerômetros posicionados em três eixos, a fim de coletar o máximo de dados poss
Os testes tiveram como objetivo corroborar os dados fornecidos pela empresa
fornecedora da estrutura - plataforma
Figura 3 - Teste de mesa do NCBR1
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
CAPÍTULO 2
TESTES DE VIBRAÇÕES REALIZADOS NO NANOSSATÉLITE NCBR
de AIT (Assembly, Integration and Tests)
nanossatélite NCBR1 foram realizados testes estruturais para garantir que a
- plataforma - do satélite não se deformasse enquanto o veículo
lançador o enviava para sua posição em órbita, Figura 3. Por conta da combustão instável
do combustível líquido na câmara, um veículo lançador sofre violentas vibrações
que são amortecidas por amortecedores mecânicos.
testes foram realizados no Laboratório de Integração e Testes do
, em São José dos Campos, SP, em um equipamento
avaliar as condições da estrutura durante excitação senoidal e randômica
posicionados em três eixos, a fim de coletar o máximo de dados poss
tes tiveram como objetivo corroborar os dados fornecidos pela empresa
plataforma - do nanossatélite.
Teste de mesa do NCBR1 no equipamento Shake
MCTIC
TESTES DE VIBRAÇÕES REALIZADOS NO NANOSSATÉLITE NCBR-1
que precederam o
foram realizados testes estruturais para garantir que a
do satélite não se deformasse enquanto o veículo
Por conta da combustão instável
do combustível líquido na câmara, um veículo lançador sofre violentas vibrações durante o
testes foram realizados no Laboratório de Integração e Testes do INPE
um equipamento específico para
avaliar as condições da estrutura durante excitação senoidal e randômica com
posicionados em três eixos, a fim de coletar o máximo de dados possível.
tes tiveram como objetivo corroborar os dados fornecidos pela empresa
Centro Regional Sul
2.1 Objetivos
O objetivo do teste de vibração
ficaria exposto durante o lançamento
sofra nenhum tipo de deformação, como atestado pela empresa provedora da estrutura
veículo lançador utilizado co
Para este teste, presume
veículo de lançamento, como na realidade é, pelo uso de um mecanismo de base chamado
P-POD (Poly-Picosatellite Orbital Deployer
caixa retangular com capacidade para três CubeSat
móvel e molas. Durante o desacoplamento, o veículo lançador envia um sinal eletrônico
que aciona a porta e as molas de torção que la
alumínio anodizado e por ser uma estrutura complexa e de alto custo, durante os testes é
utilizado um modelo simplificado, o TestPOD, onde a função é representar a interação do
P-POD e o CubeSat.[6]
2.2 Resultados
Os testes no NCBR1 serviram para certificar a capacidade garantida pela
fornecedora do produto de que a estrutura do nanossatélite suportaria bem às adversidades
do lançamento.
Foram realizados testes de vibração senoidal e rand
resultados são apresentados nas Tabelas 1 e 2.
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
objetivo do teste de vibração é simular as condições adversas às quais o NCBR1
ficaria exposto durante o lançamento e garantir que a estruturado satélite sobreviva
sofra nenhum tipo de deformação, como atestado pela empresa provedora da estrutura
veículo lançador utilizado como base para este procedimento foi o DNEPR.
Para este teste, presume-se que o satélite é limitado no espaço de interface com o
veículo de lançamento, como na realidade é, pelo uso de um mecanismo de base chamado
Picosatellite Orbital Deployer), Figura 4. Este mecanismo consiste
gular com capacidade para três CubeSats padrão 1U e com uma plataforma
Durante o desacoplamento, o veículo lançador envia um sinal eletrônico
que aciona a porta e as molas de torção que lançarão o CubeSat. O P-POD é construído em
alumínio anodizado e por ser uma estrutura complexa e de alto custo, durante os testes é
utilizado um modelo simplificado, o TestPOD, onde a função é representar a interação do
Figura 4 Representação de um P-POD [6]
Os testes no NCBR1 serviram para certificar a capacidade garantida pela
fornecedora do produto de que a estrutura do nanossatélite suportaria bem às adversidades
Foram realizados testes de vibração senoidal e randômica, cujas especificações e
sultados são apresentados nas Tabelas 1 e 2..
MCTIC
é simular as condições adversas às quais o NCBR1
e garantir que a estruturado satélite sobreviva e não
sofra nenhum tipo de deformação, como atestado pela empresa provedora da estrutura. O
mo base para este procedimento foi o DNEPR.
se que o satélite é limitado no espaço de interface com o
veículo de lançamento, como na realidade é, pelo uso de um mecanismo de base chamado
te mecanismo consiste em uma
com uma plataforma
Durante o desacoplamento, o veículo lançador envia um sinal eletrônico
POD é construído em
alumínio anodizado e por ser uma estrutura complexa e de alto custo, durante os testes é
utilizado um modelo simplificado, o TestPOD, onde a função é representar a interação do
Os testes no NCBR1 serviram para certificar a capacidade garantida pela empresa
fornecedora do produto de que a estrutura do nanossatélite suportaria bem às adversidades
ômica, cujas especificações e
Centro Regional Sul
Tabela 1 – Especificações Técnicas do teste de Vibração SenoidalTeste de Vibração Senoidal:
Norma Aplicada .......................... Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 4;
Método de teste ..................
Faixa de frequência ................. 5Hz
Nível de vibração:
5 – 10Hz // 0.5gn;
10 – 15Hz // 1.0gn;
15 – 20Hz // 0.5gn;
Velocidade de varredura ……….. 4oct/min
Total de eixos ..............................
Tabela 2 – Especificações Técnicas do Teste de Vibração RandômicaTeste de Vibração Randômica
Norma Aplicada ........................ Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 5;
Método de teste ......................... Teste de varrimento randômico a nível de qualificação;
Faixa de Frequência .............. 20Hz
Nível de vibração ...................... 20Hz // 0.007 g
Nível Global ............................ 6.5 Grms;
Duração dos testes ................... 35 seg/eixo;
Eixos testados .......................... 3 (X,Y,Z);
Os resultados dos testes de vibração do NanoSatC
documento LIT02-CRS-TR
REPORT[4]
do Laboratório de Integração e Testes do Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais. Os resultados são apresentados como satisfatórios
Missão e atestam que para as frequências de lançamen
há coincidência com as frequências naturais do nanossatélite NCBR
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
Especificações Técnicas do teste de Vibração Senoidal Teste de Vibração Senoidal:[4]
Norma Aplicada .......................... Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 4;
de teste ........................... Teste de varrimento senoidal a nível de qualificação;
de frequência ................. 5Hz – 20Hz;
Velocidade de varredura ……….. 4oct/min;
Total de eixos .............................. 03 (X, Y, Z)
Especificações Técnicas do Teste de Vibração Randômica Randômica:[4]
Norma Aplicada ........................ Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 5;
de teste ......................... Teste de varrimento randômico a nível de qualificação;
de Frequência .............. 20Hz – 2000 Hz;
Nível de vibração ...................... 20Hz // 0.007 g2/Hz
80Hz // 0.007 g2/Hz
160Hz // 0.022 g2/Hz
320Hz // 0.035 g2/Hz
640Hz // 0.035 g2/Hz
1280Hz // 0.017 g2/Hz
2000Hz // 0.005 g2/Hz
Global ............................ 6.5 Grms;
Duração dos testes ................... 35 seg/eixo;
Eixos testados .......................... 3 (X,Y,Z);
Os resultados dos testes de vibração do NanoSatC-BR1 são apresentados no
TR-001 CUBESAT NANOSATC-BR1 VIBRATIONAL TEST
do Laboratório de Integração e Testes do Instituto Nacional de Pesquisas
. Os resultados são apresentados como satisfatórios para o cumprimento da
issão e atestam que para as frequências de lançamento do veículo lançador DNEPR não
há coincidência com as frequências naturais do nanossatélite NCBR-1.
MCTIC
Norma Aplicada .......................... Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 4;[3]
noidal a nível de qualificação;
Norma Aplicada ........................ Enverionmental Levels ISILaunch07, parágrafo 5;[3]
de teste ......................... Teste de varrimento randômico a nível de qualificação;
BR1 são apresentados no
BR1 VIBRATIONAL TEST
do Laboratório de Integração e Testes do Instituto Nacional de Pesquisas
para o cumprimento da
to do veículo lançador DNEPR não
Centro Regional Sul
3 Introdução
Analise Modal é o estudo de propriedades dinâmicas sob excitação por vibrações. É
também o conjunto de dados obtidos a partir de excitações em modos normais de vibração
determinado por frequências ressonantes. Cada estrutura possui um conjunto único de
frequências ressonantes, chamadas fases. Quando uma estrutur
frequências naturais entra em ressonância e os resultados podem ser danos em larga escala.[2]
Neste estudo, a estrutura do satélite é projetada e modelada para atender às exigências
de um modelo de engenharia qualificado
todos os parâmetros de teste sob dadas condições de carga. Vários aspectos são levados em
consideração na concepção da estrutura, tais como
formato vazado, sem considerar os subsistemas e os painéis solares.
por uma liga de alumínio 6063
do sistema. Este material é leve em peso e tem uma elevada rigidez para resistir a condições
de carga. A configuração cúbica selecionada tem
100×200) mm, excluindo os painéis solares
3.1 Resultados da
A estrutura é modelada e ensaiada no software de modelagem ANSYS. No software a
estrutura é montada em um
análises são simplificadas, assumindo que os subsistemas são omitidos e todos os orifícios
adicionais sobre a estrutura, por várias razões, são negligenciadas.
Como citado anteriormente, os resultados para uma análise de modos de vibração são
dados pela frequência natural do objeto. Na Figura 5
estudo dos modos de vibração do NanoSatC
frequência e uma deformação estrutural.
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
CAPÍTULO 3
ANÁLISE MODAL NANOSATC-BR2
Analise Modal é o estudo de propriedades dinâmicas sob excitação por vibrações. É
conjunto de dados obtidos a partir de excitações em modos normais de vibração
determinado por frequências ressonantes. Cada estrutura possui um conjunto único de
frequências ressonantes, chamadas fases. Quando uma estrutura é excitada numa de suas
ias naturais entra em ressonância e os resultados podem ser danos em larga escala.
Neste estudo, a estrutura do satélite é projetada e modelada para atender às exigências
de um modelo de engenharia qualificado. O modelo simples é construído
parâmetros de teste sob dadas condições de carga. Vários aspectos são levados em
consideração na concepção da estrutura, tais como, o material que constitui
formato vazado, sem considerar os subsistemas e os painéis solares. A estrutura é composta
por uma liga de alumínio 6063-T6 e aplicada aqui para a construção do esqueleto de base
do sistema. Este material é leve em peso e tem uma elevada rigidez para resistir a condições
configuração cúbica selecionada tem dimensão externa
100×200) mm, excluindo os painéis solares, a sonda de Langmuir e as antenas
Resultados da Analise Modal para o NCBR-2
A estrutura é modelada e ensaiada no software de modelagem ANSYS. No software a
estrutura é montada em uma malha de 9642 nós para a análise estrutural do sistema. Estas
análises são simplificadas, assumindo que os subsistemas são omitidos e todos os orifícios
adicionais sobre a estrutura, por várias razões, são negligenciadas.
Como citado anteriormente, os resultados para uma análise de modos de vibração são
natural do objeto. Na Figura 5 são apresentados os resultados do
estudo dos modos de vibração do NanoSatC-BR2; Cada modo corresponde a uma
frequência e uma deformação estrutural.
MCTIC
Analise Modal é o estudo de propriedades dinâmicas sob excitação por vibrações. É
conjunto de dados obtidos a partir de excitações em modos normais de vibração
determinado por frequências ressonantes. Cada estrutura possui um conjunto único de
a é excitada numa de suas
ias naturais entra em ressonância e os resultados podem ser danos em larga escala.
Neste estudo, a estrutura do satélite é projetada e modelada para atender às exigências
construído visando atender a
parâmetros de teste sob dadas condições de carga. Vários aspectos são levados em
que constitui a estrutura e o
A estrutura é composta
T6 e aplicada aqui para a construção do esqueleto de base
do sistema. Este material é leve em peso e tem uma elevada rigidez para resistir a condições
ensão externa simples (100 ×
sonda de Langmuir e as antenas.
A estrutura é modelada e ensaiada no software de modelagem ANSYS. No software a
nós para a análise estrutural do sistema. Estas
análises são simplificadas, assumindo que os subsistemas são omitidos e todos os orifícios
Como citado anteriormente, os resultados para uma análise de modos de vibração são
são apresentados os resultados do
Cada modo corresponde a uma
Centro Regional Sul
Figura 5 – Resultado da análise de alguns modos da estrutura simplificada do NCBR2
Para os 6 modos naturais iniciais do ob
com a frequência em Hz de cada
Tabela 3 – Dados obtidos no Desta forma sabe-se que quando o objeto atingir tais frequências em
relativas pode haver ruptura da estrutura.
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
Resultado da análise de alguns modos da estrutura simplificada do NCBR2
Para os 6 modos naturais iniciais do objeto foram obtidos resultados
com a frequência em Hz de cada,ver Tabela 3.
Modo
Frequência [Hz]
1 97,84
2 97,93
3 199,54
4 1440,1
5 1718,5
6 1936,4
Dados obtidos no software Ansys
se que quando o objeto atingir tais frequências em
relativas pode haver ruptura da estrutura.
MCTIC
Resultado da análise de alguns modos da estrutura simplificada do NCBR2
resultados relacionando-os
se que quando o objeto atingir tais frequências em suas posições
Centro Regional Sul
4 Atividades relevantes desenvolvidas pelo bolsista
Entre agosto de 2015 e julho de 2016, período de vigência da bolsa PIBIC o aluno
realizou, dentro outras atividades • Introdução ao conceito de
avançado a ser abordado apenas
da UFSM.
• Com o colaborador
Mecânica da UFSM, foi elaborado, para a
realizada em Florianópolis
Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the NANOSATCBR
and 3D Printing Considerations
• O trabalho Study of Rigid Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the
NANOSATCBR-2: Modal Analysis and 3D Printing Considerations
apresentado no I IEEE UFSM Workshop
Maria – RS, no dia 10-06-2016
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
CAPÍTULO 4
Atividades relevantes desenvolvidas pelo bolsista
Entre agosto de 2015 e julho de 2016, período de vigência da bolsa PIBIC o aluno ro outras atividades:
Introdução ao conceito de Vibrações Mecânicas e Modos de V
apenas em períodos a frente no curso de Engenharia Aeroespacial
o colaborador Rodrigo Passos Marques, graduando do curso de Engenharia
foi elaborado, para a 2nd IAA Latin American CubeSat
realizada em Florianópolis – SC, o trabalho técnico-científico intitulado
Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the NANOSATCBR
Printing Considerations que foi apresentado na forma de pôster.
Study of Rigid Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the
2: Modal Analysis and 3D Printing Considerations
I IEEE UFSM Workshop do Centro de Tecnologia da UFSM, em
2016.
MCTIC
Entre agosto de 2015 e julho de 2016, período de vigência da bolsa PIBIC o aluno
Modos de Vibração, assunto
períodos a frente no curso de Engenharia Aeroespacial
, graduando do curso de Engenharia
CubeSat Workshop,
intitulado Study of Rigid
Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the NANOSATCBR-2: Modal Analysis
pôster.
Study of Rigid Structure, Vibration and Mechanical Modeling for the
2: Modal Analysis and 3D Printing Considerations também foi
entro de Tecnologia da UFSM, em Santa
Centro Regional Sul
Infelizmente há um déficit de conteúdos básicos para a complementação do trabalho,
uma vez que estes são característicos de períodos mais
Aeroespacial na UFSM. No entanto o bolsista conseguiu trazer, de forma simplificada, um
entendimento geral dos conceitos de vibrações
outros momentos da sua carreira acadêmica e profiss
testes realizados no NCBR
vigência da bolsa. Os estudos e revisões bibliográficas foram realizados no
Mecânica Fina, Mecatrônica e Antenas e na b
Pesquisas Espaciais do INPE/MCTIC
O bolsista aproveitou o tempo de atividades da bolsa e pode ter um desenvolvimento
tanto profissional como pessoal muito relevantes, sempre lembrando o quanto é importante
e relevante a capacitação de
NANOSATC-BR, Desenvolvimento de
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
CAPÍTULO 5
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Infelizmente há um déficit de conteúdos básicos para a complementação do trabalho,
uma vez que estes são característicos de períodos mais avançados do curso de Engenharia
Aeroespacial na UFSM. No entanto o bolsista conseguiu trazer, de forma simplificada, um
entendimento geral dos conceitos de vibrações mecânicas que certamente servirão em
carreira acadêmica e profissional. Espera-se que os dados dos
testes realizados no NCBR-2 coincidam com os obtidos pelo bolsista durante o período de
Os estudos e revisões bibliográficas foram realizados no
Mecânica Fina, Mecatrônica e Antenas e na biblioteca setorial do Centro Regional Sul de
do INPE/MCTIC.
O bolsista aproveitou o tempo de atividades da bolsa e pode ter um desenvolvimento
pessoal muito relevantes, sempre lembrando o quanto é importante
levante a capacitação de Recursos Humanos, um dos principais objetivos do Programa
BR, Desenvolvimento de CubeSats.
MCTIC
Infelizmente há um déficit de conteúdos básicos para a complementação do trabalho,
avançados do curso de Engenharia
Aeroespacial na UFSM. No entanto o bolsista conseguiu trazer, de forma simplificada, um
que certamente servirão em
se que os dados dos
2 coincidam com os obtidos pelo bolsista durante o período de
Os estudos e revisões bibliográficas foram realizados no Laboratório de
iblioteca setorial do Centro Regional Sul de
O bolsista aproveitou o tempo de atividades da bolsa e pode ter um desenvolvimento
pessoal muito relevantes, sempre lembrando o quanto é importante
, um dos principais objetivos do Programa
Centro Regional Sul
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Asif Israr, “Vibration and Modal Analysis of Low Earth Orbit Satellite,
Shock and Vibration, vol. 2014, Article ID 740102, 8 pages, 2014. [2] Suresh, K., Jayaraman, K., Baskar, V., and Ilangovan, S., "
Analysis of Micro-Satellite Structure, [3] ISL.ISILaunch07.EL
Innovative Solutions in Space [4] LIT02 – CRS – TR
Junho de 2014. [5] ISL.ISILaunch09.EL
Innovative Solutions in Space [6] Jonathan Brown, Riki Munakata, “
Mk.III P-POD,” CubeSat de 2008
[7] J. Puig-Suari, C. Turner, W. Ahlgren, “
Deployer and a CubeSat Class PicoSatellite, [8] André Oliveira, Walter Jesus Casas, “
frequências de estruturas acopladas e desacopladasde Setembro de 2011
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE–MCTRelatório Final de Atividades
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Vibration and Modal Analysis of Low Earth Orbit Satellite,Shock and Vibration, vol. 2014, Article ID 740102, 8 pages, 2014.
, K., Jayaraman, K., Baskar, V., and Ilangovan, S., "Satellite Structure," SAE Technical Paper 2004-01
ISL.ISILaunch07.EL – Environment Levels Auxiliary Payloads ISILaunch07Innovative Solutions in Space
TR – 001, NCBR-1 Vibrational Test Report.
[5] ISL.ISILaunch09.EL – Environment Levels Auxiliary Payloads ISILaunch09 Innovative Solutions in Space
[6] Jonathan Brown, Riki Munakata, “Dnepr 2 Satellite Identification and the Developers' Workshop, San Luis Obispo, CA, USA,
Suari, C. Turner, W. Ahlgren, “Development of the Standard Class PicoSatellite,” IEEE, 2001
[8] André Oliveira, Walter Jesus Casas, “Análise modal e da resposta em frequências de estruturas acopladas e desacopladas”, GMAp, Porto Alegre, Brasil. 22
MCTIC
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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, K., Jayaraman, K., Baskar, V., and Ilangovan, S., "Free Vibration
01-3131, 2004,
Environment Levels Auxiliary Payloads ISILaunch07 –
1 Vibrational Test Report. Versão 1 de 02 de
Environment Levels Auxiliary Payloads ISILaunch09 –
Dnepr 2 Satellite Identification and the Developers' Workshop, San Luis Obispo, CA, USA, 09 de Abril
Development of the Standard CubeSat
Análise modal e da resposta em ”, GMAp, Porto Alegre, Brasil. 22
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