5 passos de como desenvolver uma PESQUISA

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Do dicionário, pesquisa é: “O conjunto de atividades que têm por finalidade a descoberta de novos conhecimentos no domínio científico, literário, artístico etc.”, ou seja, pesquisa é um processo investigativo e o pesquisador, de grosso modo, um detetive.

O pesquisador procura pistas, informações, relações, padrões, entre diversas outras coisas, como um investigador. Porém com uma grande diferença: o que ele investiga normalmente não fala.

O OBJETO DA PESQUISA

Para exemplificar como é feito esse processo de pesquisa utilizaremos um dos projetos em desenvolvimento atualmente na RVT Energia. O primeiro passo é entender o objeto do estudo, ou o que iremos estudar, neste exemplo: um sistema de refrigeração.

Em um sistema de refrigeração, o fluido refrigerante realiza um ciclo, ou seja, parte de um estado termodinâmico e, depois de diversas transformações, retorna ao seu estado inicial. Para avaliar o desempenho energético de um sistema de refrigeração são avaliados o coeficiente de desempenho do ciclo (COP) e o consumo de energia elétrica, custos de implantação e operação, entre outros.

O MÉTODO DA PESQUISA

O próximo passo é definir como iremos tratar esse estudo. Na engenharia, a matemática e a física são os meios que temos para entender o comportamento desses sistemas. Logo, elas são fundamentais para podermos estudar os sistemas de refrigeração. Além disso, a computação facilitou, e muito, a análise desses sistemas, sendo fundamental sua aplicação nos modelos matemáticos/físicos.

A partir de um modelo que represente um sistema é possível desenvolver ferramentas computacionais que possibilitem identificar as respostas do sistema para diversas entradas, além de ser possível realizar modificações e interferências no sistema sem a necessidade de construção de um aparato experimental.

  • Modelo Fenomenológico

Uma modelagem fenomenológica é baseada em equações matemáticas que descrevem o fenômeno que está sendo estudado.  Em um sistema de refrigeração, grande parte das equações utilizadas é obtida através do estudo de todos os fenômenos envolvidos com transporte de energia estudados pela termodinâmica, transferência de calor e mecânica dos fluidos.

  • Modelagem estatística

A modelagem estatística se baseia no Projeto e Análise estatística dos dados dos experimentos. O DOE pode ser utilizado para determinar quais fatores mais influenciam nas respostas, definir os parâmetros adequados dos fatores para que alcancem uma resposta desejada ou para minimizar a variação destas respostas.

  • Modelo de Redes Neurais Artificiais

Redes Neurais Artificiais (RNAs) são técnicas computacionais para solução de problemas através da simulação do cérebro humano, inclusive em seu comportamento, ou seja, aprendendo, errando e fazendo descobertas.

APARATO EXPERIMENTAL

Mas para estudar o comportamento de um sistema é necessário ter um sistema para estudar. É aí que entra a parte divertida: a bancada experimental e os experimentos!

Uma planta experimental real foi utilizada para coletar os dados para construção dos modelos estatístico e RNA. A Figura 1 mostra o aparato experimental, bem como o sistema de controle e de aquisição de dados da planta.

ANÁLISE DOS RESULTADOS

Depois que se tem os dados do experimento, começa o processo investigativo: o tratamento e análise dos dados coletados.

  • Modelos Fenomenológico e Estatístico

As equações foram obtidas através dos balanços de massa e energia para um sistema simples de refrigeração e diversas simplificações foram realizadas para tonar possível o equacionamento do sistema. O programa compila, porém, os valores de saída do sistema não estão condizentes com a realidade.

Já o projeto experimental escolhido foi o arranjo combinado de superfície de resposta. Os experimentos foram planejados e realizados para quatro variáveis de controle e uma variável de ruído. Através da análise realizada utilizando a técnica DOE observou-se que a resposta analisada correspondente a potência consumida não apresentou um bom ajuste.

Mas mesmo quando uma pesquisa gera resultados não esperados, ou insatisfatórios, não podemos dizer que foi tudo em vão, os conhecimentos gerados serão o embasamento de uma próxima etapa.

  • Modelo Redes Neurais

O primeiro teste realizado foi de utilizar todas as variáveis disponíveis no laboratório como entrada e como saída o COP. A rede apresentou capacidade de adaptação ao comportamento do COP.

O segundo teste levou em consideração que os clientes não terão todas as variáveis disponíveis para serem coletadas, assim foram escolhidas as variáveis possíveis de se medir de maneira não invasiva como entrada da RNA. A rede gerada foi capaz de representar o sistema e apresentou baixo erro.

CONCLUSÃO

E depois de analisar todos os dados, todos os métodos, todas as hipóteses e modelos, chega-se a uma conclusão e define-se os próximos passos.

Para facilitar a seleção do modelo matemático que será utilizado para simular o sistema, foi criado um método de avaliação dos modelos matemáticos. Foram definidos alguns tópicos que foram julgados importantes para serem analisados, aos quais foram atribuídas notas para cada um dos métodos.

Seguindo os critérios de comparação estabelecidos, verificou-se que o melhor modelo é o que utiliza RNA. Mas mesmo tendo sido escolhido ainda existem melhorias que foram identificadas durante esta etapa e que irão embasar as próximas etapas do projeto. Como exemplo pode-se citar a construção de sub-redes, cada uma calculando entradas de outras RNAs e que pode ser uma melhoria para reduzir a característica de “caixa preta” dos primeiros testes realizados.

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