revista_procet_v2_n1_2011

Revista de

CiênCia ETECnologiaPró-Reitoria de Ciências Exatas e Tecnologia

Ano 2, v. 2, n. 1, pág. 11-290, 2011

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REITORIAReitorMarcio André Mendes Costa

Pró-Reitor de Humanidades e Ciências SociaisPaulo César Dahia Ducos

Pró-Reitor de SaúdeGilberto Chaves

Pró-Reitor de Exatas e TecnologiaPaulo César Dahia Ducos

Pró-Reitor de Administração e DesenvolvimentoSergio Norbert

Coordenação do PPGD/UGFMaria Stella de Amorim

EDITORAGAMA FILHOEditorDante Gastaldoni

Projeto GráficoAndré Luiz Santos

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Esta revista não pode ser reproduzidatotal ou parcialmente sem autorização.

© Editora Gama Filho

FICHA CATALOGRÁFICA(Catalogado na fonte pela Biblioteca Central da Universidade Gama Filho)

Revista de Ciência e Tecnologia (Pró-Reitoria de Ciências Exatas e Tecnologia) / Universidade Gama Filho. – Vol. 1, n. 1 (ago. 2010) - . – Rio de Janeiro : Editora Gama Filho, 2010 -

v. ; 22 cm

Semestral.ISSN 2178-759X

1. Ciências Exatas – Periódicos. 2. Tecnologia – Periódicos. I. Universidade Gama Filho.

CDD – 605 (20. ed.)

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Ficha Técnica

EditorEs CiEntífiCos

Prof. Ph.D. Claudio Luiz de Oliveira

Prof. Dr. Paulo César Dahia Ducos

Comitê ExECutivo

Prof. M.Sc. Fábio Salgado Sagaz

Prof. M.Sc. Luís Cesar Peruci do Amaral

Prof. M.Sc. Sergio Paulo de Melo Bendelá

ConsElho Editorial

Prof. Ph.D. Claudio Luiz de Oliveira, IME, UGF

Prof.ª Dr.ª Cristina Malafaia Caetano Stramandinoli, UGF

Prof. Dr. Elton Jorge Bragança Ribeiro, Cenpes, UGF

Prof. Dr. Gabriel Elmôr Filho, IME

Prof.ª Dr.ª Maria Smith Borges de Alencastro Graça, UGF

Prof. Dr. Paulo César Dahia Ducos, UGF

Prof. Dr. Rex Nazaré Alves, IME, CNEN, Faperj

Capa

Prof.ª Juliana Defáveri

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Editorial

A Revista de Ciência e Tecnologia da PROCET chega ao seu terceiro número consolidada, o que pode ser verificado pelo expressivo aumento no número de artigos publicados e pelo interesse demonstrado por alguns Cursos na divulgação dos respectivos “Trabalhos de Conclusão de Curso”. Pela primeira vez é incluída a participação discente nos trabalhos de Iniciação Científica, aumentando a visibilidade dessa importante atividade acadêmica. Espera-se que esta participação aumente nos próximos números de modo que seja representativa do trabalho de pesquisa realizado por nossos alunos.

A Universidade Gama Filho, vem passando por grandes transformações em sua estrutura. Estas trouxeram novas perspectivas para a universidade como um todo e, particularmente para a área de Ciência e Tecnologia. Dentre as novas diretrizes, está incluída a ênfase na necessidade de pesquisa e publicações por parte do corpo docente. Esta ênfase veio de encontro ao que já era preconizado na área de ciência e tecnologia, contribuindo de modo preponderante para a consolidação da Revista.

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SUMÁRIO

projEto para o largo dE vaz lobo:habitar para rEabilitar

Helga Santos da SilvaAlessandra de Paula

Carro EmpilhadEira automátiCo

Sérgio L. FernandesCláudio L. F. de FreitasFlávia M. S. de AndradeJosué M. CostaLéris S. dos SantosRodrigo S. Dias

automação dE sistEma dE ControlE dE

ar-CondiCionado (HvAC)Fabio S. G. SagazSalim J. NabboutAlexandre F. GomesKarina C. de CarvalhoSandro R. da Silva

Wimax: fundamEntos da tECnologia quE

rEvoluCionará a banda larga sEm fio

Leonardo H. GonsioroskiRogério M. L. SilvaAntonio D. M. Filho

Estudo na Criação dE apliCaçõEs intErativas Com rEalidadE virtual, utilizando téCniCa dE EstErEosCopia na fErramEnta blEndEr

Antônio C. A. MólEduardo M. RochaMarcelo M. G. Pereira

11

24

35

44

65

8

Erp nas EmprEsas: análisE dE Casos na

implantação do sistEma dE intEgração.Marcelo C. FernandesCamila M. de OliveiraCarlos E. G. Magalhães

Estudo dE viabilidadE do mysql-ClustEr

Carlos M. G. de SouzaFelipe A. PintoTiago S. DiasClaudio A. Passos

análisE dE fErramEntas dE gErEnCiamEnto dE

ContEúdo através dE um Estudo dE Caso

Lygia R. NettoÉrica R. de Oliveira

apliCação do CI DDS Em um sistEma dE

radar Com varrrEdura ElEtrôniCa.Amanda de A. C. CastroRafael A. MarcondesRogério M. L. SilvaLeonardo H. GonsioroskiAntonio D. M. Filho

Computação apliCada aos sistEmas dE

EnErgia ElétriCa – partE 1João Carlos de Oliveira Aires

oxímEtro ElEtrôniCo portátil Com mEdidor dE pulsação E sistEmas dE monitoramEnto

Diego P. MedeirosGuilherme S. G. SagazVirgílio M. Azevedo Marcelo A. Duarte

rEvisão dos métodos dE tElEmEtria durantE a pErfuração dE poços dE pEtrólEo

André L. M. SilvaEduardo SilvaMarcelo A. Duarte

76

92

106

130

142

158

170

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vEíCulo ElétriCo o Carro saudávEl Sidnei P. P. JuniorSebastião L. Rentes João C. O. AiresJosé O. R. P. GuimarãesCícero V. de Abreu

sistEmas dE tElEControlE na automação industrial para ControlE E aCEsso rEmoto

Rogerio M. L. SilvaEric Giordano

avaliação quantitativa dE uma proposta

pEdagógiCa no Ensino da matEmátiCa

Viviane S. da RosaEdezio P. SacramentoSimone D. RamosCesar L. FarahPedro Paulo S. Freire

gEomEtria não-EuClidEana hipErbóliCa

Gisélia C. E. de AlmeidaCésar R. M. da Costa

supErfíCiEs dE WEingartEn E o tEorEma dE hopf

Michele C. da Silva

análisE das tEnsõEs atuantEs Em um

sistEma dE tubulaçõEs

Daysianne I. S. MendesAmândio M. C. Junior

modElagEm numériCa do ComportamEnto mECâniCo dE implantEs dEntários para o suportE dE prótEsEs

Henrique C. C. PintoAmândio M. C. Junior

gErEnCiamEnto dE rEsíduos químiCos nos laboratórios dE químiCa da proCEt da univErsidadE gama filho

Maria L. M. MagalhãesRosângela A. de Souza

185

197

204

216

230

236

249

263

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ConvErsão dirEta dE EnErgia

Claudio L. de OliveiraSérgio P. M. BendeláClaudia C. Frutuoso

RESUMOS DE TCC’S EPROJETOS INTEGRADORES

PROJETOS DE INICIAçãO CIENTíFICA

277

291

346

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PROJETO PARA O LARGO DE vAz LObO: HAbITAR PARA REAbILITAR

Helga Santos da Silva1

Alessandra de Paula1

1 Universidade Gama Filho,Curso de Arquitetura e UrbanismoRua Manoel Vitorino, 55320.740-900– Rio de Janeiro - [email protected]

rEsumo: Este trabalho tem como objetivo mostrar uma proposta de intervenção no Largo de Vaz Lobo, importante por sua ambiência composta por edifícios em estilo art-déco. Esta proposta tem como justificativa o impasse existente atualmente entre a implantação do corredor exclusivo para ônibus, denominado T5, e a preservação do largo, que é tombado por sua importância artística, histórica e cultural. Para a realização deste artigo foi feita uma revisão bibliográfica com o objetivo de se estudar a historia da área de estudo, e também elencar as principais características a arquitetura art déco. Em seguida foi realizada uma proposta de intervenção visando à implantação de edificações residenciais e comerciais, de acordo com os condicionantes ambientais e com a legislação específica da área. O projeto resulta, então, em quatro edifícios residenciais e dois comerciais, dispostos ao redor de uma praça proposta. O terreno, localizado na esquina das avenidas Vicente de

Revista de Ciência e Tecnologia | Ano2, v. 2, n. 1, pág. 11-23, 2011

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Carvalho e Monsenhor Félix, possui edificações existentes, as quais serão demolidas, desde que não haja valor arquitetônico. Com esta proposta, visa-se demonstrar a possibilidade de reedificação de áreas remanescentes das demolições ocorridas para a implantação do corredor viário, oferecendo uma alternativa para a população a ser desapropriada, e buscando a preservação da arquitetura existente.

palavras-ChavE: Largo de Vaz Lobo, Art déco, Preservação

1. INTRODUÇÃO

O Largo de Vaz Lobo reúne um conjunto de exemplares da arquitetura art déco, tendo sido, em função disso, tombado pela Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro1. Atualmente, este largo encontra-se na rota do projeto do Corredor T52, em execução pela prefeitura do Rio de Janeiro. Este artigo tem como objetivo mostrar um projeto de arquitetura, de um conjunto residencial multifamiliar, desenvolvido para o largo de Vaz Lobo. Este projeto justifica-se pela importância de um estudo que ofereça uma alternativa e habitação para a relocação de moradores das redondezas. Para a realização deste artigo foi realizada uma revisão bibliográfica visando apreender a história do Largo de Vaz Lobo e a caracterização do Conjunto Arquitetônico que o compõe; e por fim o projeto de arquitetura, que também levou em consideração a implantação de uma praça, mantendo-se a ambiência do largo, valorizando-se o estilo art-déco.

Este artigo traz, de início, o histórico do largo de Vaz Lobo e da região na qual se situa. Em seguida, teremos um breve relato sobre o estilo arquitetônico denominado art-déco, que predomina nos edifícios do largo. Concluindo este estudo, estará exposto o projeto aqui proposto, de habitação e praça, para a população que terá de ser removida para a implantação da T5.

1 Lei Nº 4.066 de 24 de maio de 2005.2 O Corredor Viário T5 está em fase de projeto, constituindo-se de uma via

exclusiva para ônibus, tendo integrações com a rede ferroviária do município. Segundo o Decreto n.º 30.565 de 31 de março de 2009, que trata do licenciamento de obras nos trechos afetados pelo T5, os logradouros constituído pelo Largo de Vaz Lobo e as vias que o circundam, Avenida Edgard Romero e Vicente de Carvalho, compõem o Corredor T5.

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2. HISTÓRICO

Este capítulo trata do histórico do Largo de Vaz lobo, tendo como pano de fundo a história da formação do subúrbio e a evolução urbana da Cidade do Rio de Janeiro. O largo de Vaz lobo, foi assim chamado por ter se originado nas terras da chácara do Capitão-Tenente José Maria Vaz Lobo. Nas chácaras desta região eram cultivados café, aipim e batata doce.

Nos primórdios do século XVII a região onde hoje se situa o largo de Vaz Lobo localizava-se na antiga Freguesia de Irajá, criada em 1644, pelo padre Antônio Martins Loureiro. Foi, então, construída a Igreja Nossa Senhora da Apresentação, que foi substituída início do século XVIII pela lá existente nos dias atuais.

As freguesias distantes da área central eram conhecidas como Sertão, e destinavam-se às atividades voltadas para a agricultura, a criação de gado e a produção de cana de açúcar e aguardente. Tratava-se, portanto, de uma população pouco densa, que tinha como forma de comunicação com a área central, embarcações que ancoravam nos pequenos portos que se distribuíam pelo recôncavo formado pela Baía de Guanabara (BRASIL, 2000).

E foi justamente a partir do surgimento de novas alternativas de acesso tais como rodovias e as ferrovias, que a freguesia teve seu uso alterado, e sua população bastante incrementada, como pode ser visto através da tabela abaixo (tabela 1), onde estão comparadas as freguesias da candelária, localizada no centro do Rio de Janeiro e de Irajá, de localização periférica.

Tabela 1. Relação comparativa entre o número de habitantes das freguesias da Candelária e Irajá3.

FreguesiasPopulação Residente/ anos

1821 1870 1920 1960

Candelária 12.445 9.239 11.005 435

Irajá 3.757 5.746 770 188.818

A partir da expansão dos eixos ferroviários, em meados do século XIX, o chamado sertão pôde, enfim ampliar a ligação com a área central da cidade, que neste momento exercia o papel mais importante na geração de

3 Adaptado de ABREU, Mauricio de A.. Evolução Urbana do Rio de Janeiro. 3.ed. Rio de Janeiro: IPLANRIO, 1997.


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empregos. A estação de Cascadura foi uma das primeiras a ser inaugurada, fazendo parte da Estrada de Ferro Dom Pedro II, que ligava a então freguesia de Santana, a Queimados. Este trecho foi implantado em 1858, tendo sido responsável pelo incremento populacional ocorrido ao longo de sua extensão, como relata Mauricio Abreu:

A existência de uma linha de subúrbios até Cascadura incentivou, de imediato, a ocupação do espaço intermediário entre esta estação e o centro. Antigas olarias, curtumes, ou mesmo núcleos rurais, passaram então a se transformar em pequenos vilarejos, e a atrair pessoas em busca de uma moradia barata, resultando daí uma elevação considerável da demanda por transporte e a consequente necessidade de aumentar o número de composições e de estações. (ABREU, 1997, p. 50)

Ainda segundo este mesmo autor, no ano de 1890 outras estações entre as de Santana e Cascadura foram criadas, dentre elas, a de Madureira, também próxima ao atual bairro de Vaz Lobo.

Outras duas ferrovias foram inauguradas ainda no século XIX: A Estrada de Ferro Rio D’Ouro, em 1883; e a Estrada de Ferro Leopoldina Railway, em 1886. Destas, a primeira também possui estações próximas à área aqui estudada, tendo tido importante papel no crescimento de bairros como Vicente de Carvalho e Irajá (ABREU, 1997).

No inicio do século XX a localidade onde se situa o atual bairro de Vaz Lobo ainda era um grande matagal com solo pantanoso. A partir da década de 1920 os antigos bondes começaram a circular pelo bairro, e deu-se inicio à construção de diversos empreendimentos na região já que esta era dotada de transportes para o centro da cidade.

Há registros de que o largo era um ponto de descanso para os burros que puxavam os bondes. Os registros arquitetônicos, contudo, mostram um certo esplendor vivido pela frequência das famílias ao Cine Vaz Lobo, cujo edifício, em estilo art déco permanece, e acentua o caráter deste estilo, juntamente com as casas que o rodeiam. É por esta ambiência que o Largo de Vaz Lobo tem sua importância histórica e artística reconhecida através do tombamento.

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3. CARACTERíSTICAS DA ARqUITETURA LOCAL

O estilo art déco4 caracteriza-se pela geometrização da composição em contraposição ao estilo art noveau, que buscava uma forma orgânica para imitar a natureza através de ornamentos empregados em edifícios e no desenho do mobiliário. Tal contraposição tinha como gênese a busca por uma arte que pudesse ser usufruída pela população, através da produção industrializada. Na arquitetura, esse preceito de abranger a massa vai se refletir no emprego do art déco em edifícios públicos e habitações populares.

Em nome da higiene, da economia e da modernidade, as fachadas dos imóveis serão purificadas e se libertarão da exuberância do art noveau. Passarão a ter superfícies planas nas quais se exprime a diversidade de materiais; eliminarão o desenho simbólico da estrutura, as linhas contorcidas inspiradas na flora, os jogos de curvas e contracurvas (...) (BRESLER, 1997. p. 11).

O Art déco é introduzido no Brasil a partir dos anos 20, sendo que a produção da maior parte dos exemplares cariocas está concentrada nas décadas de 30 e 40. Este período tem como marca a transição entre o estilo eclético e o movimento moderno na produção da arquitetura. O primeiro é caracterizado pela mistura de estilos, gerando edifícios ornamentados, com a predominância de uma característica artesanal. Já o segundo, buscava volumes simples e sem ornamentação, baseados na produção industrial, sendo fortemente fundamentado em um discurso social, legitimando a produção em massa para que toda a população tivesse direito à moradia. Outra característica marcante deste período é a busca pela firmação de uma identidade nacional, que irá encontrar no movimento moderno a forma de legitimar uma produção que caracterizasse tal identidade em contraposição ao ecletismo, estio caracterizado pela “copia” de estilos estrangeiros.

Segundo Jorge Czajkowski (2000) podem ser elencadas seis características arquitetônicas do estilo art déco:

1) Uma composição de matriz clássica que pode ser simétrica ou axial, tendo como eixos principais, e de acesso, o corpo central do edifício ou a esquina; tendo os planos de fachada uma composição dividida

4 Segundo Henri Bresler (1997) a palavra art déco provém do termo art décoratif, nome da escola fundada no ano de 1877, e que tinha como objetivo ensinar uma arte com o propósito de encontrar a utilidade no belo.


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em base, corpo e coroamento, sendo este último quase sempre escalonado.

2) Tratamento de volumes e fachadas utilizando-se os seguintes artifícios: predomínio de cheios sobre vazios, predominância de volumes prismáticos na composição com tendência à abstração, composição através de linhas e planos verticais e horizontais, bem definidos e contrastantes.

3) Integração entre a solução arquitetônica e a decoração do interior.

4) Emprego da solução estrutural em concreto armado, embasamento revestido em mármore ou granito, corpo e coroamento revestidos em pó-de-pedra, janelas com painel externo móvel de venezianas, mistura entre técnicas industriais e artesanais no feitio dos elementos arquitetônicos.

5) Plantas flexíveis, principalmente no tocante à reversibilidade entre salas e quartos.

6) Iluminação cenográfica.

Podemos encontrar muitos exemplares dessa arquitetura nos bairro Centro e Copacabana, tendo sido ele empregado na origem da verticalização dos edifícios da cidade. No entanto, nos bairros periféricos são encontrados muitos edifícios baseados no estilo art déco, principalmente os residenciais (unifamiliares e multifamiliares) e os cinemas.

O Largo de Vaz lobo tem sua ambiência formada por uma arquitetura art déco, predominantemente residencial e de uso misto (comércio e residência) (fotos 1 e 2). Também aí está localizado o edifício do Cine Vaz Lobo, que foi inaugurado em 1941, contando com sala de projeção com capacidade para 1800 expectadores.

Embora reúna um importante acervo histórico da arquitetura art déco, e por isso sendo tombado5, o Largo passará em breve por uma grande transformação em virtude da implantação do eixo viário chamado “Trans Carioca”. O projeto desta via tem como objetivo resolver o problema de transporte na ligação entre a Zona Oeste e o Centro, através do CORREDOR T5 - exclusivo para ônibus, que ligará Barra da Tijuca à Penha.

5 O tombamento pela Lei nº 4.066 de 24 de maio de 2005.

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Fotos 1 e 2: Edificações com as características da arquitetura art déco. A esquerda o Cine Vaz Lobo e a esquerda, edificações de uso misto.

A conclusão do corredor T5 está prevista a para 2016 quando as Olimpíadas serão realizadas na cidade do Rio de Janeiro. Até o momento da realização desta pesquisa, o projeto do corredor não estava concluindo, pois o levantamento topográfico ainda estava sendo realizado. Portanto, o que há apenas é a descrição das vias onde o corredor será implantado.

Desta forma, o projeto aqui sugerido toma como área de estudo os terrenos vizinhos ao Largo de Vaz Lobo, considerando a demolição de edificações destituídas de valor artístico e histórico, e buscando uma solução de edificações que contemple a integração entre a nova arquitetura e a antiga, remanescente no local.


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4. DESCRIÇãO DO PROJETO

Este projeto tem como objetivo a construção de unidades residenciais multifamiliares para a população que será desapropriada para a implantação do Corredor T5. Cabe ressaltar que o presente projeto é tido apenas como uma alternativa para a relocação destes moradores, visto que não há dados suficientes para estimar a demanda por moradia gerada com a abertura da via. Este projeto tem, também como objetivo, a proposta de uma arquitetura que possa ser integrada à ambiência formada pela predominância do estilo art déco no largo.

Para a caracterização dos clientes a serem atendidos por este projeto, moradores do bairro de Vaz Lobo, estamos trabalhando com os dados coletados pelo senso do ano de 2000. Segundo este, a faixa etária predominante é de pessoas entre 40 e 60 anos, e a população tem uma renda media mensal que varia entre 2 e 6 salários mínimos.

A área escolhida (figura 1) constitui-se de vários terrenos localizados na esquina da Avenida Monsenhor Félix e Avenida Vicente de Carvalho. O terreno possui testada também voltada para a Rua Acará. Seu sítio é plano não havendo cursos d’água em seu interior e entorno, sem possuir também massa arbórea significativa. Os edifícios existentes possuem, em sua maioria, até dois pavimentos, com apenas um contendo quatro pavimentos.

As vias que circundam o terreno são vias arteriais, ou seja, são importantes ligações entre o bairro de Vaz Lobo e os bairros vizinhos. Assim, as Avenidas Edgard Romero, Vicente de Carvalho e Monsenhor Felix são respectivamente ligações diretas com os bairros de Madureira, Vicente de Carvalho e Irajá. A exceção é a Rua Acará que é uma via coletora. Todas as vias possuem circulação de veículos em dois sentidos.

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Área de estudo Bens tombados Vias importantes

Figura 1. Área de intervenção

Edificações a serem demolidas

Figura 2. Edificações existentes


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O terreno possui posição privilegiada do ponto de vista das condicionantes ambientais à exceção do ruído intenso provocado pelo grande fluxo de veículos nas vias que o circundam. A maior testada do terreno está voltada para Sul, orientação que possibilita a abertura de grandes vãos não sujeitos à radiação solar direta. Como na cidade do Rio de Janeiro o vento dominante vem do sudeste, a maior testada, que também é voltada para o largo, está também sujeita a maior ventilação.

Através de consulta à legislação do município6, foi possível observar que o terreno está localizado em um Centro de Bairro 3 (CB-3). Nesta zona, são toleradas edificações residenciais multifamiliares e comerciais. É permitida a construção de até seis pavimentos, ocupando 70% da área do lote.

Legenda: Edificações multifamiliares Edificação bifamiliar Edificações comerciais Edificações existentes

Figura 3. Proposta: setorização

No entorno do terreno existe escassez de área verde e ausência de espaços de lazer para encontro e permanências das pessoas da localidade. Propõe-se então, no espaço mais próximo ao Largo de Vaz Lobo uma praça (figura 4), em um gesto de continuidade, atraindo diversas atividades, como um ponto de atração para este local, uma vez que o largo não se configura como local de permanência por ter um espaço reduzido e ser recortado por três vias de trânsito intenso. Com isso, objetiva-se também a redução

6 Decreto N. 322 de 3 de março de 1976: Aprova o zoneamento da cidade do Rio de Janeiro.

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da poluição do ar e sonora nas unidades habitacionais propostas. Foram dispostas no terreno quatro edificações para uso residencial (totalizando 28 unidades residenciais), e duas para uso comercial.

Figura 4. Perspectiva do conjunto proposto

Voltadas para a praça, onde se tem acesso pela Avenida Vicente de Carvalho, foram propostas duas edificações comerciais, ambas com dois pavimentos, uma residencial multifamiliar, com quatro pavimentos (mais a utilização do subsolo e da cobertura), e outra bifamiliar, contando com dois pavimentos. Já para a Avenida Monsenhor Félix foi proposta uma edificação de uso multifamiliar, contando com três pavimentos. Voltada para a Rua Araru foi disposta uma edificação unifamiliar de quatro pavimentos.

Optou-se por não propor esta edificação com seis pavimentos, tal como permitido por legislação, para que o edifício melhor se harmonizasse com as edificações preservadas. Para a integração dos novos edifícios com os antigos, optou-se por uma linguagem arquitetônica contemporânea, utilizando-se, contudo a composição geometrizada presente no art déco (figuras 5 e 6).

Figura 5. Fachada voltada para a Avenida Vicente de Carvalho


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Figura 6. Fachadas voltadas para a Avenida Monsenhor Félix (esquerda) e para a Rua Araru (direita)

O maior bloco conta com estacionamento no subsolo e área de lazer comum na cobertura. Para garantir a privacidade dos apartamentos voltados para o pavimento térreo, foi proposto um desnível de 1,20m de altura, com relação ao nível da praça. Este edifício é subdividido em dois blocos com acessos independentes. Conta com dezesseis unidades residenciais com dois quartos, sala, cozinha e banheiro, contando com uma área de expansão já integrada ao corpo do edifício. Tais unidades possuem 72,0m². Já o edifício voltado para a Avenida Monsenhor Félix possui um apartamento por pavimento, contando com sala, dois quartos, cozinha e banheiro, totalizando 80,0m² por unidade. O bloco localizado na esquina da Avenida Vicente de Carvalho com Rua Araru possui quatro unidades também com sala, dois quartos, cozinha e banheiro. Por fim, o bloco voltado para a Rua Araru possui oito unidades de 63,0m², possuindo sala, dois quartos, cozinha e banheiro.

5. CONSIDERAÇõES FINAIS

Através deste exercício, foi possível mostrar uma possibilidade de integração de novos projetos em um tecido urbano construído e de importância histórica. Foi possível mostrar também, que esta integração pode ser feita mediante áreas livres que potencializam o bem-estar nos novos edifícios, pois liberam áreas para a arborização e para a circulação de ar.

É importante salientar que a proposta aqui apresentada traz consigo uma alternativa, dentre tantas, de preservação da arquitetura e de modos

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de vida, mesmo quando há drásticas transformações no tecido urbano, como a que se espera com a implantação o corredor viário T5.

6. REFERÊNCIAS

BRASIL, Gerson. História das Ruas do Rio. 5. Ed. Rio de Janeiro: Lacerda Ed., 2000.

BRESLER, Henr. O art décoratif moderno na França. In: 1º Seminário Internacional Art déco na América Latina. Rio de Janeiro: Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro/ SMU, Solar Grandjean de Montigny – PUC/ RJ, 1997.

CZAJKOWSKI, Jorge. Guia da arquitetura art déco no Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: Casa da Palavra, Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, 2000.

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CARRO EMPILHADEIRA AUTOMÁTICO

Sérgio L. Fernandes1

Cláudio L. F. de Freitas1

Flávia M. S. de Andrade1

Josué M. Costa1

Léris S. dos Santos1

Rodrigo S. Dias1

1 Universidade Gama FilhoInstituto Superior de Educação TecnológicaCST em Automação IndustrialRua Manoel Vitorino, 553 - Piedade CEP: 20748-900 - Rio de Janeiro/[email protected]@[email protected]@[email protected]@hotmail.com

rEsumo: Este artigo é baseado no desenvolvimento do projeto de uma máquina chamada de Carro Empilhadeira Automática. Este projeto foi realizado através de pesquisas no ramo da indústria gráfica, visando atender às necessidades de uma máquina de suprimento que irá reduzir tempo nas rotinas de produção no dia-a-dia. O Carro Empilhadeira é uma máquina automatizada que proporciona comodidade ao operador por ser controlada remotamente via supervisório, utilizando a

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comunicação serial, através de uma sala de controle. O Carro Empilhadeira é um equipamento versátil, com baixo custo de manutenção, que por meio de eventos programado para alimentação de suprimentos, otimizará a produção.

palavras-ChavE: Carro Empilhadeira, Suprimento, Supervisório

1. INTRODUÇÃO

O setor gráfico brasileiro teve seu início com certo atraso em relação a vários países, inclusive da América Latina. Fomos um dos últimos países do mundo a implantar a tipografia. Desde a invenção da prensa com tipos móveis de Gutenberg até a edição de A Gazeta no Rio de Janeiro em 1999, o avanço do setor gráfico foi muito lento. Este desenvolvimento tecnológico permaneceu fraco durante o século XX no Brasil. Com tudo nos últimos cinqüenta anos foi um dos setores que mais se desenvolveram tecnologicamente. Os milagres da eletrônica e a ampliação da informática no meio gráfico melhoraram em muito a produtividade das gráficas brasileiras. Porém, ainda existe um acentuado número de pequenas e médias indústrias do setor que possuem maquinários com tecnologia inferior, acarretando uma logística deficiente em sua linha de produção, com a realização manual de tarefas como o transporte de suprimentos para as máquinas, necessitando de vários operários e demandando perda de tempo.

No dia-a-dia da produção, percebemos que a alimentação dessas máquinas ocasiona grandes paradas nas linhas de produção e exposição dos operadores aos riscos de acidentes devido aos acessos restritos onde os operadores necessitam exercer tal alimentação à máquina e dar prosseguimento com a produção.

O equipamento apresentado, objeto de um projeto acadêmico e batizado de Carro Empilhadeira, tende a ser uma solução para indústrias que utilizam máquinas que necessitam de alimentação de suprimentos constantes, otimizando o processo e elevando a produção.


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2. ASPECTOS TÉCNICOS

2.1. Composição do carro empilhadeira

O Carro Empilhadeira, mostrado na figura 1, é um sistema composto por carro de duas rodas tracionadas por conjunto correia e polias ligadas a um motor CC que fazem o movimento longitudinal (eixo X). Outro motor ligado a uma correia sincronizadora faz o movimento vertical (eixo Y), o qual eleva o bloco contendo o garfo. O garfo possui movimentos de avanço e recuo acionados por um motor de CA acoplado a uma cremalheira fixada na base do garfo. Vários sensores fazem o monitoramento dos movimentos enviando sinais para o painel de controle, acoplado ao carro, que contém fonte de alimentação, CLP, “drivers”, comando manual e sinalização. O CLP é ligado ao computador, que mostra a tela do programa supervisório, por meio de comunicação serial.

O painel de controle do carro empilhadeira possui quatro botoeiras individuais para acionamento dos movimentos nos eixos X e Y e uma botoeira única para acionamento do garfo para frente e para trás. Existe ainda uma botoeira de emergência que pára todo o processo através de uma memória do CLP, desligando todas as saídas. Uma chave seletora realiza a comutação do sistema de automático para manual e finalmente duas sinaleiras (verde e vermelha) que fazem a sinalização de status.

Status do Sistema:

Sinaleira verde acesa → sistema ok em automático; Verde acesa intermitente → sistema em manual;Vermelha acesa → sistema com erro;Vermelha acesa intermitente → sistema em parada de emergência;Ambas acesas intermitentes → estoque com apenas uma peça ou nenhuma;

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Figura 1. O carro empilhadeira

Legenda:

S0 – Sensor indutivo movimento eixo X.S1 – Sensor indutivo movimento eixo Y.S2 – Sensor reed-switch garfo avançado.S3 – Sensor reed-switch garfo recuado.S4 – Sensor óptico peça no garfo recuado.S5 – Sensor óptico peça no garfo avançado.S6 – Sensor reflexivo para atualização de posicionamento.

2.2. Controlador lógico programável (CLP)

O CLP (Controlador Lógico Programável) foi criado, na década de 70, para substituir sistemas automáticos que utilizavam relés, temporizadores e seqüenciadores mecânicos. Concebido para processos discretos, ele cresceu em funcionalidades ao longo do tempo, passando


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a incorporar também controle de movimentos, controle de processos, controle distribuído e funcionamento em rede. Atualmente o CLP é o principal equipamento dos atuais sistemas de automação, tanto industrial como predial. O CLP é um dispositivo de controle lógico, de estado sólido, funcionalmente semelhante a um microcomputador, para aplicações bem definidas. No projeto em questão foi utilizado para controle, o CLP FX 1N60MR da MITSUBISHI, que possui 36 entradas digitais e 24 saídas. A alimentação elétrica é feita a partir de rede 100~240 VAC. A implementação do programa de controle do CLP, foi desenvolvida em linguagem básica de Ladder. Para isso, utilizamos o software GXMELSOFT de propriedade da MITSUBISHI ELECTRIC.

2.3. Sistema de controle

O sistema de controle do Carro Empilhadeira pode ser comutado de automático para manual através da chave seletora do painel de controle. No modo automático, caso haja falha, pode ser feito um “reset” comutando-se a chave seletora para manual e em seguida automático, neste momento o supervisório sinalizará por meio de um comando de reconhecimento de falha.

O Controle do movimento nos eixos X e Y são feitos através de roda de pulsos com leitura por sensor indutivo. O incremento e decremento dos pulsos são monitorados por contadores retentivos “up/down”, onde o controle do limite do movimento se dá através de pulsos máximos e mínimos configurados no programa. Estes movimentos ainda são monitorados por temporizadores, ou seja, cada passo do movimento não deve ultrapassar o tempo limite estipulado para os mesmos através do supervisório, caso contrário, acionam uma memória “watchdog time” entrando em falha, acendendo a luz de erro e desligando as saídas através da linha de “stop” do programa. Por fim existem os comparadores que determinam os pontos limites dos movimentos, caso ultrapassem estes pontos os mesmos também abrem a linha de stop indicando erro.

Para o movimento dos garfos este limite é controlado por dois sensores “reed switches” localizados atrás do garfo. Dois sensores fotoelétricos localizados na lateral do garfo são usados para reconhecimento da peça no garfo, na condição recuada ou avançada.

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2.4. “ Drivers”

Para o controle dos motores que possibilitam os movimentos nos eixos X e Y, foram instalados, no interior do painel de controle duas Unidades de Controle a Transistor ANTEK (Drivers), que são projetadas para operação de motores de corrente contínua com tensão de até 48Vcc e corrente de até 5A. A unidade de controle funciona de acordo com o princípio de modulação por largura de pulso (PWM) com um estágio de saída MOS (Metal Oxide Semiconductor).

O sentido de rotação, das duas velocidades fixas, pode ser pré-selecionado através de um sinal de controle aplicado ao terminal 1 (anti-horário) ou terminal 2 (horário). Do mesmo modo duas velocidades podem ser selecionadas aplicando-se um sinal de controle nos terminais 3 (n1) ou 4 (n2). O ajuste fino das velocidades é feito por meio de dois potenciômetros, localizados na parte frontal do driver, que fixam a velocidade entre 0 e máxima. As entradas de sinal de controle são opto-isoladas e o terminal 5 é a referência das mesmas. Uma queda no sinal de controle nos terminais 1 e 2 provoca a frenagem dinâmica do motor. O controle de falha (erro interno) dos drives é feito por relés de contato seco localizados no interior dos mesmos. Esta falha pode ser ocasionada, por exemplo, por sobrecarga do motor.

2.5. Rotinas de operação

Operando no modo automático o sistema move o carro, com o garfo recuado, para a posição inicial da rotina principal, programada na tela de manutenção do supervisório. Esta rotina é de abastecimento da máquina em operação onde o carro sempre suprirá a máquina. Ao ser solicitado por meio da tela do supervisório, o veiculo sai da posição inicial, vai até o estoque, retira a peça em uma das primeiras prateleiras e entrega na posição da maquina, retornando a posição inicial.

Uma vez que a retirada da peça na primeira prateleira das estantes 1 e 2 é mais rápida na hora de abastecer a máquina, o carro empilhadeira automaticamente, através de uma rotina de otimização, retira das prateleiras superiores as peças para repor nas primeiras inferiores.


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Figura 2. Supervisório Elipse SCADA. Tela de Operação (Elipse, 2010)

Na rotina de abastecimento do estoque uma vez que uma peça é retirada do estoque gera um pedido de peça para reposição, ao reconhecer o mesmo pela tela do supervisório o carro busca a peça na entrada de material e repõem no estoque. Caso o estoque fique com apenas uma peça o mesmo gera um alerta para o operador através do supervisório ou pela intermitência das sinaleiras no painel de controle.

2.6. Sistema de supervisão

O sistema de supervisão foi construído através do software Elipse SCADA que é indicado para aplicações simples ou complexas, dependendo do pacote escolhido. Para aplicações simples, o pacote Elipse View pode gerar uma interface com o operador para monitoração e acionamentos. Permite a visualização de variáveis, inclusive com a utilização de animações, programação de set-points, controle de acessos e funções especiais para touch-screen. Já para aplicações complexas,

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o Elipse Pro permite trocar dados em tempo real com outras estações, transferir/atualizar bancos de dados, realizar comandos e programar set-points através da rede local ou linha discada.

Figura 3. Implementação física do carro empilhadeira

3. RESULTADOS

Durante os testes operacionais com o protótipo do Carro Empilhadeira, observamos que poderão ser implementadas várias outras rotinas de programa no equipamento, pois o mesmo respondeu aos comandos, podendo ser utilizado em outras aplicações de logística e armazenagem de produtos.

No entanto, no decorrer dos testes, verificamos que o controle do movimento nos eixos X e Y, através do dispositivo de roda de pulsos com leitura por sensor indutivo, não apresentou os resultados esperados para a requerida aplicação. O dispositivo gerou erro na precisão da contagem dos pulsos, ocasionado provavelmente pela interação do conjunto correia e polia ligada aos motores e principalmente pela relação entre o diâmetro do sensor indutivo e a distância do passo da roda dentada. Isto ocasionou um erro de aproximadamente 2 cm no posicionamento de parada do carro, inviabilizando alguns movimentos.


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4. DISCUSSÃO

Quanto à utilização da roda de pulso com leitura por sensor indutivo, podemos dizer que estes são usados para detecção de objetos metálicos, porém podem servir para medição de rotação, posição ou monitoração de velocidade de máquinas diversas a partir de rodas dentadas (engrenagens). Fornecem uma tensão de forma quadrada em sua saída quando um objeto ferroso se movimenta em sua face sensível e possui freqüência proporcional ao número de dentes da roda dentada e a rotação.

Com tudo para obter ótimo rendimento dos sensores, deve-se observar:

• A > D

• H > D

• C > 3 x D

• 0.1 < E < 0.5 mm

Figura 4. Rodas dentadas (engrenagens)

Por este motivo, se não for muito bem dimensionado e ajustado podem variar sua precisão e gerar o erro descrito no item 3 (Resultados).

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Já os “encoders” são bem mais precisos e não precisam de ajuste mecânico, pois são sensores que determinam a posição através de um disco ou trilho marcado, e se dividem em relativos e absolutos. A posição é demarcada por contagem de pulsos transmitidos, acumulados ao longo do tempo. O encoder típico gera dois canais de informação denominados de canal A e canal B, além de um pulso a cada giro completo, que é a referência ou Z. Estes dois canais estão defasados entre si de 90º (graus), para que se tenha uma maior precisão na resolução do sistema. No canal A e B a geração da quantidade de pulsos por volta, varia de 50 a 5000 pulsos, conforme a aplicação.

5. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇõES

O projeto apresenta vantagens em relação às implementações semelhantes, no que diz respeito à inexistência de sensoriamentos nas estantes, acarretando a otimização de cabos e entradas no CLP. A integração do painel ao equipamento reduz a distância do CLP aos sensores, atenuando os efeitos de possíveis interferências externas.

Conclui-se que, baseado nos equipamentos envolvidos, o projeto pode ser executado em maior escala, opcionalmente utilizando comunicação sem fio (“wireless” ou via rede elétrica), sendo viável economicamente e atendendo as necessidades de boa parte das indústrias.

Para solucionar o problema dos erros de posicionamento gerado pela contagem de pulsos sugerimos, como implementação futura, a substituição dos dispositivos de roda de pulsos com sensores indutivos por encoders.

Espera-se que o projeto possa ser implementado a fim de ser utilizado em indústrias para o suprimento de máquinas e equipamentos, trazendo eficiência e economia, além de contribuir para a diminuição de interrupções nas linhas de produção e conseqüentemente reduzir os riscos aos operários que ainda manipulam estes suprimentos manualmente.


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6. REFERÊNCIAS

ANTEK. ANTRIEbSTECHNIK GmbH. Manual de Operação - Controle de Unidade DC 5 AT. (Versão 6/95). DC5ATGB.DOC. Disponível em: http://www.atb.co.at.

Apostila Automação e Controle – UGF.

Carro empilhadeira de suprimento, para máquina de produção, controlado remotamente por sistema supervisório via comunicação serial. Rio de Janeiro, 56 p., 2010. Monografia (Gaduação) – Universidade Gama Filho.

ELIPSE SOFTWARE. Disponível em http://www.elipse.com.br.

INDÚSTRIA GRÁFICA BRASILEIRA. Disponível em: http://www.guiapresidente prudente. com.br/industria-grafica.html.

MITSUBISHI ELETRIC. Disponível em: http://www.mitsubishi-automation.com.

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AUTOMAÇÃO DE SISTEMA DE CONTROLE DE AR-CONDICIONADO (HvAC)

Fabio S. G. Sagaz1

Salim J. Nabbout1

Alexandre F. Gomes1

Karina C. de Carvalho1

Sandro R. da Silva1

1 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia de Controle e AutomaçãoRua Manuel Vitorino 625, PiedadeCEP: 20748-800 – Rio de Janeiro – [email protected]@[email protected]@[email protected]

rEsumo: O presente trabalho visa o desenvolvimento de um projeto na área de controle e automação na implementação de um sistema de condicionamento de ar, ventilação e exaustão mecânica, para manutenção das condições térmicas de conforto humano dos ambientes e economia de energia, que seja capaz de proporcionar conforto, tornar ambientes propícios aos funcionários e adequados para o uso de equipamentos específicos. Trata-


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se de um sistema que permite o controle do ar condicionado em todos os setores de uma indústria.

palavras-ChavE: Automação de Ar-Condicionado, HVAC

1. INTRODUÇÃO

A preocupação com a qualidade e a economia de energia sempre foi um dos fundamentos da automação, seja em sistemas industriais, seja em sistemas prediais. Com a inovação tecnológica, cada vez mais a automação vem se destacando no cenário mercadológico. Devido à falta de investimentos no setor de produção de energia elétrica, passamos recentemente por uma crise de abastecimento energético que afetou o comportamento de consumo das residências, da indústria e do comércio.

Com o advento da necessidade por uma opção de projeto de sistema de customização de energia e condicionamento de ambientes fez-se vir à tona os Sistemas de Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento (HVAC).

O funcionamento ocorre, basicamente, através de um controlador lógico programável, que gerencia e controla todo o processo de geração do ar refrigerado, a partir de informações coletadas em campo por meio de sensores de temperatura e vazão, que controlam o fluxo da água de resfriamento e o funcionamento do compressor, permitindo assim o controle da temperatura e a manutenção constante do ar controlado.

O desafio é a elaboração de um sistema seguro e capaz de gerenciar, controlar e monitorar todo o sistema, garantindo um ambiente adequado para os equipamentos instalados, e confortável para os funcionários.

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2. ASPECTOS TÉCNICOS

2.1. Funcionamento do projeto

Para realizarmos o controle de temperatura e umidade estaremos utilizando um CLP que através da lógica desenvolvida, vai controlar em um circuito de malha fechada as válvulas proporcionais de água gelada e água quente levando em consideração o set-point desejado e a leitura local dos transmissores de temperatura e umidade.

Nosso CLP também vai controlar os inversores dos ventiladores do fancoil, o diferencial de pressão do sistema de água e o diferencial de pressão do sistema de filtros que estão purificando o ar que será insuflado na sala.

Um sistema supervisório vai trabalhar em conjunto como interface homem máquina, trazendo em tempo real informações do campo e através de sua tela possibilitando a mudança de set-point na memória do CLP.

Quando os filtros estiverem sujos haverá uma perda de carga entre 20 mmCA e 50 mmCA, neste momento haverá um alarme indicando a necessidade de troca dos filtros auxiliando assim a equipe de manutenção a substituir no momento certo os elementos filtrantes reduzindo os custos de manutenção. Com os gráficos gerados após algum período de utilização será possível determinar o tempo de vida útil real de cada elemento atuando como manutenção preditiva.

Estaremos monitorando a pressão diferencial de entrada e saída de cada serpentina, pois se não houver nenhum diferencial de pressão (zero) não está havendo circulação de água.

Através do monitoramento da temperatura de água quente ou gelada podemos determinar se existe folga de energia térmica ou não.

A temperatura da sala será controlada através da água quente e a umidade através da água gelada, ou seja, definindo-se os set-points de umidade da área em 35 %, a válvula proporcional de água gelada irá abrir até que a umidade chegue ao valor desejado, caso a temperatura diminua, a válvula proporcional vai abrir até a temperatura atingir o set-point


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2.2. Protótipo

Em função da dificuldade de conseguir em escala reduzida todos os equipamentos de um sistema de HVAC para simular o controle, retiramos alguns equipamentos como filtros e substituímos outros como, por exemplo, a torre de resfriamento

2.2.1. Equipamentos

ventilador radial

O ventilador radial tem sua construção característica: pás são distribuídas radialmente formando um rotor parecido com um cilindro e o fluxo ocorre do centro para fora do conjunto, ou seja, opera de forma similar a uma bomba centrífuga para líquidos. Também chamado ventilador centrífugo.

Figura 01

O rotor gira dentro de uma carenagem especial, que dirige o fluxo para uma única saída.

A Figura 01 acima dá uma idéia do conjunto sem outros detalhes construtivos.

O motor (não indicado na figura) é montado na parte externa e o acionamento pode ser direto ou por correias. O formato das pás tem significativa influência no rendimento e aplicação do ventilador.

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A Figura 02 mostra algumas formas usuais. Seguem comentários sobre elas.

Figura 02

A (pás radiais planas): para trabalho pesado, com partículas em suspensão e abrasivas. O rendimento é baixo.

B (pás curvas para trás): vazão média, ar limpo, baixo nível de ruído, alta pressão, rendimento médio.

C (pás curvas para frente): alta pressão, rendimento médio. Permite vazões mais altas com diâmetros menores. Não adequado para abrasivos e materiais pegajosos.

D (pás curvas para frente, saída radial): altas pressões e vazões. Rendimento médio.

E (pás de perfil asa): ar limpo, baixo nível de ruído, bom rendimento.

Além do radial simples, existem configurações mistas (hélico-axiais, etc) que não são do escopo deste projeto.


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Unidade de refrigeração

A unidade de refrigeração vai proporcionar a redução da temperatura do ar através da troca térmica utilizando um trocador de calor

M1. Compressor, M2. Motor do Condensador do ventilador

1. Painel de Controle, 2. Condensador, 3. Fan coil

Figura 03

Caixa

Foi utilizada uma caixa em MDF para simular uma área fechada onde será insuflado o ar e controlada a temperatura com o auxílio de um PT 100.

Figura 04. Caixa

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CLP

Foi utilizado um CLP Crouzet com 16 entradas digitais, 9 saídas digitais, 2 entradas analógicas e 2 saídas analógica.

Figura 05. CLP

Inversor de freqüência

Foi utilizado um inversor de freqüência, como o apresentado na Figura 6 para controlar a quantidade de ar insuflado.

Figura 06. Inversor de Frequência

2.2.2. Descrição de funcionamento

O ventilador radial sopra contra o radiador da unidade de refrigeração do ar que vai insuflar a sala ( caixa MDF ), a unidade de refrigeração resfria o ar através da troca de calor com o gás refrigerante no trocador de calor.


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O ar é direcionado para dentro da sala ( caixa MDF ), um elemento sensor de temperatura converte a temperatura em resistência ( Ohms ) e informa ao controlador a temperatura dentro da sala.

Figura 07. Sistema

2.2.3. Controle

O CLP controla a velocidade do ventilador radial através do inversor de freqüência em função da temperatura dentro da sala ( caixa em MDF ), para que ocorra um melhor aproveitamento na troca de calor durante a passagem do ar na unidade de refrigeração. O CLP controla também a liberação do gás refrigerante ao trocador de calor para aumentar ou reduzir a temperatura do ambiente.

2.3. Conclusão

Durante o desenvolvimento do projeto chegou-se à conclusão de que a supervisão e o controle de um processo remoto, está cada vez mais importante e presente na automação industrial, devido a confiabilidade, precisão, velocidade, versatilidade, aumento da qualidade de um produto e evitar a exposição do homem a áreas com alto grau de periculosidade e outros. Sendo assim, é muito importante o estudo continuado no assunto, em busca do desenvolvimento e novas tecnologias para aperfeiçoamento.

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Outro ponto relevante é a importância de se criar soluções alternativas para a correção de problemas, e que estas soluções possam se tornar uma nova tecnologia.

O projeto apresentado contempla todas as informações necessárias para aquisição e instalação de um sistema de ar condicionado capaz de proporcionar o conforto térmico adequado aos ocupantes do ambiente.

O sistema projetado tem como vantagem a possibilidade de o calor absorvido nos ambientes condicionados ser rejeitado a uma grande distância destes ambientes. Este fato ocorre por que a água de condensação pode ser bombeada por grandes distâncias de tubulação até a torre de arrefecimento. Outra vantagem é a temperatura de condensação mais baixa e constante que os sistemas que utilizam o ar para resfriamento do condensador.

A pesquisa em catálogos técnicos de fabricantes, normas técnicas e bibliográficas específicas, possibilitou uma grande riqueza de informações que abrangem todas as características necessárias à aquisição de equipamentos e matérias a serem utilizados na implantação do sistema. A troca de informações com fabricantes, representantes e fornecedores de equipamentos e materiais também contribuiu bastante para os resultados obtidos.

3. bIbLIOGRAFIA

Dias, Carlos Alberto - Técnicas avançadas de instrumentação & controle de processos industriais, 1ª edição, 2005

Creder, Hélio – Instalações de ar condicionado, 5ª edição, 1996.

ALGUMAS PÁGINAS NA INTERNET SObRE O ASSUNTO

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sensor http://pt.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Termoparhttp://www.termopares.com.br/termopares/index.asp http://www.ucs.br/ccet/demc/vjbrusam/inst/temp1.pdfhttp://www.peaksensors.co.uk/thermocouples.htmlhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ar-condicionado

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WIMAX: FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA qUE REvOLUCIONARÁ A bANDA LARGA SEM FIO

Leonardo H. Gonsioroski 1,2

Rogério M. L. Silva 3

Antonio D. M. Filho 3

1 Pontifícia Universidade Católica do Rio de JaneiroDepartamento de Engenharia ElétricaRua Marquês de São Vicente, nº 225, GáveaCEP 22451-041 – Rio de Janeiro – [email protected]@gmail.com

2 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia de Controle e Automação

3 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia ElétricaRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – RJ

rEsumo: Com o avanço tecnológico experimentado pelas tecnologias sem fio nos últimos anos, o acesso a internet em banda larga móvel com qualidade de serviço, torna-se um importante alvo a ser atingido. O Institute of Electrical and Electronics Engineers vem trabalhando a alguns anos no desenvolvimento do padrão 802.16, conhecido popularmente como WiMAX. Este padrão é uma espécie de Wi-Fi amplificado, capaz de cobrir longas distâncias e

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Revista Científica da PROCET | Ano2, v. 2, n. 1, pág. 44-64, 2011

oferecer alta velocidade, já foi reconhecido pela União Internacional das Telecomunicações com um padrão de 4a Geração (release 802.16.m). Este trabalho sintetiza as principais características do WiMAX Nomádico e Móvel, tendo como foco a estrutura das camadas Física e de Controle de Acesso ao Meio (Camada MAC) e sua arquitetura de rede. Serão apresentadas as novas técnicas que fazem do WiMAX umas das opções mais interessantes para a próxima geração de comunicações banda larga móveis sem fio.

palavras-ChavE: IEEE 802.16, WiMAX, Banda Larga Sem Fio

1. INTRODUÇÃO

As tecnologias de comunicação sem fio vêm ao decorrer dos anos ganhando cada vez mais popularidade, pois a mobilidade de recursos e serviços proporcionada por essas tecnologias geram dentre outros benefícios, versatilidade e dinamicidade no cotidiano dos seus usuários, tendem num futuro próximo, tomar definitivamente uma grande fatia do espaço hoje ocupado pelas redes cabeadas. As comunicações móveis de uma forma geral vêm sendo cada vez mais aprimoradas. Como bom exemplo disso, nas comunicações celulares o GSM aparece com papel de destaque já que tem evoluções para a transmissão de dados em altas velocidades, como o GPRS e o EDGE. Atualmente as Redes UMTS (Universal Mobile Telefone Service) com tecnologia de rádio WCDMA, trafegam dados a taxas de até 42 Mbps no downlink usando High Speed Packet Access (HSPA), representam a terceira geração da tecnologia celular.

Com todo esse avanço tecnológico e crescente demanda por serviços multimídia, o acesso a internet móvel em banda larga móvel permitindo altas taxas de transmissão de dados passou a ser objeto de desejo de consumidores e provedores de serviços. O padrão para transmissão banda larga sem fio mais utilizado atualmente é o IEEE 802.11, popularmente conhecido com Wi-Fi, consiste numa solução para redes locais sem fio (WLAN – Wireless Local Area Network), com área de cobertura de cerca de centenas de metros e taxas de transmissão de até 54Mbps na faixa de 2,4 GHz. O Wi-Fi deu aos usuários à experiência da conexão a internet através de banda larga sem fio, mas seu curto alcance evita que se distanciem do Access Point (AP) limitando essa mobilidade.


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A terceira geração da tecnologia celular, comentada anteriormente com serviços de internet de alta velocidade oferecem a mobilidade que falta ao Wi-Fi, entretanto possuem foco em comunicações de voz e fica evidente a falta de capacidade prover internet completamente funcional dentro do ambiente móvel.

Dentro deste contexto, duas tecnologias disputam essas expectativas e desejos dos consumidores e provedores de serviços, o LTE-Advanced e o WiMAX 2.0 (IEEE 802.16.m).

Essas tecnologias tendem a co-existir, disputando o futuro mercado 4G das comunicações móveis. Banda larga sem fio permitindo interoperabilidade, rede core totalmente IP, altas taxas de transmissão e redução de custos tanto para o usuário como para fabricantes e provedores de serviços, são algumas das características dessas tecnologias.

O WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) surgiu em 2001 com a proposta inicial era prover acesso sem fio banda larga fixa com linha de visada entre as estações transmissora e receptora, na faixa de freqüências entre 10 GHz e 66 GHz, mas que evoluiu em releases posteriores, para propostas sem linha de visada entre as estações em acessos fixo (802.16.d rev2004) e móvel (802.16.e) na faixa de freqüências de 2 GHz a 11GHz com interoperabilidade entre equipamentos e objetivo de interconectar os lares e as corporações via internet, serviços de telefonia fixa e móvel e CATV, ou seja, disponibilizar acesso banda larga com altíssima velocidade de transmissão de voz e vídeo para grandes distâncias sem a utilização da rede cabeada convencional.

O WiMax foi desenvolvido para atender redes de áreas metropolitanas (WMANs – Wireless Metropolitam Area Networks), oferecendo conectividade banda larga para provedores de serviços de comunicação, atingindo regiões nas quais ainda não existe infra-estrutura de banda larga, mostrando-se dessa forma ser uma tecnologia muito mais viável (principalmente nessas regiões) do que as redes cabeadas.

2. WIMAX

A arquitetura do WiMAX é bastante semelhante das redes celulares, que simplificadamente é composta por Estações Rádio Base (BTS) e

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equipamentos dos usuários (SS ou MS) e sua cobertura é implementada em formato de células.

A Figura 1, mostra o sistema WiMAX funcionando como um backhaul ponto a ponto interligado a um backbone internet provendo ao usuário final um acesso banda larga sem fio. Dessa forma o WiMAX pode alcançar grandes distâncias, chegando até onde as redes cabeadas não chegam. A BTS transmite o sinal aos assinantes que, por sua vez, utilizam um equipamento especializado para a recepção do sinal, o CPE (Customer Premisses Equipament), que pode ficar, por exemplo, no telhado de uma residência, semelhante a uma instalação de TV por satélite. O sinal é então encaminhado através do padrão Ethernet por cabo diretamente a um único computador, ou um Access Point 802.11 - Wi-Fi ou uma Rede Local Ethernet .

No caso do acesso móvel, o receptor WiMAX pode ser um modem instalado no laptop, isso proporcionará então, que o assinante se mova por toda a área de cobertura, o que representa grandes distâncias, na ordem de quilômetros, isso representa uma das grandes vantagens do WiMAX sobre a tecnologia Wi-Fi, pois neste último a mobilidade limita-se a poucos metros.

Figura 1. Esquema de Funcionamento WiMAX. (FAN WANG et AL., 2008)


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2.1. WiMAX Fixo x WiMAX Móvel

O grupo de trabalho IEEE 802.16 que foi estabelecido em 1999, tem desenvolvido e publicado desde então, diversas versões de padrões de interface aérea para redes sem fio em áreas metropolitanas (WMANs) dando foco nas camadas Física e MAC.

O padrão IEEE 802.16-2004, posteriormente revisto e substituído o IEEE 802.16a e versões 802.16REVd, também conhecido com WiMax Nomádico, foi projetado para modelos de uso de acesso fixo, ou seja, quando a antena é montada no local do assinante. Neste padrão, destacam-se o uso do OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) para 256 portadoras e o OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) para 2048 portadoras, ambos usando transformada rápida de Fourier (FFT). Outra alteração importante foi provisão de suporte para antenas MIMO (Multiple Input Multiple Output), aumentando a confiabilidade do alcance com multipercursos. O padrão possui a camada física (PHY) adaptativa, ou seja, ele altera a modulação e codificação do equipamento de acordo com as condições do canal. Permite correção de erro (FEC), com tamanhos de blocos variáveis e pode operar com TDD ou FDD no uplink e no downlink. A faixa de freqüências do espectro não licenciado em que o sistema opera é de 5.8GHz e nas freqüências licenciadas é de 2.5GHz e 3.5GHz. Possui um alcance de 8 a 12 km sem linha de visada e 30 a 50 km em linha de visada e sua taxa de transmissão pode chegar até 70-75Mbps.

Em 2006 nasce então o IEEE 802.16-2005 ou 802.16e, conhecido como WiMAX Móvel, a certificação de produtos a nível rádio começaram em 2007. Utilizando a faixa de freqüências de 2 GHz a 6 GHz, inclui mobilidade (até 100 km/h), podendo oferecer concorrência a tecnologia celular quando aplicado a freqüências de 2.5 ou 3.5 GHz. A largura de banda pode variar entre 1,25; 5; 10 e 20 MHz, porém só foram definidos pelo WiMAX Fórum larguras de banda de 5 ou 10MHz, alcançadas por meio da modulação SOFDMA.

O padrão IEEE 802.16e é uma alteração da base especificação 802.16-2004 e aposta no mercado móvel, portabilidade e adicionando a capacidade para clientes móveis com adaptadores apropriados para se conectar diretamente a uma rede WiMAX. A Tabela 1 mostra as especificações destas duas versões.

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Tabela 1. Comparação entre as características dos padrões 802.16d e 802.16e. Traduzido de (MARKS, 2003)

2.2. WiMAX Forum

O WIMAX Fórum é uma organização sem fins lucrativos, formada por empresas fabricantes de equipamentos e de componentes, e tem por objetivo promover em larga escala a utilização de redes ponto multiponto, operando em freqüências entre 2GHz e 11GHz, alavancando a padronização IEEE 802.16 e garantindo a compatibilidade e interoperabilidade dos equipamentos que adotarem este padrão (WIMAX FORUM, 2010).

O WIMAX Fórum é constituído pelas indústrias líderes do setor, que estão comprometidas com as interfaces abertas e com a interoperabilidade entre os diversos produtos utilizados no Acesso Broadband Wireless, é o equivalente, por exemplo, ao Wi-Fi Alliance, responsável pelo grande desenvolvimento e sucesso do Wi-Fi em todo o mundo.


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3. MODELO DE REFERÊNCIA DO WIMAX

Os padrões IEEE 802.16 definem a estrutura de operação das camadas PHY e MAC que ocorre entre a estação do assinante (SS) e a estação base (BS). A Figura 2 mostra o modelo de referência de protocolos utilizados pela tecnologia WiMax que possui três planos: plano do usuário, plano de controle e plano de gerência.

Figura 2. Modelo de Referência do WiMAX. Traduzido de (OHRTMAN, 2008)

No plano de Controle estão as duas primeiras camadas do modelo OSI, a camada Física (PHY) e a Camada MAC (Medium Access Control). A Camada MAC é dividida em três subcamadas: a SSCS (Service Specific Convergence Sublayer – Subcamada de Convergência de Serviços Específicos), MAC CPS (Medium Access Control Common Part Sublayer – Subcamada Parte Comum de Controle de Acesso ao Meio) e Subcamada de Segurança. O Grupo de trabalho IEEE 802.16 estabelece padrões com foco em camadas PHY e MAC.

3.1. A Camada Física

A camada PHY é responsável por estabelecer essa conexão física, tanto no enlace de subida (uplink) como no enlace de descida (downlink). As

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principais funções desempenhadas pela camada física são: a transmissão dos MAC PDUs, definição das técnicas de transmissão digital (modulação e codificação), definição do espectro de freqüências, correção de erros, definição da técnica de duplexação e a construção dos quadros e subquadros de transmissão (SILVA, 2008).

Foram definidos 5 padrões de interface aérea para a camada física do Wimax. A Tabela 2 resume as cinco interfaces aéreas:

Tabela 2. Padrões de interfaces aéreas do Wimax.

OFDM

O OFDM é uma técnica de multiplexação digital Multiportadora, assim como o FDM já bem conhecido. Vamos analisar rapidamente a vantagem de se trabalhar com uma modulação Multiportadora ao invés de uma modulação com portadora simples tipo Single Carrier.

Ao contrário da transmissão seqüencial tradicional, com uma única portadora, onde os símbolos são transmitidos de forma serial e o espectro de cada símbolo ocupa toda a faixa de freqüências disponível, num sistema de transmissão Multiportadora transmite seqüências de dados ao mesmo tempo de forma paralela, assim em um dado instante, um conjunto de símbolos está sendo transmitido, ao contrário de sistemas de transmissão serial, que transmitem um único símbolo a cada intervalo.

O sistema WiMAX em geral transmite dados a taxas elevadas e longas distâncias. Transmitir em altas taxas significa dizer que haverá símbolos com pequena duração, já que a duração do símbolo é inversamente proporcional a taxa. Em um ambiente onde há desvanecimento por multipercurso, a curta duração do símbolo acarretará em maior interferência intersimbólica, tornando o canal de comunicação seletivo em freqüência, ou seja, a banda do sinal transmitido é maior que a banda de coerência do canal (RAPPAPORT, 2002).


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Sistemas que empregam a modulação multiportadora com subportadoras dividem o sinal de entrada, com uma taxa bps e ocupando uma faixa de Hz, em subcanais, cada um com uma taxa bps e ocupando uma faixa de Hz. Cada um desses subcanais é modulado com um símbolo diferente da seqüência de entrada, durante um intervalo de símbolo, e então os subcanais são multiplexados na freqüência.

A transmissão paralela causa o “espalhamento” do desvanecimento entre muitos símbolos. Isso efetivamente faz com os erros em rajada característicos do desvanecimento Rayleigh passem a ser um tanto quanto “aleatórios” para os bits, de forma que ao invés de vários símbolos adjacentes serem completamente destruídos, diversos símbolos são apenas “levemente corrompidos”, permitindo assim, a perfeita reconstrução da maioria deles no receptor.

A técnica de transmissão OFDM surgiu como uma evolução do FDM, onde no lugar de utilizar bandas de guarda para separação das subportadoras na recepção do sinal, trabalha-se com uma sobreposição espectral de subportadoras de banda estreita que só é possível pelo fato dessas subportadoras serem ortogonais entre si, daí o nome OFDM. Mais detalhes sobre a técnica OFDM pode ser encontrado em (NASCIMENTO, 2009).

A Figura 3 mostra como as portadoras ortogonais entre si são transmitidas sem interferir uma nas outras.

Figura 3. Uma portadora OFDM e seis portadoras ortogonais sendo transmitidas

É possível observar que com o fato das portadoras estarem sobrepostas, o OFDM é muito mais econômico no que diz respeito à largura de banda que o FDM, como pode observar na Figura 4, essa economia de banda pode chegar a 50%.

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Figura 4. Comparação dos espectros FDM e OFDM em relação ao consumo de banda

Uma das principais vantagens do OFDM é a redução da sensibilidade do sistema ao delay spread e, portanto, à interferência entre símbolos.

A Figura 5 mostra como o espectro OFDM se torna mais robusto ao desvanecimento seletivo em freqüência.

Figura 5. Resposta do canal a ser transmitido e o desvanecimento seletivo e o Espectro OFDM mais robusto

OFDMA

Com OFDMA há a possibilidade de utilizar a técnica OFDM como tecnologia de múltiplo acesso, utilizando-se um grande número de subportadoras (128, 512, 1024 e 2048), que são divididas em grupos, criando sub-canais e facilitando acesso de múltiplos usuários, uma vez que estes transmitem apenas nos sub-canais alocados para eles. Este tipo de modulação aumenta a capacidade de transmissão devido à independência dos sub-canais das sub-portadoras e devido ao fenômeno conhecido como diversidade multiusuário.

Um sub-canal é um subconjunto de portadoras do total disponível. Note na Figura 6 que cada sub-canal é composto de subportadoras que estão espalhadas ao longo do espectro do canal para mitigar o desvanecimento


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seletivo em freqüência. O Subcanal 1, por exemplo, é composto pelas subportadoras vermelhas.

Figura 6. Subportadoras espalhadas com objetivo de mitigar o desvanecimento seletivo

S-OFDMA (OFDMA Escalável)

O Modo OFDMA do Padrão WiMAX Móvel se baseia no conceito de OFDMA Escalável, o qual suporta uma grande gama de larguras de banda de modo a atender flexivelmente as várias necessidades de alocação de espectro e requisitos de utilização.

No SOFDMA é possível variar o número de sub-portadoras, 128; 512; 1024 e 2048, que serão utilizadas no sistema sem alterar o espaçamento entre as mesmas. Através dessa variação no número de sub-portadoras, as diferentes larguras de bandas podem ser alcançadas.

Uma vez que a unidade de largura de banda da sub-portadora e duração do símbolo são fixadas, o impacto nas camadas superiores é mínimo ao se variar a largura de banda do canal. Alguns parâmetros do SOFDMA são listados na Tabela 3.

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Tabela 3. Parâmetros de Escalabilidade do SOFDMA

Modulação e Codificação Adaptativa

Modulação Adaptativa é a possibilidade de se alterar o esquema de modulação utilizado, dependendo das condições do canal com o objetivo de melhorar o desempenho e a qualidade do enlace. Se uma Estação Base não consegue estabelecer uma conexão robusta com um assinante usando certo esquema de modulação, ela pode alterá-lo reduzindo a taxa de dados, mas aumentando o alcance efetivo.

Sabe-se que a potência do sinal recebido varia com a distância, sabe-se ainda que a relação sinal-ruído será atenuada se a potência de recepção diminuir, o que obviamente ocorrerá se for grande a distância entre receptor e transmissor. Desta forma, a Figura 7 mostra o melhor tipo de modulação a ser utilizada no canal, variando a distância do receptor móvel para a Estação Base, segundo (MARKS, 2003).


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Figura 7. Modulação Adaptativa - Associação dinâmica de técnicas de modulação (MARKS, 2003)

Estrutura de sub-quadros

Conforme dito anteriormente uma das principais funções da camada física é a construção dos quadros e sub-quadros de transmissão, veremos agora como estes quadros e sub-quadros são formatados.

Dois tipos de acesso podem ser utilizados, TDD e FDD nas diferentes padronizações do WiMAX. Em bandas não licenciadas deve ser utilizado apenas o primeiro tipo, já na banda licenciada, ambos podem ser utilizados. Duplexação por Divisão de Tempo (TDD) possui algumas vantagens tais como:

a) permitir um ajuste dinâmico das taxas dos enlaces de subida e descida de modo a suportar eficientemente a assimetria do tráfego;

b) Existir reciprocidade nas características dos canais, muito importante para aplicações MIMO e de antenas adaptativa e;

c) Pelo fato dos transceptores TDD serem menos complexos e conseqüentemente possuírem menores custos.

Por estas razões, neste trabalho daremos foco à estrutura de quadro TDD.

A Figura 8 ilustra a estrutura do quadro OFDMA para o modo TDD, onde a cada 5ms o quadro é flexivelmente dividido em sub-quadros DL (Downlink) e UL (Uplink). Os sub-quadros UL e DL estão separados pelos

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chamados TTG (Transmit Transition Gap) e RTG (Receiver Transition Gap), que são intervalos de tempo de transição entre transmissão/recepção e recepção e recepção/transmissão respectivamente, para evitar colisões entre transmissão de UL e DL (FAN WANG et AL., 2008).

Figura 8. Estrutura de quadro OFDM TDD do WiMAX adaptado de (FAN WANG et AL., 2008)

Essa estrutura de quadro define os seguintes canais físicos:

1) Preâmbulo: O primeiro símbolo OFDM é sempre o preâmbulo, utilizado para sincronização do terminal móvel com a Estação Base e também para a estimativa de interferência. Esse sincronismo é realizado devido ao uso da duplexação por divisão no tempo, que permite a banda dos dois enlaces sem separação, necessitando assim, para evitar a interferência entre os dois enlaces, de sincronismo.

2) Cabeçalho-Controle de quadro: vem depois do preâmbulo e carrega informações de controle do sistema do DL-MAP e UL-MAP, que contém a configuração e comprimento do quadro, o esquema de código utilizado e os subcanais utilizáveis.

3) DL_MAP e UL_MAP: fornecem alocação de recursos e outros controles de informação para subquadros de DL e UL. O MAP é tipicamente espalhado usando um robusto esquema de código e modulação (MCS). Para reduzir o over head do MAP, o sistema pode


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também definir um ou mais sub-MAPs que podem levar mensagens de alocação de trafico a niveis maiores de MCS para usuários mais pertos da BS e com maiores condições CINR.

4) UL Ranging: O subcanal UL Ranging está alocado para uma MS executar close-loop time, freqüência e ajuste de potência assim como requisição de largura de banda.

3.2. A CAMADA MAC

A Camada MAC é responsável pelo controle de acesso ao meio, ou seja, define quando e como as BS’s e SS’s podem iniciar uma transmissão. O protocolo MAC foi projetado para tipos de aplicações como Wireless broadband ponto-multiponto, suportando altas taxas de transmissão tanto em Downlink quanto em Uplink. No Downlink o estabelecimento da conexão é bem mais simples, já que apenas a Estação Base está transmitindo, entretanto isso se torna mais complexo no Uplink, pois centenas de Estações móveis estão comunicando ao mesmo tempo. As transmissões no Uplink são variadas e por isso a Camada MAC deve suportar tráfego contínuo de dados e tráfego em rajadas com certo nível de qualidade de serviço (QoS) adicional, de acordo com cada uso.

As principais funcionalidades da camada MAC são: O gerenciamento de QoS na interface aérea, por meio de mecanismos dinâmicos de reserva de banda e priorização de tráfego; O suporte a múltiplas interfaces para a camada Física; Segurança e Sincronismo; Interface para IP, ATM e Ethernet; Seleção Dinâmica de Freqüência (DFS – Dynamic Frequency Selection) e por fim, suporte a sistema com antenas adaptativas e suporte para topologia Mesh.

Como dito anteriormente a Camada MAC está dividida em três subcamadas:

Sub-camada de Convergência de Serviços Específicos (CS)

É assim chamada, pois tem funcionalidades específicas de adaptação necessárias aos possíveis clientes da rede WiMAX. É a subcamada responsável por transformar e mapear dados externos da rede nas Unidades de Dados do Serviço (SDU’s).

A Sub-camada CS, faz fronteira com as camadas superiores, recebendo destas os dados e classificando-os como fluxos de serviços e conexões.

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No caso dos fluxos de serviços estes são identificados com um SFID (Identificador de fluxo de serviços) e no caso das conexões a identificação é feita com CID’s. Isto proporciona o fornecimento de QoS mais adequado para cada fluxo de serviço. Esta e outras funcionalidades da Sub-camada CS estão dentro do escopo das 2 especificações atualmente disponíveis: A ATM CS e a Packet CS (IEEE 802.16, 2004).

Subcamada Parte Comum de Controle de Acesso ao Meio (CPS)

Esta subcamada terá funcionalidades comuns de adaptação necessárias aos possíveis clientes da rede WiMAX. Dentre as principais funções desempenhadas pela subcamada CPS estão: o estabelecimento e manutenção das conexões realizadas entre BS’s e SS’s, Suporte ao QoS, e Gerenciamento da Largura de Banda.

A camada de convergência comum da camada MAC tem como funcionalidades o estabelecimento e o gerenciamento das conexões realizadas entre as BS e as SSs, suporte a qualidade de serviço (QoS) e gerenciamento de largura de banda. Com todas essas funções, ela recebe e envia dados de outras camadas de convergência e faz todos os ajustes que forem necessários para adequação do tipo de conexão MAC (PASCHOALINI, 2007)

A subcamada de convergência comum é orientada a conexão, com o propósito de mapeamento de serviço nas SS’s e associação de níveis de QoS de uma conexão. Uma vez estabelecida esta conexão é necessário uma manutenção contínua, dependendo do tipo de serviço conectado. Essas conexões são baseadas no Conection Identificator (CID), composto por um conjunto de 16 bits e que pode requerer alguma garantia de banda ou senão banda sobre demanda quando estiver estabelecendo a conexão (IEEE 802.16, 2004).

Para cada SS existe um identificador único que é o endereço MAC, este endereço é composto por 48 bits, utilizado para estabelecer e autenticar uma conexão entre uma BS e uma SS. Na inicialização da conexão de uma SS é designado outro tipo de conexão que são as conexões de gerenciamento em algumas direções, dependendo da requisição de QoS e de acordo com o tipo de gerenciamento. Na verdade, são três tipos de conexões estabelecidas: conexão base, conexão primária de gerência e conexão secundária de gerência, sendo que a terceira pode ser opcional.

A conexão de base é usada para enviar mensagens pequenas ou curtas de gerência MAC, mensagem Radio Link Control (RLC) e que sejam urgentes


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entre a SS e a BS. A conexão primária é utilizada para enviar mensagens um pouco maiores ou mais longas e que não sejam tão urgentes sendo menos sensíveis ao atraso, e a conexão secundária envia mensagens de gerência também tolerantes ao atraso de outros tipos de protocolos, como o Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), Trivial File Transfer Protocol (TFTP) e Simple Network Management Protocol (SNMP) (IEEE 802.16, 2006).

Sub-camada de Segurança

Características de privacidade e segurança estão previstas no Padrão IEEE 802.16, permitindo transmissões seguras, incluindo procedimentos de autenticação. Tais características estão delimitadas nesta Sub-camada de Segurança. Sua função de estabelecer a privacidade através de criptografia e de autenticidade nas conexões entre SS’s e BS’s, usando um sistema híbrido de criptografia: a criptografia assimétrica para autenticação e transporte de chaves e a criptografia simétrica para cifragem e descifragem de dados. Mais detalhes em (PASCHOALINI, 2007)

4. ARqUITETURA E TOPOLOGIA DE REDE

O Chamado NMR (Network Model Reference) identifica as entidades funcionais chave e referencia os pontos nos quais as especificações de interoperabilidade de redes são definidas. Conforme ilustrado na Figura 9, dentro da rede principal do sistema WiMAX temos dois grandes blocos funcionais conhecidos como NAPs (Provedores de Acesso as Redes) e as NSPs (Provedores de Serviços de rede).

As NAPs são entidades de negócios que irão prover infra-estrutura de rádio acesso WiMAX, enquanto que as NSPs são entidades de negócios que proverão conectividade IP e serviços WiMax para assinantes Wimax que tenham negociado um SLA (contrato de nível de serviço) com uma ou mais NAPs.

A arquitetura de rede permite uma NSP ter relacionamento com múltiplas NAPs em uma ou diversas localidades geográficas. Isso também possibilita a NAP compartilhar com múltiplos NSPs. Em alguns casos a NSP pode ser a mesma entidade de negócios que a NAP.

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Figura 9. Modelo de Referência de Rede WiMAX

As entidades funcionais são:

1 MS (Mobile Station) – A Estação Móvel que em linhas gerais é o equipamento do usuário provendo conectividade sem fio entre um único ou múltiplos hosts e a rede Wimax. Nesse contexto o termo MS é usado mais genericamente para se referir tanto a terminais fixos (802.16d) como móveis (802.16e).

2 ASN (Access Service Network) – É a Rede de Serviço de Acesso, que contempla as Estações Base (BS) e os ASN Gateways (ASN-GW). A Rede de Serviço de Acesso – ASN pode ser um único bloco contendo as duas entidades funcionais BS e ASN-GW ao mesmo tempo, o que chamamos de ASN Integrado ou pode ser desenhada em N blocos distinos e nesse caso, pode consistir de um ou mais BSs e no mínimo uma instancia de um Gateway ASN (ASN-GW). Descreveremos em sepadado as funções da BS e ASN-GW. A BS é responsável por fornecer interface aérea ao MS. Funções adicionais incluem funções de gerenciamento de micromobilidade, tais como ativação de handoff, gerenciamento de recursos de rádio, aplicação de política de qualidade de serviço, classificação de tráfego, proxy DHCP (Dynamic Host Control Protocol), gestão de chave e gestão de sessão. O ASN-GW normalmente funciona como uma segunda camada de ponto de agregação de tráfego dentro de uma ASN. Funções adicionais incluem gestão e paginação de localização intra-ASN, gestão de recursos de rádio e controle de admissão, cache dos arquivos do cliente e chaves criptografadas, funcionalidade AAA (Authentication, Authorization, and Accounting), estabelecimento e manutenção de conexão móvel com as base stations, aplicação de


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política de qualidade de serviço, agente de funcionalidade para IP’s móveis estrangeiros, e encaminhamento para o CSN selecionado.

3 CSN (Connectivity Service Network) – Conectividade de Serviço de Rede: é um conjunto de funções de rede que fornecem serviços de conectividade IP para os assinantes WiMAX. O CSN pode ser melhor compreendido como um elemento de rede, tal como roteadores, Servidores AAA Proxy, agent home e banco de dados de usuários. Segue algumas funções chaves do CSN:

• Gerenciamento de endereços IP• Servidores ou Proxy AAA, que suportam autenticação para

dispositivos usuários e serviços.• Controle de admissão e políticas de gerenciamento de QoS e

Segurança• Suporte a transição entre diferentes NSPs, através das conexões R5.• Gestão de Localização, mobilidade e transição entre ASNs através

das Conexões R4.

A Figura 9, apresenta um cenário bastante genérico das Redes WiMAX, inclusive com a adição de entidades RS (Estações Relay). A estação móvel do assinante (SS ou MS) está ligada as RS’s ou diretamente as BS através das conexões R1. Quando o Sistema WiMAX apresentar topologia MMR (MultiHop Relay) uma conexão denominada 16j aparecerá entre as RS’s e as BS’s. As conexões R6 são responsáveis pela comunicação entre BS e ASN-GW. A conexão R8 auxilia nos Handoffs.


Este trabalho reúne as principais características dos padrões IEEE 802.16d e 802.16e, Wimax Fixo e Móvel respectivamente, que foram retiradas de diversos outros trabalhos referentes ao mesmo tema. Como tecnologia banda larga móvel o WIMAX tem uma proposta muito robusta pautada no que há de mais moderno, muitos players das comunicações móveis continuam investindo muito nessa tecnologia. Recentemente o Institute of Electrical and Electronics Engineers aprovou a norma IEEE 802.16m que atualiza o padrão WiMAX, dando o primeiro passo legal para a nova geração dessa rede. O novo padrão, conhecido como WirelessMAN-Advanced ou WiMAX 2, oferecerá velocidades de download de mais de 300 Mbps.

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No Brasil a maior parte das implantações deve ocorrer na faixa de 3,5 GHz, duas das principais empresas de telecomunicações, a Brasil Telecom e a Embratel já adquiriam as licenças para operação nesta faixa de freqüências.

Principalmente devido sua característica de oferecer conectividade banda larga sem fio na última milha, atingindo regiões nas quais ainda não existe infra-estrutura de banda larga, o WIMAX se mostra muito adequado no mercado sul-americano onde esse cenário é ainda bastante expressivo.

6. REFERÊNCIAS

[1] Fan Wang, Amitava Ghosh, Chandy Sankaran, Philip J., Fleming, Frank Hsieh, and Stanley J. benes, Networks Advanced Technologies, Motorola Inc., WiMAX: A Technology Update. Mobile WiMAX Systems: Performance and Evolution. IEEE Communications Magazine, October 2008

[2] MARKS, Roger. The IEEE 802.16 WirelessMAN Standard for Broadband Wireless Metropolitan Area Networks (presentation). Fifth Annual International Symposium On Advanced Radio Technologies. Colorado, USA. March 2003. Disponível em http://www.its.bldrdoc.gov/meetings/art/art03/slides03/mar_r/mar _slides.pd

[3] Teleco Inteligência em Telecomunicações. WiMAX: WiMAX Forum. Disponível em http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialwimax/pagina_2.asp [Acesso em: 01/2010]

[4] Frank Ohrtman, “WiMAX Handbook – Building 802.16 wireless networks”, McGraw-Hill, 2008.

[5] Wyllian bezerra da Silva, Um Estudo Comparativo do Desempenho das Disciplinas de Escalonamento WRR e WF2Q no Suporte a QoS em Ambientes de Redes de Acesso IEEE 802.16. Dissertação de Mestrado – Universidade Federal de Uberlândia - Março 2008.

[6] Rappaport, T. S., “Wireless Communications - Principles and Practice”: IEEE Press, Inc.. New York and Prentice Hall, Inc., New Jersey, 2002.

[7] Antonio da Silva Nascimento, Dissertação de Mestrado: Planejamento de Sistemas Móveis em Banda Larga 802.16e-2005 em Freqüências entre 2 e 11 GHz. PUC-Rio 2009.


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[8] IEEE Working Group 16. IEEE 802.16 Parte 16: AirInterface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, 2004.

[9] Fábio Manoel Paschoalini, WI-FI e WiMAX: Tecnologias em Redes sem Fio. Universidade Federal de Lavras, Março 2007.

[10] IEEE Working Group 16. IEEE 802.16 Parte 16: Interface for Fixed Broadband Wireless Access System, 2006.

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ESTUDO NA CRIAÇÃO DE APLICAÇõES INTERATIvAS COM REALIDADE vIRTUAL, UTILIzANDO TÉCNICA DE ESTEREOSCOPIA NA FERRAMENTA bLENDER1

Antônio C. A. MólEduardo M. RochaMarcelo M. G. Pereira

Universidade Gama FilhoDepartamento de Ciência da ComputaçãoRua Manoel Vitorino, 55320.740-900– Rio de Janeiro - [email protected]@gmail.com

rEsumo: Este trabalho tem por objetivo apresentar o estudo de uma ferramenta baseada em licença GNU General Public License para a construção de objetos 3D e ambientes interativos usando a técnica de geração de imagens de forma estereoscópica. Inicialmente apresentamos uma abordagem sobre os conceitos de geração de imagens em estéreo e em seguida um detalhamento sobre a utilização da ferramenta Blender abordando suas características e usabilidade. Abordamos então a criação de um protótipo, usando a ferramenta, contemplando


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desde a modelagem do objeto 3D até a renderização com imagens geradas em estéreo.

palavras ChavE: Estereoscopia, realidade virtual, Blender

1. INTRODUÇÃO

Em geral os projetos de ambientes são desenvolvidos por arquitetos utilizando aplicações CAD e desta forma com uma visão estática. Com a possibilidade de imersão no ambiente, possibilitada pela realidade virtual, a avaliação do projeto torna-se mais eficaz uma vez que está mais próxima da realidade desejada. Este tipo de abordagem permite que o usuário experimente o ambiente projetado antes de sua construção e com isso faça os ajustes necessários para adaptá-lo à sua necessidade.

Outro ponto relevante à nossa escolha, é o fato de termos em evidência a tendência dessa nova tecnologia como fim de entretenimento, tal que acontece em filmes adaptados com projeções em 3D, por meio de interface de um óculos, o que é chamado de projeção estéreo de imagem.

Nossa proposta de projeto tem o objetivo de implementar essa tecnologia de estereoscopia em aplicações interativas usando a ferramenta Blender.

Inicialmente fazemos uma abordagem sobre estereoscopia, em seguida sobre a ferramenta escolhida e finalizamos com um detalhamento sobre o desenvolvimento do protótipo.

2. CONCEITOS

Antecedendo a nossa construção de protótipo, estendemos as nossas pesquisas a informações mais precisas do que estávamos trabalhando, a modelagem 3D e a estereoscopia.

Vimos que a estereoscopia acrescenta a dimensão de profundidade às telas de projeção dos mundos virtuais e, consequentemente, torna-os mais

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próximos e realistas da forma que os usuários os vêem no mundo real no caso de aplicações de realidade virtual.

Na prática, ilude-se o cérebro humano produzindo artificialmente duas visões a partir de uma imagem, uma para o olho direito e uma para o olho esquerdo, conforme ilustrado na Figura 1.

Figura 1. Esquema mostrando as imagens captadas em cada olho (par estereoscópico) e a imagem resultado da fusão deste par estereoscópico

Nosso projeto utilizou-se da estereoscopia passiva, que é quando as imagens do par estéreo são reproduzidas superpondo-se, de uma interface para filtragem dessa imagem gerada, normalmente utiliza-se de óculos com um filtro passivo (como polarização da luz, ou separação das cores do espectro, também chamada de anaglifo) para que cada olho veja apenas uma das imagens. O tipo de estereoscopia passiva escolhida foi a de projeção lado a lado, que é a mesma técnica utilizada em projeções de filmes de cinema. Na Figura 2 temos um esquema do processo de geração de imagens com dois projetores e luz polarizada.

Figura 2. Projeção da Luz de forma polarizada


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Utilizando a ferramenta escolhida, Blender, pudemos unir os conceitos da estereoscopia com os de computação gráfica em modelagem 3D, aplicando tais conceitos de forma prática ao nosso protótipo por meio de uma aplicação interativa com saída estereoscópica de imagem.

Observamos que a exploração de novas tendências tecnológicas interagidas a métodos de ensino, torna-se muito importante no desenvolvimento do meio acadêmico, pois possibilita a exploração de uma ciência expressiva no mercado tecnológico, que é a estereoscopia. Esta que, sendo utilizada como meio educativo e interativo, passaria informações de forma interessante e de fácil absorção a qualquer olhar humano curioso.

Após adquiridos conceitos de pós-produção das imagens, voltamos à etapa de produção, onde estudamos de forma detalhada a interface do Blender, incluindo técnicas de modelagem 3D e realidade virtual, para obtermos sucesso no desenvolvimento de nosso protótipo.

3. SObRE O bLENDER

Iniciamos nosso projeto com o estudo de qual ferramenta utilizaríamos para o desenvolvimento de nossa proposta. Escolhemos o Blender por ser uma ferramenta com licença livre (GNU General Public License) e também por apresentar bons recursos de modelagem de objetos 3D e implementação de funções de geração de imagens em estéreo.

Para a criação da imersão no ambiente, o Blender requer uma programação detalhada para cada objeto da cena. Esta programação é realizada com uma linguagem própria e visual chamada LogicBricks.

O Blender se mostrou uma ferramenta adequada devido à capacidade de reprodução realística, no quesito detalhamento de cenário (sombreamento, iluminação do ambiente, objetos da cena, etc), porém, é um software que demanda bastante trabalho e tempo para a criação de cenários.

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4. DESENvOLvIMENTO DO PROTÓTIPO

Iniciamos o desenvolvimento de um protótipo que fizesse a simulação real do nosso Sistema Solar, onde a idéia seria de realizar todo o processo de modelagem tridimensional a uma cena que pudesse passar de forma simples a idéia inicial, mantendo o foco da utilização da tecnologia como meio de ensino e informativo.

Podemos dividir o desenvolvimento desse protótipo em três principais etapas: Pré-Produção, que é a etapa onde realizamos o levantamento dos requisitos, informações e conceitos; Produção, etapa onde iniciamos toda a modelagem, montagem de cenário e interatividade na aplicação, conforme ilustrado na Figura 3; Pós-Produção, etapa final onde aplicamos texturas, técnicas de iluminação de objetos e cenário, saída estereoscópica de imagem renderizada e finalização de detalhes da cena.

Figura 3. Interface de modelagem de objetos (modificadores/modifiers)

Ainda no processo de Pré-Produção, o mesmo demandou uma pesquisa detalhada de nosso Sistema Solar, onde primariamente recolhemos


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informações de escala entre os Planetas e a Estrela responsável pela órbita dos mesmos, o Sol. Partindo dessas informações, iniciamos a etapa de Produção do nosso modelo, onde fizemos modelagem destes Planetas, distribuindo-os em um cenário tridimensional, seguindo em rigor suas respectivas disparidades escalares. Na Figura 4 temos o exemplo de uma planeta já texturizado com o recurso de Mapeamento UV do Blender.

Figura 4. Mapeamento UV na Esfera

Depois de finalizado todo o processo de modelagem e montagem da cena, configuramos então a parte lógica para tornar a aplicação interativa ao usuário. A partir dos blocos lógicos disponíveis como recurso no Blender, foi possível a configuração de toda a parte interativa via teclado. Onde era preciso interação do mouse na aplicação, houve estudo de scripts disponíveis na internet, desenvolvidos em linguagem Python, para a identificação e uso da opção mais cabível aos nossos objetivos. A leitura desse script pelo Blender é simples de se implementar, pois basta ter o código salvo em arquivo texto para carregá-lo como um Controlador a ser ativado pelo Atuador Mouse. É importante ativar a aplicação a todo instante para testar as alterações que estão sendo configuradas a cada instante. Realizamos, também, a configuração lógica prodecural a todos os Planetas, a fim de simularmos o movimento de rotação destes. Este movimento foi configurado também por blocos lógicos, onde cada objeto recebeu um determinado valor de deslocamento em torno de seus respectivos eixos Z, tal que a cada ciclo de máquina aquele valor era adicionado ao objeto, de forma contínua e, iniciando-se a aplicação em tempo real, tínhamos o

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efeito de uma movimentação constante dos objetos, tornando possível a visualização de movimento rotacional dos mesmos.

Finalizados os testes validando a funcionalidade da nossa aplicação, partimos então à etapa de Pós-Produção da cena, para os devidos cuidados na parte visual, tratando-se de aplicação correta das texturas aos Planetas dispostos em cena, efeito visual com Halo ao Sol, iluminação adequada e enquadramento da câmera que realiza a parte de navegação imersiva. Cada Planeta demandou um trabalho especial, pois é preciso configurar os materiais individualmente, realizando o devido mapeamento UV em cada objeto da cena.

Como nosso objetivo era o de criar um ambiente virtual evidenciando realismo, foi preciso utilizar uma técnica diferenciada na construção dos Planetas. A partir de um plano, tornamos seu material transparente e com efeito luminoso Halo, idem ao que foi realizado com o Sol, mas em escalas bem menores. A idéia dessa técnica foi a de simular o efeito atmosférico que os Planetas têm ao receber a luz solar iluminando sua superfície. Novamente testamos a aplicação com os Planetas texturizados e partimos para a construção do plano de fundo, utilizando ténica detalhada na documentação do projeto, onde utilizamos um objeto que encorpasse toda a nossa cena de forma a ser utilizado como fundo de tela, aplicando uma textura no interior desse material.

Nesta etapa do processo, nossa aplicação já estava pronta para ser usada, pois já tinha sua cena toda construída e era possível interagir pela cena com o teclado para navegação e o Mouse para visão de câmera, mas ainda estava faltando um detalhe para chegarmos ao nosso objetivo final, que era o de implementar uma funcionalidade a essa aplicação que tornasse possível a informação de forma educativa.

Iniciamos a etapa de montagem das imagens representativas dos Planetas, que seriam pop-ups ativados ao click do Mouse. Para exemplificar a idéia implementada, construímos um sistema interativo diferenciado, onde se tornou possível desativar a navegação pela cena pela tecla Space e, com isso, habilitar a visão do ponteiro do Mouse. Com o ponteiro sobre um determinado Planeta ou Estrela, basta um click para exibição da tela informativa sobre aquele determinado objeto em cena, com informações de duração de rotação, translação, temperaturas Min. e Máx., composição atmosférica, entre outras informações peculiares individualmente. Essa montagem final foi possível com a utilização de um outro Software Livre, o GIMP, que é um programa voltado principalmente para criação e edição de imagens. Seus usos incluem criar gráficos, logotipos, redimensionar


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fotos, alterar cores, combinar imagens utilizando camadas, remover partes indesejadas e converter arquivos entre diferentes formatos de imagem digital. Em nosso projeto, utilizamos o programa para combinar imagens e textos, para depois importá-las ao Blender como texturas de planos separados.

Finalizamos com sucesso a etapa de construção de interação educativa após vários testes e muita pesquisa.

Até esse ponto, verificamos que é possível a construção de um ambiente virtual realístico, com interatividade em tempo real e com possibilidades de estudar cada objeto em cena. Ainda faltava a etapa de renderização com saída estereoscópica da aplicação.

Como visto durante o estudo comparativo das ferramentas, o Blender possui tal funcionalidade de forma nativa ao programa. Realizamos os últimos ajustes da cena, finalizamos os testes da aplicação em tempo real e, após isso, configuramos a saída renderizada, aplicando a técnica de estereoscopia Side by Side (lado a lado). Tivemos resultados positivos na renderização e passamos ao laboratório para testes em projetores específicos a essa modalidade tecnológica.

A configuração de saída aos projetores deve ser exatamente a metade da resolução de vídeo dos projetores em conjunto, ou seja, os dois projetores sobrepostos iriam trabalhar de forma conjunta, como sendo um único monitor estendido. Nesse caso, podemos exemplificar que para termos resultado positivo na projeção, era preciso indicar a renderização do Blender com resolução de vídeo em 800x600, tal que os projetores seriam tratados como sendo um único monitor de resolução de vídeo 1600x600, tendo em vista os valores de largura e altura, respectivamente.

Uma vez com os projetores ajustados pudemos experimentar o ambiente renderizado com imagens em estéreo com a interatividade buscada.

5. CONCLUSÃO

A utilização de recursos 3D e a interatividade são dois elementos importantes no estudo e aplicação da realidade virtual. Os softwares de modelagem 3D estão evoluindo para a criação de ambientes interativos, o que vai além da simples criação de filmes.

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O Blender, que foi objeto de nosso estudo, tem apresentado evoluções significativas a cada versão. A comunidade de programadores que suporta esta ferramenta está desenvolvendo novas funcionalidades que permitem a criação de ambientes que podem ser aplicados à realidade virtual. A versão escolhida para trabalharmos neste projeto, a 2.49 [16], teve como principal diferencial das versões anteriores, a funcionalidade de geração de imagens em estéreo. Apesar de já existir a versão 2.55 disponível na ocasião que desenvolvemos este projeto, a última versão estável era a 2.49. A versão 2.55 ainda encontrava-se em versão de desenvolvimento beta.

O resultado obtido, ambiente interativo e em 3D, foi satisfatório mas com ressalvas. Satisfatório por que todas as etapas do processo de desenvolvimento do ambiente, desde a modelagem dos objetos até a programação da interatividade, foram criadas com a ferramenta escolhida, o Blender. A ressalva refere-se ao processo de projeção das imagens com sobreposição, onde a percepção e a sensação 3D não foram tão realistas como normalmente observamos em animações 3D do mercado, como cinemas 3D por exemplo. Isto ocorreu por questões de software e por questões de hardware. No âmbito do software foi devido à inexistência da configuração de dois parâmetros importantes na versão estudada, a saber: ponto focal e distância entre os olhos. A versão estudada do Blender define um ponto focal padrão, que não é configurável, e pode criar falta de foco em alguns momentos da renderização, dependendo do tipo de ambiente criado. A distância entre olhos é um parâmetro importante quando falamos de criação de imagens em estéreo, uma vez que são necessários ângulos diferentes da visão para o processo de geração de imagens. No âmbito do hardware observamos que alguns itens importantes interferiram na qualidade da imagem gerada, sendo eles: qualidade da tela de projeção, o alinhamento dos projetores e qualidade dos filtros utilizados sejam nos óculos 3D ou na saída da lente do projetor. No resultado final projetado pudemos observar isso quando, em determinados momentos da navegação pelo ambiente em realidade virtual criado, o efeito 3D dos planetas não ficou evidente. Isso ocorreu principalmente quando os objetos estavam mais distantes do ponto focal definido pelo Blender.

Concluímos que o Blender é uma ferramenta com grande potencial para o desenvolvimento dessas aplicações.. Sua evolução é constante e na versão 2.55, que ainda está em fase Beta, os parâmetros de ponto focal e distancia entre os olhos já estarão presentes de forma nativa, permitindo mais realismo nos ambientes criados.


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6. REFERÊNCIAS

[1] AZEVEDO, EDUARDO - DESENVOLVIMENTO DE JOGOS 3D E APLICACOES EM REALIDADE VIRTUAL – 2005

[2] Licença de Documentação Livre GNU Versão 1.2, Novembro de 2002

Copyright © 2000, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc. 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA

[3] Bastos, Pedro - Produção BLENDER 3D - Editora FCA – 2008

[4] A. B. Raposo, Flávio Szenberg, Marcelo Gattas, Waldemar Celes, Visão Estereoscópica, Realidade Virtual, Realidade Aumentada e Colaboração, Tecgraf – Grupo de Tecnologia em Computação Gráfica, Departamento de Informática, PUC-Rio, 2004

[5] BOURKE, Paul. Passive Stereosgraphics. Australia: The University of Westhern Australia, 2000. Disponível em: http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/exhibition/passive

[6] Fontoura, F.N.F. (2001) “Estereoscopia. Curso de Especialização em Informática com

Ênfase em Internet e aplicações de ensino”.

http://atlas.ucpel.tche.br/~magic/compgraf/estereoscopia.html. Acessado em 04 de outubro de 2010

[7] HALLE, Michael. Autostereoscopic displays and computer graphics. Massachussets, EUA: ACM, 1997

[8] Hess, Roland – Blender Foundations - The.Essential.Guide.to.Learning.Blender 2.5 – Editora Focal Press – 2009

[9] Wartmann, Carsten - The Blender GameKit, Second Edition - Interactive 3D for Artists – 2009

[10] Cohen, Marcelo - OpenGL - Uma Abordagem Prática e Objetiva – 2006

[11] BLENDER FOUNDATION. http://www.blender.org/download/get-blender/. Acessado em 10 de Abril de 2010

[12] BLENDER PROGRAMAçãO. http://www.jrrio.com.br/soft/bld3d_ prog.html. Acessado em 08 de Setembro de 2010

[13] BLENDER TUTORIAL. http://www.tutorialsforblender3d.com/. Acessado em 22 de Outubro de 2010

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[14] BLENDER FORUM. http://blenderartists.org/forum/. Acessado em 10 de Setembro de 2010

[15] BLENDER ORG. http://wiki.blender.org/index.php/Main_Page. Acessado em 10 de Setembro de 2010

[16] BLENDER. http://www.blender.pro.br/. Acessado em 08 de Setembro de 2010

BLENDER BRASIL. http://www.blender.com.br/. Acessado em 18 de Outubro de 2010

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ERP NAS EMPRESAS: ANÁLISE DE CASOS NA IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE INTEGRAÇÃO.

Marcelo C. FernandesCamila M. de OliveiraCarlos E. G. Magalhães

Universidade Gama FilhoDepartamento de Ciência da ComputaçãoRua Manoel Vitorino, 55320.740-900– Rio de Janeiro - RJ

rEsumo: O presente estudo tem como escopo tratar dos aspectos positivos e negativos da implantação do ERP nas empresas nacionais. A pesquisa consistiu de três estudos de casos, contemplando diferentes fontes de dados, como entrevistas à usuários e gestores, pesquisa documental, observação e questionários. Os dados foram analisados mediante uma analise qualitativa de conteúdo. Concluiu-se que o ERP SAP utilizado pelas empresas apesar de não agradar a todos e provocar grandes mudanças para a empresa e seus funcionários, melhorou a eficiência operacional das mesmas e as tornou mais competitivas atingindo seus objetivos principais.

palavras ChavE: ERP, Gerenciamento da informação, Integração

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1. INTRODUÇÃO

A informação gerenciada e partilhada em uma empresa tem sido relevante, pois é necessário geri-la dentro da organização. Cuidando desse processo, as informações passam a ser manipuladas, criando cadeias sistemáticas e adequando-se a modelos que abrangem focos organizacionais e aprimoram os processos decisórios dentro da empresa.

Quando se cuida e gere bem as informações dentro do ambiente organizacional, qualificam-se as informações monitorando todo o processo partilhado entre os usuários.

Ao avaliar a qualidade da informação, quantifica-se o nível em que se monitora essa integração.

O objetivo do presente estudo é observar as percepções positivas e negativas dentro da organização.

Justifica-se o presente pela real utilidade das informações para a organização e entender que elas são – dentro do âmbito da gestão de conhecimento – motores da inteligência organizacional de forma a perenizar estratégias e experiências na decisão do processo.

As empresas têm investido em tecnologia para garantir a eficiência dos processos operacionais e inovar em estilo, mercado e relacionamento com o cliente.

Há uma real necessidade em se acompanhar o universo de informações que tramitam pelos sistemas da empresa. Quando se preocupa em integrá-lo, centralizando o banco de dados, há confiança e veracidade entre colaboradores e aqueles que partilham as informações da organização.

Um sistema preocupa-se – além da integração de informações – em torná-las qualificáveis para a área de TI. Para TURBAN ET al (2004, p. 468)

“As empresas enfrentam o constante problema de tentar alocar da forma mais eficiente seus limitados recursos para poderem manter ou melhorar o seu desempenho”.

O conceito de informatização torna a viabilização dos procedimentos operacionais que favoreçam o exercício do desenvolvimento de softwares em empresas. Com isso, estimar como que se investe e implanta a tecnologia no ambiente organizacional é importar ao considerar que as empresas informatizam-se com os terminais de mínima requisição para o funcionamento da empresa.


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Investir em tecnologia inicia-se com os investimentos em equipe o que se torna um marco para o grau de informatização do ambiente. Ao realizar a gestão de TI as melhorias passam a ser graduais e a quantidade resulta em qualidade de serviços e produção tecnológica. O nível de TI na organização mensura-se, portanto, com a definição do equipamento inicial o qual viabilizará o desenvolvimento dos softwares, contribuindo assim para a informatização proposta.

Justifica-se o presente estudo pela necessidade de disponibilizar as informações cuja gestão de conhecimento da empresa permita que ela agregue valores de decisão e posicionamento do cliente em investimentos tecnológicos e como ela oportunizará através da mesma tecnologia a relação com os grupos de relacionamento.

Os impactos produzidos pela TI nas organizações equivalem à capacidade de produção de conhecimento e de investimento em infraestrutura tecnológica. Outro fator é a importância de se investir em tecnologia para o aprimoramento do produto de oferta. A informatização não somente parte para diversas tônicas de modelos de gestão como também mensura o processo de crescimento para o sucesso empresarial.

A partir da justificativa abordada, o problema a ser investigado gravita em torno da necessidade de se observar a qualidade no sistema ERP. Que aspectos negativos e positivos são válidos para as empresas que adotam essa implantação?

O objetivo é observar em estudos teóricos quais foram os resultados alcançados por empresas com a implantação do ERP. Nesse processo observar-se-ão em que condições o sistema fora implantado, em que acresceu em termos de qualidade, como mensurar os aspectos positivos dentro do processo organizacional.

2. OS ESTUDOS DE CASO

Para se analisar as vantagens e desvantagens do referido sistema ERP, que é o foco do nosso estudo, iremos explicitar abaixo as conclusões encontradas em cada um dos Estudos de Caso analisados, para depois poder compará-los e analisarmos os resultados. Limitamos a análise dos Estudos de Caso ao foco de nossa pesquisa, pois alguns dados são irrelevantes para o presente estudo, e, portanto não vão ser relatados aqui. Os presentes

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estudos foram feitos com base em diferentes metodologias e analisando níveis de profissionais diferentes, o que faz com que tenhamos uma maior área de pesquisa. Por questões de mercado e de qualidade das pesquisas encontradas, todas as empresas estudadas se utilizam do sistema ERP SAP.

Estudo de Caso 01

Título: Sistemas Integrados de Gestão Empresarial: Estudos de casos de Implantação de sistemas ERP.

É um estudo feito pelo aluno Cesar Alexandre de Souza da Universidade de São Paulo, para obter o título de Mestre em Administração. Foi um estudo das características de diferentes sistemas ERP, de seus processos de escolha, Implantação e utilização, de seus benefícios, suas desvantagens e de seus possíveis impactos nas organizações. O autor procurou analisar 8 Estudos de Caso, mas iremos utilizar somente o Estudo de Caso feito sobre a empresa Rhodia, pois se utiliza do ERP SAP que procuramos abordar em nosso trabalho.

Estudo de Caso 02

Título: A Implantação de um sistema integrado de gestão: O caso Eletrobrás.

Este Estudo de Caso trata-se de uma monografia de final de curso feita pelo Álvaro Francisco Monteiro de Paula da Universidade Federal do Rio de Janeiro para o curso de MBA em sistemas integrados de gestão. Trata-se de uma monografia com o objetivo de apresentar os resultados obtidos baseados em uma pesquisa exploratória realizada em um caso de Implantação do sistema integrado de gestão R/3 da empresa SAP, nas Centrais Elétricas Brasileiras S.A.- Eletrobrás.

Foram apresentados e discutidos os motivos que levaram a Eletrobrás a adquirir um sistema integrado de gestão, a escolha do produto SAP R/3, as dificuldades e os pontos fracos e fortes, baseados nos principais produtos obtidos da metodologia de Implantação adotada, mostrando quais os benefícios obtidos pela empresa e os fatores críticos de sucesso na implantação.

Segundo o autor, o sistema SAP R/3 não contempla todos os processos de negócio de uma empresa e nem elimina todas as redundâncias de dados. O mais importante, porém, são os benefícios advindos da integração dos processos das diferentes áreas de negócio da empresa.


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Estudo de Caso 03

Título: Cut-over7 de sistemas ERP: Um estudo de caso em uma empresa prestadora de serviços de manutenção de aeronaves.

O presente estudo foi feito pela autora Gisele Becker Albrecht da Universidade do Vale dos Sinos para a obtenção do titulo de Bacharel em Informática. Esta pesquisa que possui uma abordagem exploratória e qualitativa, buscou analisar quais os critérios que influenciam na escolha do modo de Cut-over de um sistema ERP. Existem três modos de Cut-over: Big Bang, Small Bangs/Slam Drunk e Faseado. A escolha de um desses modos é importante, pois, dependendo do modo de Cut-over escolhido, as etapas do ciclo de vida serão diferentes. O trabalho utilizou o método estudo de caso único tendo sido realizado em uma empresa prestadora de serviços de manutenção de aeronaves (Varig Manutenção e Engenharia - VEM) que recentemente passou pelo processo de Cut-over. Para isso, foram utilizadas três fontes de coletas de dados: análise da documentação interna da empresa, entrevistas com roteiro semi-estruturado e observação direta da pesquisadora.

Segundo a autora, em um determinado momento, durante o processo de Implantação do sistema ERP, existe a necessidade da realização do fechamento dos antigos sistemas da organização e o início da produção do novo sistema. Esse momento é um dos marcos principais do projeto de Implantação de um sistema integrado. Por esse motivo, a escolha por um dos modos de Cut-over de um sistema ERP deve ser bem analisada. Antes de a organização decidir qual modo utilizar, ela deveria verificar os benefícios e as necessidades de cada um deles.

Ainda segundo a autora, a importância desta pesquisa, sobretudo, deve-se à criação e à validação dos critérios para a escolha de um dos modos de Cut-over de um sistema ERP, objetivando auxiliar os tomadores de decisão a escolherem o modo de início de operação de um sistema ERP que mais se enquadra nas condições e nas necessidades da empresa. Com essa análise, pode-se perceber que a empresa VARIG Engenharia e Manutenção escolheu de forma correta o modo de Cut-over Big Bang para implantar o sistema SAP R/3 4.6C Aerospace and Defense.

7 Cut-over é a interrupção dos sistemas legados para colocar em produção o sistema ERP.

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3. ANÁLISE DOS CASOS

Diante do exposto no capítulo anterior onde se retratou as conclusões que os autores dos Estudos de Caso encontraram ao longo de suas pesquisas, neste capítulo iremos confrontá-los com alguns pontos importantes citados pela Literatura, por autores reconhecidos, constantes geralmente em um ERP, e que também foram observados nos casos estudados. A seguir os dividimos em itens para ser de mais fácil compreensão.

Processo de Escolha de um ERP

No Caso 01 devido a empresa sócia internacional já utilizar o SAP influenciou sim a escolha também do sistema R/3 da SAP na empresa no Brasil, pois antes essas empresas sócias tinham softwares diferentes implementados e os dados dos sistemas eram consolidados de maneira praticamente manual para que os processos financeiros e contábeis fossem centralizados. Já na empresa do Caso 02 vários fatores levaram a escolha do pacote da SAP como ambiente, funcionalidades e histórico de outras empresas grandes do mesmo setor que já utilizavam o sistema. No caso 03 a empresa optou devido a concorrência no mercado e pela integração da empresa com o software instalado.

Metodologias e Estratégias de Implantação

A estratégia de Implantação utilizada nos três artigos estudados foi o Big-Bang. O prazo curto para a Implantação do sistema é o fator principal no que diz respeito à escolha da estratégia de Implantação big-bang. Isso ocorre, pois as empresas procuram uma forma de Implantação menos demorada para passar rapidamente a utilização do novo sistema. A rapidez que uma empresa opta por Implantar um sistema ERP também é pelo fato da concorrência cada vez mais acirrada e ainda por obrigações legais. Deve-se observar também que as 3 empresas estudadas são de porte médio, o que torna viável a estratégia big-bang, pois no caso de empresas grandes é inviável a paralisação de todo o sistema para que o ERP entre em funcionamento, já que a ocorrência de qualquer problema poderia causar um prejuízo enorme e também pelo tempo que necessitaria para se “resgatar” os dados que havia dos sistemas legados, entre outros fatores.


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Outro fator comum é a necessidade de Implantar todos os módulos de uma vez utilizados na empresa, pois os módulos do Sistema R/3 são muito integrados, e é mais difícil implantá-los em separado.

No Caso 01 houve problemas na escolha da estratégia de Implantação big-bang devido ao fato de ser em quatro fábricas e no escritório central simultaneamente, o que gerou uma dificuldade pelas distâncias envolvidas. Embora a equipe houvesse sido dividida, muitos casos exigiam o deslocamento dos consultores entre as fábricas. Segundo o coordenador do projeto, durante as primeiras quatro semanas a equipe precisou estar disponível 24 horas por dia, 7 dias por semana, o que gerou um cansaço muito grande. Assim como no Caso 01, no Caso 03 a empresa possuía 5 unidades de negócio e por isso não tinha como realizar o projeto em Fases, pois um avião que pousa em Porto Alegre, daqui a duas horas poderá estar em São Paulo e daqui a três horas poderá estar no Rio de Janeiro, necessitando de um sistema que atendesse sempre.

Nas implantações dos sistemas R/3 nas empresas estudadas foi utilizada a metodologia proprietária da SAP chamada ASAP – “Accelerated SAP”.

versões do sistema

As 3 empresas possuíam versões diferentes. Percebeu-se que as versões mais antigas possuíam certos problemas que com o amadurecimento da empresa SAP no mercado nacional, foram solucionados e adaptados ao nosso mercado.

Treinamento

O fator Treinamento é bastante apontado pela literatura como causa de insucesso de Implantação de ERPs. Entre os casos estudados, apenas no caso 01 não houve uma conscientização inicial disso, o que causou certo prejuízo à empresa, mas que logo foi acertado. Os usuários sentiam dificuldades em operar o SAP e tinham dúvidas quanto a localizar informações nos menus e verificar as informações nas telas, o que pode se perceber que é devido à falta de treinamento. Nos outros dois estudos, a empresa resolveu juntamente com a empresa consultora, dividir em grupos, que basicamente seriam um grupo com treinamento para os usuários-chaves, detentores de conhecimentos mais avançados sobre o sistema, como os processos e os módulos, e usuários finais que são os que realmente fazem as transações no dia-a-dia, o que ajudou na etapa pós-implantação, pois com essa

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participação de todos os níveis, há uma maior motivação e ajuda entre os usuários.

visão dos usuários

Um fato observado por Souza e Saccol (2003) e apontado nos estudos é o da mudança cultural da visão de “dono da informação” para a de “responsável pela informação”, o que reflete no modo como o usuário passa a se comportar após a implantação.

Logicamente, aos poucos os usuários vão se adaptando à essa nova realidade e passam a enxergar a empresa como um todo e perdem essa visão “departamental” que tinham anteriormente com a utilização dos sistemas legados, passando a perceber as qualidades de se ter um sistema integrado e entendendo melhor as vantagens da integração.

Custos dos Projetos

Na fase de aquisição do pacote ERP, é importante ter-se em mente todos os custos envolvidos na Implantação do sistema, desde a aquisição do sistema até o go-live (início de funcionamento do sistema ERP – pós implantação) para se tomar uma decisão correta de qual caminho seguir pois tratam-se de projetos nos quais o período de retorno do investimento (payback) é muito longo e o investimento muito grande. Vários autores abordam a análise de custo/benefício do sistema como um fator determinante na decisão da implantação.

Custos com Recursos Humanos

A quantidade de pessoas envolvidas em um projeto de implantação é muito grande. O principal custo relacionado aos recursos humanos é o valor das horas trabalhadas pelos especialistas no sistema a ser implantado. Outros custos são envolvidos dependendo da localização do projeto e da disponibilidade de recursos na área geográfica da implantação que são: alimentação, transporte e hospedagem.

O Caso 01 a empresa realizou a implantação do projeto com a maioria dos recursos que já eram funcionários, com isso os custos se mantiveram.

Já no Caso 02 a empresa contou com uma equipe meio a meio com metade dos seus próprios funcionários e metade da consultoria da SAP.


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Com isso os gastos com os recursos tenderam a serem altos devido à hora dos consultores SAP ser bastante diferenciada dos demais consultores.

O caso 03 teve um diferencial dos demais casos devido ao fato dos recursos serem chamados somente na fase em que eram necessários. Houve uma preocupação para não deixar os recursos ociosos ganhando o valor da hora sem fazer nada.

Custos com Customizações

No Caso 01 a empresa não teve custos relativos à customização do sistema. Quando identificavam diferenças nos procedimentos da empresa e os do pacote ERP, a idéia inicial era buscar a adaptação do sistema por meio da parametrização. Com isso não houve gastos com interfaces para customização e também minimizou o tempo e os riscos dos projetos.

No Caso 02 a empresa realizou a customização do sistema desenvolvendo interfaces, diferente da empresa do Caso 01, mas como foram poucas as adaptações não houveram custos financeiros devido a essas customizações e o que reduz a manutenção desses desenvolvimentos e impactos em uma futura atualização do sistema. No Caso 03 a empresa necessitou de muitos desenvolvimentos de interfaces para carregamento de dados do antigo sistema para o novo. Mas como estava previsto no plano do projeto essas customizações, não houve impacto nos custos. No Caso 01, foi a única empresa em comparação com as empresas do Caso 02 e Caso 03 que realizou 100% um projeto de Implantação que a empresa se adaptou ao sistema e não o sistema se adaptou a empresa.

Aumentar o uso das funcionalidades parametrizáveis e diminuir o uso de customizações, procurando quando possível, adequar o processo de negócio da organização ao software é uma maneira de se obter sucesso em uma implantação de um sistema ERP.

Custos com Treinamento

No Caso 01 houve uma resistência por parte dos funcionários a utilizarem o novo sistema e no Caso 02, foi devido ao fato da consultoria contratada ser da própria SAP, o material foi todo em inglês e os alunos não tinham formação suficiente para as aulas do treinamento, mas acabaram que no dia-a-dia do projeto foram aprendendo. No Caso 03 a empresa teve custos com a academia da SAP que foi dada para alguns representantes de cada equipe. Por ser um curso caro, o orçamento para os treinamentos

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aumentaram. Isso ocorreu devido à falta de planejamento durante o início do projeto.

Custos com Consultoria

No Caso 01 a empresa contratou uma consultoria que planejou e gerenciou o projeto, além da parte técnica. A empresa e a consultoria tomavam as decisões em conjunto sobre o que seria feito em cada etapa ou problema na implantação.

No Caso 02 a empresa devido a acordos, contratou a própria consultoria da SAP. A consultoria SAP existe somente no Brasil, sendo proibida em qualquer outro país uma empresa que vende um software fazer a consultoria do próprio software em uma implantação. A consultoria do Caso 03 foi escolhida pelo seu “know-how” na implantação de sistemas integrados focados em aeronaves. A empresa achou que dessa forma o projeto além de rápido pela estratégia escolhida, iria dar poucos problemas na implantação, não gerando atrasos. Mas não foi isso o que aconteceu, por confiarem demais na consultoria deixando até os prazos serem estipulados por ele, o projeto atrasou.

Conforme as analises foi verificado que a escolha de uma consultoria é muito importante em um projeto com bons consultores e com experiência em outros projetos para não gerarem atrasos e com isso custos adicionais as empresas. A empresa do Caso 01 contratou uma consultoria que foi pioneira na implantação de um ERP e mesmo gerando um atraso de 2 meses não houve grandes custos para a empresa. Já na empresa do Caso 02 os custos já foram altos, devido ser a consultoria da SAP ser contratada. No caso 03 mesmo com a preocupação de buscar uma consultoria que tivesse experiência no mercado a empresa teve atraso em sua Implantação do sistema e com isso gerou custos adicionais por ter que pagar mais para a consultoria.

Custos Totais

A análise dos custos totais dos estudos Caso 02 e Caso 03 ficaram sem informações devido a não divulgação nos artigos. Mas devido ao fato de no Caso 02 e Caso 03 ocorrerem customizações, treinamentos não planejados e gastos a mais com as consultorias fica evidente que os custos ultrapassaram o orçamento inicial previsto.


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No Caso 01 foi a única empresa das estudadas que divulgou seu orçamento previsto afirmando que foi atingido. No Caso 01 a empresa se mostrou mais organizada se atentando aos custos no não desenvolvimento de customizações e colocando seus funcionários como maioria do envolvidos no projeto.

Tempo de duração dos Projetos

Percebe-se que a duração do processo de Implantação nas empresas estudadas foi relativamente o mesmo. Em torno de 18 a 20 meses. Esse prazo está dentro do que os alguns autores citam como normais.

Em todos os casos analisados houve uma forte participação da Gerência durante o processo de Implantação e um correto planejamento pelas empresas, tendo os atrasos ocorridos por problemas descobertos durante o processo de implantação, que antes não foram observados pelas empresas consultoras.

Utilização de sistemas paralelos

Quanto a este fator podemos observar que o sistema SAP não atendeu a todas as expectativas que as empresas tinham. Em todos os casos as empresas precisaram utilizar outros sistemas paralelos para suprir suas necessidades. Isso se deve porque algumas empresas estão acostumadas com diversas funcionalidades especiais, e por isso sentem dificuldade em se adaptar aos ERPs, o que implica em ter de usar outros sistemas paralelos para suprir essa necessidade e com o tempo podem ser feitas customizações de acordo com as necessidades de cada empresa.

Nos casos 01 e 02 houve uma crítica com relação aos relatórios. Isso ocorre com a maioria dos ERPs, pois mesmo alguns sendo flexíveis, os sistemas ERPs atendem a operações padrão e às exigências legais, o que causa um impacto inicial aos usuários que sentem falta dos antigos relatórios feitos “sob medida”.

Sistemas legados x ERP

Em todos os casos analisados, percebe-se que o projeto de Implantação do sistema ERP surgiu como resultado da necessidade de se substituir os diversos sistemas por um sistema único e integrado. Essa integração faz

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com que a empresa tenha uma maior “transparência” para os gestores, e os usuários passam a ter mais responsabilidades frente aos erros que possam cometer.

Alguns benefícios na prática são citados pelos autores como resultado dessa substituição dos sistemas legados pelo ERP.

No caso 01 :

Eliminação das despesas de manutenção do mainframe8;

Mudança de um sistema onde o controle de qualidade das informações era feito “por inspeção final” para um sistema onde essa qualidade é controlada “durante o processo”;

Em qualquer momento a empresa inteira está enxergando as operações que foram feitas naquele momento. O diretor de vendas quer ver se um pedido foi faturado ou não, ele não precisa pegar no telefone, ele entra no sistema e vê se já foi faturado ou não;

Eliminou o papel dentro da área, e hoje o trabalho da contabilidade é mais voltado à análise dos dados e informações do que ao operacional (digitação e verificação das informações).

No Caso 02:

Automatização do processo de controle de estoque (antes o controle era feito através de fichas Cardex);

Desativação de cerca de 50 sistemas de informação;

Redução do tempo de aquisição e agilidade na entrega dos materiais de consumo. Anteriormente, a requisição de materiais era feita mensalmente (em lotes) e a entrega demorava em torno de dez dias. Agora a requisição é feita a qualquer momento e a entrega do material é realizada no mesmo dia;

Eliminação da redundância de dados.

No Caso 03:

Eliminação da redundância de dados, muitas vezes conflitantes pela não integração dos dados;

8 Um mainframe é um computador de grande porte, dedicado normalmente ao processamento de um volume grande de informações. Os mainframes são capazes de oferecer serviços de processamento a milhares de usuários através de milhares de terminais conectados diretamente ou através de uma rede


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Evolução tecnológica com a eliminação do mainframe;

Acompanhamento do status atual dos serviços;

Gerenciamento integrado do negócio, eliminando a visão setorial fragmentada.

Período pós-implantação

A importância da etapa de pós-implantação de um ERP é consensual nos casos analisados e pela Literatura. Nota-se que inicialmente há resistência à Implantação do sistema e certas vezes acarretam em uma queda no rendimento da empresa, mas que após certo tempo, principalmente devido a sua complexidade, os usuários passam a conhecer melhor o sistema e a aproveitar melhor suas funcionalidades.

Outro fato observado é com relação ao próprio sistema. Com o passar do tempo, o sistema vai ficando moldado à empresa, pois customizações são feitas para melhor atender as necessidades dos usuários e da empresa.

4. CONCLUSAO

Para se escolher o tipo de ERP ideal a ser implantado devem ser levados em conta muitos aspectos. Nos casos estudados, as empresas foram acompanhadas por empresas de Consultorias e a escolha do ERP da SAP foi um fator em comum. O fato da SAP ser a líder do setor e suas funcionalidades atenderem às expectativas das empresas foram importantes na decisão, mesmo tendo seu valor o mais alto do mercado. A Consultoria através de estudos e análises chegou à conclusão de que o SAP seria realmente o sistema ideal.

Com isso pode-se perceber que implantar um ERP acompanhado de uma Consultoria tem suas vantagens e a mesma levará em consideração diversos fatores como porte da empresa, tempo de implantação, custos, entre outros. Nos casos estudados, todas ficaram satisfeitas quanto à implantação do ERP SAP e o mesmo atendeu às suas expectativas.

A estratégia de implantação utilizada pelas empresas foi a Big-bang e a metodologia foi a ASAP, que é proprietária, e seu uso foi correto e foi

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um sucesso pelas empresas, pois todas precisavam de uma implantação no menor tempo possível e que colocasse uma grande quantidade de módulos em funcionamento de uma vez, mesmo sendo de alto risco.

Não temos o objetivo de dizer que o sistema SAP é perfeito, mas podemos observar que com o avanço das versões do sistema R/3, alguns problemas que eram observados anteriormente foram sanados.

Os principais autores da Literatura sobre ERPs, apontam a questão da falta de treinamento como uma causa de insucesso em implantações de ERPs. Nos casos, observamos que as empresas investiram bastante no treinamento, o que resultou em um momento inicial de certa dificuldade, mas que logo todos se adaptaram e a empresa foi obtendo retorno positivo.

Conforme dito por Souza e Saccol (2003) e apontado nos estudos, a mudança cultural da visão de “dono da informação” para a de “responsável pela informação” causa certa resistência aos usuários. Nos estudos, constata-se que faltou uma maior gerência de mudança e os usuários não entenderam de inicio o objetivo central do sistema ERP que era a integração entre todas as áreas. Quando perceberam que havia um maior controle pela alta gerência, e eles agora eram responsáveis pelo que faziam, causou certo receio e medo, pois mudou a maneira de se trabalhar. Algo que após certo tempo se tornou natural e um sucesso.

Em uma implantação de ERP o investimento é bastante alto e o período de retorno desse valor investido é bem longo. O custo é um fator decisivo e imprescindível para qualquer projeto de ERP e devem ser observados custos com hardware, treinamentos, consultoria, reengenharia, entre outros. O único que atingiu o orçamento e não extrapolou foi o caso 01, onde a empresa de Consultoria planejou e estudou levando em conta todos os fatores. Nos outros dois casos houveram custos adicionais com mais treinamentos e diversas customizações, o que aponta uma falta de estudo e planejamento adequado.

Outro fator decisivo que reflete em custos e até em qual estratégia utilizar na implantação é o tempo do projeto. Imprevistos aconteceram e nos casos estudados as empresas demoraram de 18 a 20 meses para implantar corretamente todo o sistema, o que é tido com um tempo normal de implantação, porém o tempo inicial planejado era menor (média de 4 meses a menos). Somente no caso 02 esses imprevistos foram por opção da empresa, enquanto nos outros dois casos o atraso do projeto se deu por descobertas de problemas ao longo da implantação.


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O uso de um ERP surge, entre outros motivos, da necessidade de substituir diversos sistemas por somente um que integre as diversas áreas da empresa. Apesar disso, o sistema ERP SAP não completou em 100% a necessidade das empresas e foram utilizados outros sistemas para suprir essas necessidades. Isso ocorre, pois após a implantação do sistema, há um período de amadurecimento e de adaptabilidade, onde aos poucos são feitas customizações e parametrizações no sistema ERP para que atendam à maior quantidade possível de necessidades. A utilização de relatórios paralelos ao sistema ERP é apontado como algo normal, pois a maior parte das empresas tem diversos relatórios feitos “sob medida” anteriormente e ao utilizar o ERP sentem falta destes, pois a maioria dos ERPs atendem a operações padrão.

Após a implantação, foram apontados diversos resultados positivos com relação à mudança do uso dos sistemas legados para a utilização do ERP SAP.

Estes resultados não foram sentidos no dia seguinte à implantação do ERP e isso nem deve ser pensado por ninguém, apesar de até mesmo alguns gestores apontarem diversos fatores negativos após a implantação, mas que se analisados, são fatores que irão desaparecer após certo tempo (amadurecimento do sistema). Até mesmo a questão da adaptabilidade dos usuários, onde inicialmente todos impõem resistência, mas com o passar do tempo passam a enxergar as vantagens de se utilizar um ERP.

Podemos concluir então que o processo de implantação de um ERP é bastante trabalhoso e demorado, e que requer esforços e planejamento da empresa como um todo. Em muitas empresas, a implantação de um ERP é tido como a implantação de um sistema normal e somente a área de TI participa, o que é altamente errado e compromete o sucesso do mesmo. Diversos fatores são tidos como importantes e devem ser observados ao longo do projeto. Nos casos estudados, as empresas obtiveram sucesso na implantação do ERP SAP e o mesmo atendeu às suas necessidades, aumentando o lucro das mesmas e as tornando mais competitivas no mercado, o que nos tempos atuais é imprescindível. Destacando que as empresas estudadas são de médio porte e utilizaram uma estratégia compatível com suas necessidades.

Nosso estudo foi limitado ao sistema ERP da empresa SAP e a utilização da estratégia Big-bang. Para trabalhos futuros, recomendamos um estudo levando em consideração sistemas ERP de outras empresas concorrentes, ou também a utilização de outras estratégias como a Faseada ou a Slam-Drunk em outras empresas.

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5. REFERÊNCIAS

ALEXANDRE, Cesar. Sistemas Integrados de Gestão Empresarial: Estudos de casos de Implantação de sistemas ERP (2001).

BECKER, GISELE; Cut-over de sistemas ERP: Um estudo de caso em uma empresa prestadora de serviços de manutenção de aeronaves

CEZAR, ALEXANDRE DE SOUZA. Sistemas Integrados de Gestão Empresarial: Estudos de casos de Implantação de sistemas ERP; Universidade de São Paulo.

CHIEN, Shih-Wen; TSAUR, Shu-Ming. Investigating the success of erp systems: case studies in three Taiwanese high-tech industries. Computers In Industry. Amsterdam, v.58, p. 783-793, 2007.

MONTEIRO, Álvares Francisco; A Implantação de um sistema integrado de gestão: O caso Eletrobrás (2001).

SACCOL, A.Z.; SOARES, R.O.; MACADAR, M.A. Mudanças organizacionais e sistemas ERP. ( in SACCOL, A.Z. ; SOUZA, C.A. de. Sistemas ERP no Brasil : teorias e casos). São Paulo: Atlas, 2003.

SOUZA, Cristiane ; Implantação do Sistema Integrado de Gestão Enterprise Resource Planning (ERP): Estudo de caso em uma empresa de auto-adesivos ; Simpósio de Excelência em Gestão e Tecnologia. SEGeT 2005.

TURBAN, Efraim; McLEAN, Ephraim; WETHERBE, James. Tecnologia da Informação para gestão. 3. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2004.

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ESTUDO DE vIAbILIDADE DO MySqL-CLUSTER

Carlos M. G. de SouzaFelipe A. PintoTiago S. DiasClaudio A. Passos

Universidade Gama FilhoDepartamento de Ciência da ComputaçãoRua Manoel Vitorino, 55320.740-900– Rio de Janeiro - RJ

rEsumo: Apesar do avanço tecnológico é possível encontrar empresas que utilizam sistemas online centralizados como a forma principal de automação depende de apenas de um servidor para permanecer em funcionamento, com isso é fácil encontrar sistemas fora do ar, infelizmente o uso de sistemas distribuídos tem um custo relativamente alto é mais caro de se utilizar e existe uma escassez de profissionais qualificados. O objetivo deste trabalho e demonstrar a viabilidade técnica de implantação do MySQL-Cluster como um BDD. (banco de dados distribuídos) O MySQL-Cluster é um sistema de replicação de dados onde cada nodo funciona de forma independente, replicando as informações dos nodos adjacentes afim de garantir que o sistema permaneça online caso haja algum problema que comprometa um dos nodos do cluster.

palavras ChavE: MYSQL, Cluster, BDD, Replicação de dados.

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1. INTRODUÇÃO

1.1. Contexto

Muitas empresas continuam utilizando a arquitetura centralizada. Essa arquitetura representa um ponto crítico no sistema, pois caso o servidor central de banco de dados saia do ar o sistema inteiro ficará inoperante.

Uma solução para esse problema a arquitetura distribuída, onde não existe um ponto de falha único.

1.2. Problema

A principal falha da arquitetura centralizada é o fato da existência de um ponto de falha único, comprometendo o sistema como um todo.

1.3. Objetivo

Será verificado o grau de complexidade de instalação e configuração da ferramenta, nível de performance, possíveis falhas , questões práticas e teóricas sobre a utilização do MySQL-Cluster como um banco de dados distribuído, em ambiente de produção.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1. Definição de banco de Dados

“Um sistema de banco de dados é basicamente um sistema de armazenamento de registros computadorizado.” (Date, 2003)


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2.2. Cluster

Um conceito bastante difundido e aplicado sob vários aspectos são os chamados clusters. As soluções de cluster variam, mas todas possuem o mesmo objetivo final, que é introduzir redundância. (SQL Magazine, 2009).

Cluster Shared Disk

“Em um cluster do tipo Shared Disk, os dispositivos de entrada/saída são compartilhados entre todos os nodos do cluster.” (Bradley Mitchell)

Cluster Shared Nothing

Em um cluster Shared Nothing (nenhum compartilhamento), cada nodo é independente e auto-suficiente. É uma arquitetura de computação distribuída que possibilita a construção de sistemas compostos por milhares de nodos a um preço relativamente baixo.

Cluster Mirrored Disk

“Nos Clusters do tipo Mirrored Disk, é feita uma replicação dos dados de um storage primário para um storage secundário de backup, a fim de se garantir alta disponibilidade dos dados” (Bradley Mitchell).

2.3. banco de Dados Distribuídos

“Podemos definir BDD como, uma coleção de vários bancos de dados lógicos relacionados distribuídos por uma rede de computadores.” (ELMASRI, 2003)

“Sistema de gerenciamento de banco de dados distribuídos (SGBDD) é um software que gerencia o banco distribuído de forma a manter esta distribuição transparente para o usuário.” (ELMASRI, 2003)

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Características

Serão abordadas algumas particularidades e objetivos com a utilização de um banco de dados distribuído e os mecanismos utilizados para se obter a redundância dos dados.

Tolerância a falhas

A tolerância a falhas de um banco de dados distribuído é possível devido a técnicas de replicação de dados para garantir que o dado esteja em mais de um lugar e que possa ser acessado caso ocorra algum tipo de falha em um dos servidores com uma de suas cópias disponíveis.

3. INFRA-ESTRUTURA DE ARqUITETURA DISTRIbUíDA

A arquitetura distribuída é um ponto vital a ser considerado em situações onde a eventual indisponibilidade de um dado sistema não pode ser considerável.

3.1. Replicação

Segundo Ikematu (2005), o objetivo de um mecanismo de replicação de dados é permitir a manutenção de várias cópias idênticas nos nodos do cluster.

Replicação Assíncrona

Na replicação assíncrona, o nodo principal envia um pedido de confirmação ao solicitante, que por sua vez propaga a transação para os restantes dos nodos.


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Figura 1. Replicação Assíncrona

Replicação Síncrona

Em um esquema de replicação síncrona, uma transação só é finalizada quando todos os outros nodos finalizaram suas operações, garantindo assim que independente da quantidade de nodos e de onde o dado foi manipulado, todos possuirão as mesmas informações.

Figura 2. Replicação Síncrona

Replicação Master-slave

As transações são efetuadas primeiramente na réplica primária e depois as alterações são distribuídas para as réplicas secundárias, podendo ser síncronas ou assíncronas.

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Figura 3. Replicação Master-slave

Replicação Multimaster

As alterações devem ser propagadas para todos os servidores que possuam cópia dos dados, o que aumenta a complexidade no controle de transações e exige um mecanismo mais elaborado de replicação.

Figura 4. Replicação Multimaster

4. MySqL

O MySQL se tornou o banco de dados open source mais popular graças a sua consistência e velocidade. Ele é também utilizado na geração de aplicações


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L.A.M.P. (Linux, Apache, Mysql, PHP Python Perl) sendo capaz de operar em mais de 20 plataformas (Linux, Windows, OS/X, HP-UX, AIX, Netware entre outras), mostrando a sua grande flexibilidade em ambientes heterogêneos.

4.2. MySqL-Cluster

O MySQL-Cluster é um banco de dados de alta disponibilidade que possui a vantagem de possuir uma arquitetura de armazenamento conhecida como shared-nothing. O sistema é constituído por nodos múltiplos que podem ser distribuídos em diferentes hospedeiros.

visão geral do MySqL-Cluster

O MySQL-Cluster utiliza uma arquitetura de nodos independentes (shared-nothing architecture). O sistema é composto de nodos que podem ser distribuídos entre diversos hospedeiros para garantir disponibilidade em caso de falhas.

Arquitetura do MySqL-Cluster

O MySQL-Cluster consiste em três tipos diferentes de nodos, cada um com serviços especializados na operação do cluster. Os nodos de dados são os principais nodos do cluster e suas funções são armazenamento e administração dos dados localizados na memória ou em disco.

Tipos de nodos no MySqL-Cluster

Nodos de dados:

Armazenam os dados que pertencem ao MySQL-Cluster. Os dados são replicados de forma síncrona entre os nodos para assegurar sua disponibilidade em caso de falhas.

Management Server Nodos:

São responsáveis por controlar as configurações do sistema durante a sua carga e fazem intermediação quando ocorre alguma mudança no cluster. Esse tipo de nodo não é essencial após a carga do cluster, sendo indiferente ao cluster seu status. (mysql.com, 2009)

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MySQL Server Nodes:

Permitem acesso via SQL aos nodos de dados em cluster, permitindo a desenvolvedores uma interface padrão ao programa.

5. APLICAÇõES DE bANCO DE DADOS DISTRIbUíDO

O uso de banco de dados distribuído tem um custo adicional com processamento e tráfego de rede, e portanto, deve-se verificar se a solução distribuída é de fato uma opção viável.

No sistema de dados distribuído não existe necessariamente um número máximo de usuários ou transações permitido, sendo a solução escalável.

6. TOPOLOGIA MySqL-CLUSTER

O cluster MySQL reproduzido em laboratório foi composto por três nodos, sendo um nodo (MGMT NODO) responsável pela replicação da configuração entres os nodos de dados durante a inicialização do cluster e os dois demais serão nodos que contêm os bancos.

Figura 5. Topologia MYSQL-CLUSTER


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7. RESULTADOS

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8. CONCLUSÃO

Após uma análise da ferramenta MySQL-Cluster, de acordo com o critério de avaliação criado para esse estudo, nos testes de desempenho o disco se mostrou a maior limitação no desempenho nos testes do MySQL-Cluster e do MySQL, essa limitação era esperada pois o ambiente de testes foi montado utilizando Hardware convencional de Desktops onde os discos rígidos SATA2 conseguiram atingir o limite de 1,000 operações de escrita por segundo quando estão utilizando 100% da sua capacidade de i/o.


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As operações de consulta tiveram um desempenho semelhante em ambos os ambientes pois não existe alteração de dados sendo assim não existe necessidade de sincronismo entre os nodos o que torna o desempenho dessas consultas semelhante nos dois casos, salvo em alguns momentos que a carga causada pelo banco gera resultados momentâneos inesperados como uma consulta de 10 linhas demorar mais pra ser processada que uma consulta de 100 o que não faz sentido algum, esse sintoma foi comum ao MySQL-Cluster e ao MySQL.

Os testes de stress realizados com as operações de inserção no Cluster demoraram o dobro do tempo o que é causado pela necessidade de sincronização com o outro nodo, o ponto positivo é o consumo dos recursos dos servidores do Cluster, foram significantemente menores em paginação e utilização de disco (I/O), o que pode ser causado pelo ciclo das alterações realizadas pelo MySQL-Cluster: escrita em disco, sincronização com os outros nodos e validação o que ocasiona o maior tempo para a realização da operação mas em contrapartida onera menos o servidor.

As operações de indexação das Bases de Dados tiveram um comportamento diferente no Cluster, pois a necessidade de manter a integridade das informações entre os nodos, gerou um pico de utilização de rede o que reduziu o desempenho durante estas operações no Cluster, essa demora foi causada pela velocidade das interfaces de rede que atingem 100Mbps o que é muito inferior a um HD (Hard Disk) moderno.

O processo de inicialização do MySQL-Cluster é um processo demorado, pois é composto de 4 fases de verificações inicias para que a API NDB permita que sejam executados alterações nos Bancos. Caso ocorra a queda de um nodo do Cluster o outro fica responsável por administrar as operações, ocorrendo alterações significativas o processo de sincronismo irá onerar os recursos dos dois nodos do Cluster por muito tempo durante as 4 fases de checagem, em testes de laboratório ocorreram casos do sincronismo levar mais de 1 hora. Um incidente que obteve péssimos resultados em relação ao tempo foi na ocorrência da parada forçada de um nodo e durante o sincronismo o nodo ativo foi desligado de maneira forçada deixando o Cluster inoperante, obrigando a realização do desligamento total dos nodos de dados e sua inicialização o que causou indisponibilidade total do Cluster por mais de 3 horas devido a massa de dados que precisava ser verificada e sincronizada com o nodo com o estado desatualizado, o processo é mais demorado pois nesse cenário a API NDB não aceita que nenhum comando seja executado até o final das 4 fases de checagem o que é o comportamento certo mais devido as verificações aumenta o tempo de indisponibilidade.

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Os resultados mostram que a necessidade de melhores recursos de Hardware para a construção do Cluster e os ganhos com a replicação de dados podem não ser tão grandes no caso de uma falha total do Cluster o que não é um cenário normal, no caso da falha de apenas um dos nodos estando sincronizados a falha se torna transparente para a confiabilidade dos dados uma vantagem que um servidor stand alone (independente) não possui, em relação as operações realizadas o processo de leitura de dados não difere muito na velocidade de execução, as reindexações já apresentam um comportamento distinto devido ao funcionamento do Cluster demandando mais tempo, operações internas SQL como soma dentre outras apresentaram resultados próximos, sendo desconsideradas como elemento diferenciador. Existem outras opções do MySQL-Cluster que não foram exploradas como o redirecionamento inteligente de carga, onde aplicações utilizam o banco de forma transparente mesmo durante o momento de uma falha sem a necessidade de ser redirecionada para o outro nodo ou as vantagens do Cluster na execução de backups, onde um dos nodos pode ser colocado em modo backup garantindo uma imagem daquele momento dos bancos em quanto outros continuam funcionando normalmente e ao fim do processo de backup o nodo pode ser inserido no Cluster e sincronizado sem a necessidade da parada dos bancos de todos os nodos.

O MySQL-Cluster é uma solução de BDD para ser utilizada em ambiente de produção, apesar de conter algumas limitações, como, por exemplo, a limitação do número de colunas de uma tabela em 128 e a não existência de chave estrangeira a necessidade de melhor Hardware e a demora de determinadas operações. Os benefícios que a solução oferece como a facilidade de instalação distribuída como um produto separado do banco MySQL, sem a necessidade de compilação a partir dos fontes e sua configuração simples e documentada suportada atualmente pela Oracle, nenhum custo por se tratar de uma ferramenta livre e realiza corretamente as suas funções demonstram que o MySQL-Cluster é uma solução segura para um ambiente real.

9. REFERÊNCIAS

8 Best practices to improve scalability. Disponivel em: <http://www.infoq.com/news/2009 /05/8-Best-Practices-Scalability>. Acesso em: 12 out. 2009.


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Bradley, Mitchell. Disponível em: <http://compnetworking.about.com/od/ networkdesign /l/aa041600a.htm.> Acesso em: 12 out. 2009.

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Conhecendo as entranhas do Facebook. Disponivel em: <http://www.forumpcs.com.br/ coluna.php?b=259612.>. Acesso em: 12 out. 2009.

Date, C. J. An introduction to database systems. 8. ed. Addison Wesley, 2003.

Davies, Alex; Davies, Alex. MySQL- clustering, MySQL press. 2006, 216 p.

ELMASRI, R.; Navathe, S. Fundamentals of database systems. 4. ed. Addison-Wesley, 2003.

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Notes from the session Scaling MySQL - Up or Out ? moderated by Kaj Arno (Vice-president Community at MySQL). Disponivel em: <http://www.venublog.com/index.php?s=rid>. Acesso em: 12 out. 2009.

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Scalability principles. Disponivel em:< http://www.infoq.com/articles/scalability-principles>. Acesso em: 12 out. 2009.

Siqueira, Frank. 2006. Disponível em:<http://www.inf.ufsc.br/~frank/BDD/replicacao. htm>. Acesso em: 12 out. 2009.

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Tanenbaum & van Steen Sistemas Distribuídos: princípios e paradigmas 2. ed. Prentice-Hall, 2008.

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ANÁLISE DE FERRAMENTAS DE GERENCIAMENTO DE CONTEÚDO ATRAvÉS DE UM ESTUDO DE CASO

Lygia R. NettoÉrica R. de Oliveira

Universidade Gama FilhoDepartamento de Ciência da ComputaçãoRua Manoel Vitorino, 55320.740-900– Rio de Janeiro - [email protected]@ugf.br

rEsumo: Este artigo apresenta um estudo sobre gestão de conteúdo e as ferramentas utilizadas para automatizar esse processo. São apresentados os conceitos básicos e os problemas encontrados na gestão tradicional de conteúdo. A solução apresentada para esse problema são as ferramentas denominadas Content Management Systems (CMS – Sistemas de Gerenciamento de Conteúdo). A quantidade de ferramentas CMS existentes é muito grande, então, este artigo realiza uma análise comparativa entre as ferramentas mais usadas atualmente. Essa análise baseou-se em algumas características dessas ferramentas. Os resultados dessa análise comparativa forneceram orientação para propor melhorias e mudanças de cenários do

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site http://www.wordpress.org, que utiliza o sistema gerenciador de conteúdo Wordpress. Dessa forma, as melhorias foram propostas com a utilização de sistemas gerenciadores de conteúdo alternativos.

palavras ChavE: CMS, Gerenciamento de conteúdo, Ferramentas de gerenciamento

1. INTRODUÇÃO

A Internet foi uma dos maiores invenções tecnológicas da década de 90. A partir dela, foi possível informatizar o mundo de tal modo que a comunicação é feita de forma instantânea, pode-se saber o que acontece ao redor do mundo em questões de segundos, são realizadas transações, entre muitas outras atividades. Juntamente com o crescimento e disponibilidade da Internet, a quantidade de conteúdo disponível hoje vem aumentando diariamente. Não é possível assimilar uma boa parte de tudo o que está na grande rede, como também vem se tornando muito complexa a manutenção desses conteúdos por uma única pessoa, no caso, um webmaster responsável por um portal de uma empresa, por exemplo. Com esse crescimento exponencial de informações (ver Figura 1) e a exigência de mercado onde tudo deve ser feito de forma rápida e eficiente para minimizar custos, as ferramentas de gerenciamento de conteúdo são de grande auxílio para que esses objetivos sejam alcançados.

Figura 1. Quantidade de domínios (de site) na Internet, de Janeiro de 1994 a Janeiro de 2010


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A função das ferramentas gerenciadoras de conteúdo é gerenciar conteúdo de forma distribuída e colaborativa. Existem várias ferramentas CMS (Content Management Systems, do inglês, Sistemas Gerenciadores de Conteúdo), e cada uma dessas ferramentas têm suas próprias características.Devido a essa grande variedade de CMS existentes, a pessoa que necessita gerenciar conteúdo via web precisa escolher com cautela e perspicácia a ferramenta certa para sua área de aplicação.É dentro desse contexto que se faz necessária uma orientação para a escolha do gerenciador de conteúdo mais adequado às organizações ou empresas, e aos websites daquelas pessoas que não possuem conhecimento da existência dos CMS, e tão pouco, suas funcionalidades e características.

O objetivo desse artigo é apresentar um estudo do conceito de Sistemas de Gerenciamento de Conteúdo e fazer uma análise comparativa de alguns dos principais CMS existentes. Paralelamente, será apresentado o estudo realizado, específico do CMS utilizado na manutenção do site http://www.wordpress.org e, apresentado também a análise comparativa realizada com CMS alternativos. Com base nesta análise, pretende-se propor melhorias e mudanças nos cenários avaliados no site supracitado.

2. GESTÃO DE CONTEÚDOS ESISTEMAS GERENCIADORES DE CONTEÚDO

Antes da análise das ferramentas CMS é interessante examinar alguns fundamentos teóricos, para ser abordado a problematização da gestão tradicional de conteúdos.

2.1. O que é conteúdo?

De acordo com BOIKO (2005), conteúdos são dados identificados por informações, de modo que um sistema possa organizar e sistematizar o gerenciamento e a publicação desse conteúdo. SILVA (2006) propõe uma definição geral para conteúdo como sendo uma unidade de dados com alguma informação extra anexada a ela. Essa informação poderia ser, por exemplo, uma página web, informação sobre um evento, documento de texto, uma imagem, um vídeo, ou qualquer outro dado que tenha utilidade para uma organização.

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Pelas definições, conteúdo tem necessidade de ser adicionado, editado, organizado, e se for o caso, organizado dentro de um site. No contexto que diz respeito à publicação de conteúdo na Internet, as tarefas citadas não tem como serem realizadas sem o auxílio de ferramentas específicas para tal. Se a publicação for via web, fica complicado realiza-la sem conhecimentos específicos de computação.

2.1.2. Gestão e administração de conteúdos puro e via web

De acordo com TERRA (2002), um processo padrão de gestão de conteúdo geralmente envolve as seguintes etapas:

1) Criação de conteúdos

2) Revisão de conteúdos

3) Indexação e controle de qualidade

4) Publicação de conteúdo

5) Revisão periódica

6) Arquivamento ou eliminação de conteúdos

BAX (2002) afirma que a gestão de conteúdos apoia as organizações nos processos de captação, organização e publicação de conteúdos originários de várias fontes e destinados a diversos tipos de dispositivo de saída (publicações digitais, gráficas ou até mesmo manuais).

ROSSETTI e MORALES (2007) afirmam que a área de tecnologia há muito deixou de ser responsável pela produção de conteúdo referente ao negócio da organização. Esta função passou para quem possui a informação, mas para isso é necessário que existam meios como, por exemplo, ferramentas de gestão de conteúdo que sejam de fácil aprendizagem e com alto grau de usabilidade para que esses novos agentes possam interagir com essa nova mídia. As organizações já perceberam essa necessidade e, muitas delas, já disponibilizam em seus sites ferramentas de gestão que possibilitem ao colaborador interagir e contribuir com o seu conhecimento com facilidade.

Dentro desse contexto, o papel desempenhado pela tecnologia da informação deve ser estratégico e agir no momento exato: ajudar o desenvolvimento do conhecimento coletivo e do aprendizado contínuo, tornando mais fácil para as pessoas nas organizações compartilharem problemas, perspectivas, ideias e soluções.

Diferenciando-se um pouco do gerenciamento de conteúdo puro, a gestão ou administração de conteúdo, definida por LAPA (2004), é a soma


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de todos os processos, procedimentos e técnicas necessárias para a gestão de conteúdos em sites, envolvendo tecnologias, integração e automação, que serão usados para personalizar, entregar e arquivar tais itens de dados.

A princípio, são dois os principais motivos que levam as organizações a investirem em sites: obtenção de vantagem competitiva e implementação de alguma atividade operacional. Neste momento, observa-se a necessidade de algo que antes não existia: criar padrões que permitam a uma pessoa sem conhecimento técnico publicar conteúdos referentes ao negócio, e que represente positivamente a identidade visual de uma empresa, ou seja, que reforce sua marca. A criação do conteúdo é feita por uma pessoa que possui o conhecimento necessário para a produção de material relacionado com a sua área de atuação. Essa pessoa, em geral, não possui as habilidades necessárias para gerenciar um site ou portal, então, essa tarefa é realizada por um webmaster, que é sobrecarregado e muitas vezes não entende a regra de negócio da empresa e pode cometer erros na publicação do conteúdo na web. Visando resolver esses problemas, existem as ferramentas gerenciadoras de conteúdo. Mas o que são elas?

2.2. Sistemas Gerenciadores de Conteúdo

De acordo com PARREIRAS e BAX (2002), os sistemas gerenciadores de conteúdo permitem operacionalizar a gestão de informação, fornecendo mecanismos efetivos de gerenciamento dos conteúdos dos sites para instituições de diversos tipos. Esses mecanismos incluem: classificação do conteúdo, controle de operacionalização do mesmo, com a eficiente separação entre front-end, que se refere à área pública do site, e back-end, referente à área administrativa do site, que só deverá ser acessada pelos administradores do mesmo. Um sistema gerenciador de conteúdo ajuda na publicação e facilita a administração do conteúdo web, inclusive por pessoas não técnicas, pois possui uma “base ou estrutura” já pronta.

Uma ferramenta gerenciadora de conteúdo é composta por módulos que fornecem serviços que garantem um processo mais ágil de criação e publicação de conteúdos. Para PARREIRAS (2003), as funcionalidades essenciais de uma ferramenta bem desenvolvida e com boa aceitação no mercado são: 1- gestão de usuários e de seus direitos, 2- criação, edição e armazenamento de conteúdos em formatos diversos, 3-uso intensivo de metadados, 4-worflow (fluxo de trabalho), 5-classificação, indexação e busca de conteúdo, 6-divulgação e 7-gestão de versões. Esses itens serão detalhados nas próximas seções.

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Os benefícios dessas ferramentas vão muito além de permitir a publicação de bons sites: elas geram ganhos de produtividade, reduzem riscos operacionais, aumentam a segurança e garantem mais usabilidade. A escolha do sistema gerenciador deve ser bem feita, de modo que a ferramenta se adapte facilmente às regras de negócio e automatize o processo de gestão, para que se torne um sistema integrado às atuais soluções da empresa (no caso corporativo). E no caso de sites independentes ou pessoais, que melhor se adéque às necessidades do usuário.

Atualmente, existe uma grande quantidade de sistemas gerenciadores de conteúdo. Saber qual é a ferramenta mais adequada para cada situação é uma informação valiosa. Para identificar a melhor solução para cada objetivo, é necessária uma avaliação das ferramentas disponíveis. A análise comparativa de algumas dessas ferramentas mais utilizados é essencial para orientar aqueles que precisam agilizar o processo de gestão de conteúdo.

3. COMPARANDO OS SISTEMAS GERENCIADORES DE CONTEÚDO

A fim de atender a necessidade de orientação para a escolha da ferramenta gerenciadora de conteúdo adequada para situações distintas, foi proposta uma análise comparativa entre algumas dessas ferramentas. Muitas empresas e organizações estão interessadas nas facilidades oferecidas por essas ferramentas, mas o custo da maioria delas torna proibitivo sua adoção. Sendo assim, para a análise, foram escolhidas quatro ferramentas de código aberto. Em cada um dos CMS escolhidos foi estudado de que maneira funcionam sete de suas funcionalidades. Os resultados deste estudo foram convertidos em valores qualitativos para facilitar a interpretação dos dados e fundamentar a escolha de dois que melhor se enquadrem à área de aplicação do site http://www.wordpress.org, objetivo inicial deste trabalho.

As ferramentas CMS podem ser usadas para a construção dos mais diversos tipos de websites, porém cada CMS tem seu uso direcionado para um tipo específico. Os tipos de websites foram categorizados por POWELL (2002) como: comerciais, informativos, portais, comunidades, e pessoais. Com base nesta categorização, foram escolhidos, para análise, os CMS mais populares. As ferramentas analisadas neste trabalho foram: Drupal, Joomla!, Plone, e o próprio WordPress.


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3.1. Critérios de escolha baseados em categorização

De acordo com DUBOST (2010), o Drupal, além de ser um gerenciador de conteúdo, é também um gerenciador de discussões. Promover discussões entre pessoas sobre um determinado tema é um dos principais motivos para criação de websites de comunidades. Logo, o Drupal é o CMS apropriado para criação e gerenciamento de websites para comunidades diversas.

Conforme COELHO (2004), o Plone é ideal para portais corporativos, pois possibilita o desenvolvimento de websites organizacionais onde o conteúdo seja fornecido por membros da organização. A ferramenta Joomla!, de acordo com CORRÊA (2007), é um CMS direcionado para a construção de websites informativos, onde a divulgação de informações é primordial. Uma de suas principais características é facilidade que um usuário tem para criar, editar, ou publicar um conteúdo do tipo notícia.A ferramenta WordPress foi escolhida para análise somente para mostrar suas funcionalidades, já que o intuito do trabalho é justamente escolher uma outra ferramenta CMS, diferente da utilizada no site da própria comunidade WordPress (www.wordpress.org). Essa ferramenta, de acordo com FORBES (2010), tem como principal característica a criação de blogs, que por sua vez pode ser entendido como um registro publicado na internet sobre algum tema cronologicamente organizado, como um histórico ou diário. Sendo assim, se adequa perfeitamente na categorização de POWELL como um website de caráter pessoal.

3.2. As ferramentas selecionadas

Segue aqui uma breve descrição de cada uma das ferramentas que foram analisadas. Todas as ferramentas são de código aberto. Têm-se também os informativos de que tipo de banco de dados é utilizado, em qual linguagem foram escritas, e uma nota sobre a última versão estável do sistema. Com relação à licença, todas utilizam a GNU/GPL, designação da licença para software livre.

Joomla!

A última versão 1.6 foi lançada oficialmente em 15 de fevereiro de 2011. É desenvolvido na linguagem de programação PHP e pode ser executado

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no servidor Web Apache, ou qualquer outro servidor que suporte PHP e no sistema gerenciador de banco de dados MySQL. A utilização desse CMS é direcionada para construção e gerenciamento de websites informativos e de notícias. Exemplos de sites que utilizam Joomla! em sua construção: Sociedade Brasileira de Cultura Japonesa (http://www.bunkyo.bunkyonet.org.br/), Hotel World Trade Center SP (http://www.worldtradecentersp.com.br/) , Ministério da Educação (http://portal.mec.gov.br/), Museu do Futebol (http://www.museudofutebol.org.br/), entre outros.

Drupal

O Drupal, por sua vez, tem a sua utilização voltada para a criação e manutenção de websites para comunidades. Sua última versão estável é datada de 05 de janeiro de 2011, e encontra-se na versão 7.0. Também foi desenvolvido em PHP, utilizando MySQL ou PostgreSQL. É executado nos sistemas operacionais Windows ou Linux, e funciona em servidores Web Apache. Exemplos de sites que utilizam Drupal em sua construção: SOS Mata Atlântica (http://www.sosmatatlantica.org.br/), Unicamp (http://www.unicamp.br/), Host SH (http://www.hostsh.com.br/), entre outros.

Plone

O Plone é o único que se diferencia dos demais pela linguagem utilizada na sua implementação, que é o Python. É um sistema multiplataforma e é executada no servidor de aplicações Zope (servidor de aplicações web de código aberto, que publica objetos escritos em linguagem Python, e tipicamente armazenados em um banco de dados orientado a objetos). A utilização desse gerenciador é direcionada para websites comerciais, ou portais corporativos. Sua última versão, 4.0.4, foi lançada em março 2011. Exemplos de sites que utilizam Plone em sua construção: Governo da República Federativa do Brasil (http://www.brasil.gov.br/), Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (http://www.embrapa.br/), Agência Central de Inteligência – CIA (https://www.cia.gov/), entre outros.

WordPress

O WordPress foi criado a partir do extinto b2/cafelog, utilizado em blogs até 2003, ano de aparecimento do seu sucessor. Mais um gerenciador escrito em PHP, o WordPress é executado em quaisquer servidores que suportam a sua linguagem e o MySQL. Já citado, esse sistema gerenciador


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é largamente utilizado na composição de blogs e websites pessoais. Atualmente, o WordPress é adotado, também, na composição de portais de baixa e média complexidade. Sua última versão estável, a 3.1.2 é datada de 26 de abril de 2011. Exemplos de sites que utilizam WordPress em sua construção: Ministério da Cultura (http://www.cultura.gov.br/), Texas Tech Today (http://today.ttu.edu/), TV Tonight (http://www.tvtonight.com.au/), Departamento de Ciências da Universidade da Virginia (http://www.evsc.virginia.edu/), entre outros.

3.3. Itens selecionados para análise

Segundo ROBERTSON (2005), com relação aos sistemas gerenciadores de conteúdo, não existe uma lista padrão de requisitos para analisá-los. Numa empresa ou organização, é natural que a lista de requisitos e/ou necessidades na criação de um website aumente, ou mude. Para a análise, foram escolhidas as funcionalidades consideradas por PARREIRAS (2003) como essenciais, já citadas nesse artigo.

3.4. Metodologia da análise

A execução do estudo comparativo teve como prioridade avaliar o funcionamento, de fato, de cada uma das funcionalidades em todos os CMS, baseados na conceituação de PARREIRAS. Para cada um dos sistemas gerenciadores, foi aplicada a classificação qualitativa a seguir, baseada no resultado das análises:

Atende: Para receber essa qualificação, a funcionalidade não deverá apresentar falhas no CMS analisado.

Não Atende Parcialmente: significa que a funcionalidade não atendeu em sua totalidade as necessidades que deveria atender.

Não Atende Totalmente: representa que a funcionalidade não operacionalizada totalmente, seja por falha ou por sua ausência no CMS analisado.

Modificável: indica que o CMS deve permitir que um usuário, ou administrador do conteúdo/site gerencie ou modifique a funcionalidade de forma que atenda às suas necessidades.

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Não modificável: significa que a funcionalidade não consegue ser modificada e nem permitir uma personalização pelos administradores.

Não possui: representa que o CMS não apresenta uma determinada funcionalidade em sua instalação básica.

A classificação referente às funcionalidades da análise comparativa foi realizada baseada em observações da utilização e aplicação dos CMS em alguns sites, em pesquisa exploratória, comentários realizados na web por profissionais, estudantes e pessoas que utilizam os CMS, porém que não dominam o conhecimento técnico de computação, doravante chamados de usuários comuns. Além disso, essas análises também foram baseadas em comentários realizados em comunidades de usuários desenvolvedores, no relatório divulgado pela Idealware e em busca exploratória de informações no CMS Matrix, já citado. A justificativa para utilização do relatório da Idealware neste trabalho apoia-se no seu grau de relevância para as empresas nos Estados Unidos. Apesar da equipe Idealware ser relativamente pequena, seus artigos e documentos vêm ganhando notoriedade, pois são de grande auxílio para organizações sem fins lucrativos que desejam tomar decisões de software inteligente. Apesar de o foco inicial ser empresas sem fins lucrativos, o mesmo chama atenção também de empresas que buscam recursos alternativos como forma de reduzir custos. O fato do download gratuito deste material ser disponibilizado no próprio site da Idealware auxilia na repercussão deste. Além disso, o relatório tem, também, caráter investigativo, baseando-se em entrevistas com 19 profissionais de diferentes áreas, tornando-se um documento de opinião imparcial. Entre os itens avaliados dos CMS na sua versão mais recente estão: facilidade de hospedagem e instalação, facilidade de configuração para um site simples, curva de aprendizado para construção de um site mais complexo, facilidade de administração, flexibilidade gráfica e estrutural, roles (papel de um usuário, por exemplo) e workflow, funcionalidades de web 2.0 e criação de comunidades no software, extensão e integração com outras ferramentas, escalabilidade e segurança, manutenção e força da comunidade/suporte.

3.4.1. Análise das funcionalidades

A análise das funcionalidades, propostas pelo esquema de PARREIRAS, como já citado, foi realizada de forma a explorá-las mais detalhadamente, estudando as suas particularidades, que são apresentadas a seguir:


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Gestão de usuários

Para essa funcionalidade foi observado como cada um dos CMS pode gerenciar os participantes do site, possuindo cadastro ou não. Outros itens foram estudados, como a forma pela qual um usuário pode se cadastrar em determinado site, a separação dos usuários em grupos (por exemplo, os fóruns, que utilizam muito as denominações comuns: visitantes, usuário, usuário assíduo, moderador e etc.) e o controle de permissão do usuário em um site baseado no seu nível de acesso (podendo acessar determinada área do site ou não, os chamados front-end e back-end).

Gestão de conteúdos

Para essa funcionalidade foi observado como os usuários podem gerenciar um conteúdo dentro de um site. No caso de publicação de notícias, essa atribuição é dos chamados moderadores. Os itens analisados e estudados para essa funcionalidades foram: como o conteúdo é organizado no site; como este é criado, editado e armazenado, o tipo de conteúdo que cada CMS suporta (formatos) e a segurança em relação a qual conteúdo o usuário pode acessar.

Utilização de metadados

Para essa funcionalidade foi observada a utilização de metadados para a descrição do conteúdo dos sites e como estes foram indexados para os mecanismos de busca. Também foram analisados outros itens, que se referem aos benefícios levados aos usuários quando estes sabem a fonte/origem do conteúdo que acessam; a forma de criação e edição de metadados no site e a flexibilidade em manipular e visualizar esses metadados. Para exemplificação do que é um metadado, pode-se falar que o nome de uma música, quem a canta e o nome do álbum a qual essa música faz parte, são metadados relacionados à música.

Workflow - (fluxo de trabalho, tradução livre)

Para essa funcionalidade não foi utilizada uma abordagem muito minuciosa, pela complexidade do mesmo. Para maior detalhamento, seria necessária uma aplicação prática e complexa em todos os CMS, de forma a fugir da proposta do projeto. Então, para esse item foram apenas observados os níveis, permissões e as funções de cada usuário.

Classificação, indexação e busca de conteúdo

Para essa funcionalidade foi observado o comportamento de cada mecanismo de busca disponível para cada um dos CMS, a disponibilidade de acoplar plugins à sua base já pré-definida, disponibilidade de utilizar

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metadados nas pesquisas. Por exemplo, um usuário deseja fazer a busca de uma resenha de determinado livro em um site informativo. Esse usuário pode realizar a busca somente pelo nome do livro, ou pode tentar buscar pelo autor, ou talvez até mesmo pelo nome da editora? Além disso, foi observada, também, a flexibilidade e indexação de conteúdo para pesquisa.

Divulgação

Para essa funcionalidade analisou-se os mecanismos disponibilizados pelos os CMS para divulgar certos conteúdos do site. É notório observar que todos disponibilizam maneiras para divulgar nas grandes redes sociais, como o Facebook, Twitter, Tumblr, entre outros. Isso demonstra que a cada dia o interesse das organizações e até mesmo dos usuários de obter marketing gratuito é grande. Se por um lado têm-se grandes organizações querendo divulgar seu produto, ou até mesmo, divulgar vagas disponíveis de trabalho em sua empresa (muito popular hoje em dia, principalmente no Twitter), existe também os usuários comuns que gostam de divulgar suas opiniões sobre determinado assunto, ou divulgação de algum trabalho individual. Saber pintar, costurar e fazer montagens de vídeos interessantes, e ganhar dinheiro divulgado o próprio trabalho nunca ficou tão fácil. Uma boa ideia e uma boa divulgação garantem resultados muito rápidos. Além disso, foi analisado, o tipo de divulgação um pouco mais tradicional, como os feeds através do formato RSS, onde o usuário recebe a sua disposição, somente as atualizações dos sites e conteúdos que mais lhe interessarem.

Controle de versões

Para essa funcionalidade analisou-se como cada CMS trabalha a questão das alterações feitas em um website. Os itens analisados foram a possibilidade e a facilidade de desfazer alterações e como essas alterações são gravadas.

A análise das funcionalidades possibilita observar a maneira como cada ferramenta se comporta de forma diferenciada para cada item. Sendo assim, um determinado CMS pode ser mais ou menos eficaz do que outro, dependendo de qual demanda esteja atendendo. Os estudos comparativos não possuem abrangência total que possibilite a adoção de determinado CMS com 100% de certeza, porém, são de grande valia, suporte e ajuda na escolha do CMS ideal para determinada área de atuação. As análises são parte fundamental no ciclo de desenvolvimento de um determinado projeto, na fase de levantamento de requisitos e estudos.


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3.4.2. Classificação qualitativa

Com a análise comparativa, cada funcionalidade do CMS foi classificada segundo os critérios/indicadores de PARREIRAS. Esses resultados implicaram na atribuição de valoração qualitativa descrita anteriormente.

Com isso, foi possível construir a tabela 1, a seguir, com uma análise comparativa:

Tabela 1. Classificação qualitativa baseada na análise comparativa

DRUPAL JOOMLA! PLONE WORDPRESS

Gestão de usuários

AtendeModificável

AtendeNão modificável


AtendeModificável

Gestão de conteúdos

AtendeModificável

AtendeModificável


AtendeModificável

Uso de metadados

Não atende ParcialNão modificável

Não atende ParcialModificável



WorkflowNão atende ParcialModificável


AtendeModificável


Mecanismo de busca

Não atende ParcialNão modificável


AtendeModificável

AtendeModificável

Divulgação AtendeModificável

AtendeModificável


AtendeModificável

Controle de versões

AtendeModificável


AtendeModificável

AtendeModificável

Com essa tabela, é possível ter uma visão geral de como as funcionalidades observadas e estudadas funcionam nas ferramentas CMS analisadas. Sendo assim, a próxima sessão aborda a construção mais técnica do site http://www.wordpress.org, descrevendo a forma como o sistema gerenciador de conteúdo WordPress atuou na construção deste.

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Já obtendo em mãos esse resultado (preliminar) dos pontos fortes e fracos de cada gerenciador de conteúdo, poderá ser feito, então, o estudo e posterior conclusão de quais itens cada um poderá contribuir de forma mais satisfatória do que seu CMS original.

4. CONSIDERAÇõES ACERCA DO WORDPRESS

Para que haja a correta compreensão no que o site http://www.wordpress.org se difere do site http://www.wordpress.com, serão apresentadas as características de cada um antes de entrar no detalhamento técnico do CMS WordPress como ferramenta, e como este foi aplicado na construção do site proposto para análise.

4.1. Diferença entre WordPress.org e WordPress.com

1) WordPress.org: é o site de desenvolvimento do WordPress (a ferramenta para criar blogs), onde o usuário pode fazer o download do software para hospedar no próprio Internet Service Provider (ISP)/hospedagem, e no qual pode utilizar todos os temas que quiser, as extensões (plugins) que quiser, personalizar (CSS, por exemplo), alterar idiomas, modificar o código fonte entre outras funções.

2) WordPress.com: é bastante diferente. De propriedade da Automattic, oferece um serviço gratuito de hospedagem de blogs usando o mesmo software. Um usuário cria um endereço do tipo oblog.wordpress.com, mas que inclui certas limitações como a de poder escolher apenas alguns temas, ou de incluir no rodapé o texto “Hospede seu blog com WordPress.com”, e ainda de restringir a utilização de CSS, FTP e etc. .

Existem algumas características particulares de cada um, vistas a seguir.

WordPress.com - Vantagens:

• Grátis, via web e de fácil configuração;

• Eles (a proprietária Automattic) ficam responsáveis por tudo: setup (configuração) upgrades (atualização automática de melhorias na


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ferramenta), bloqueio de spam, backup, segurança e etc;

• Ganho de tráfego com divulgação em “Blogs of the day”(Blogs do dia, em tradução livre, uma forma de divulgar os blogs criados através do WordPress.com. Disponibilizados em sua página inicial) e tags;

• Não precisa comprar um domínio ou pagar anuidade.

WordPress.com - Desvantagens:

• Pouco mais de 70 temas, contra milhares disponibilizados na Internet gratuitamente;

• O usuário não pode executar um tema personalizado, apenas editar o CSS dos oferecidos;

• Não pode rodar plugins além daquelas oferecidos e nem executar códigos em PHP;

• O endereço fica http://xxx.wordpress.com, exceto se o usuário comprar um domínio próprio.

WordPress.org - Vantagens:

• Também é gratuito;

• O usuário pode colocar a publicidade que quiser em seu blog;

• O usuário pode utilizar o tema que desejar, são milhares disponíveis na Internet;

• Permite executar plugins, que existem de forma variada e diversificada, e de forma gratuita compartilhada por outros usuários;

• Controle completo sobre seu blog.

WordPress.org - Desvantagens:

• O usuário precisa fazer a assinatura em um provedor de hospedagem com suporte a PHP, MySQL, FTP e etc;

• Necessita de conhecimento técnico;

• O usuário é responsável pelo controle de spam, backup, segurança e etc;

• Precisa comprar um domínio próprio.

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5. ESTUDO DE CASO: ANÁLISE DOS CMS:DRUPAL, JOOMLA! E PLONE APLICADOS AOSITE WORDPRESS.ORG

Foi realizada a análise cada uma das sete funcionalidades categorizadas por PARREIRAS, consideradas essenciais em uma boa ferramenta CMS e aplicá-las conceitualmente no site WordPress.org. O resultado da tabela de análise comparativa serviu como subsidio para a aplicação desses itens no site.

5.1. Aplicando o Drupal

Para esta funcionalidade, o Drupal é eficientes e pode ser modificado conforme necessidade do usuário. O Drupal, no caso do controle de usuário, já traz dois papéis pré-definidos, o usuário anônimo e usuário Além destes, é possível criar mais usuários e deixar definidos os papéis para cada um.. Os papéis são bem definidos para os usuários que acessam ao site WordPress.org e por esse motivo, o Drupal não traz uma melhora significativa nesse cenário.

Para a gestão de conteúdos, o Drupal trabalha com módulos, que permitem ser adicionadas funcionalidades e ferramentas ao núcleo do CMS. A partir de uma perspectiva de gestão, o Drupal aguenta a criação de conteúdo também, providenciando muitas opções para personalização de campo e criação de controle de conteúdo. Mesmo assim, da perspectiva do usuário, o falta do editor WYSIWYG (sigla para a expressão “what you see is what you get” que quer dizer “o que você vê é o que você tem”, tradução livre), pode ser um problema, apesar de existirem extensões de módulos que podem ser adicionadas a esta funcionalidade.

Nesse quesito, a utilização do Drupal no site http://www.wordpress.org não seria satisfatória, justamente pela interface não amigável e pelo conteúdo que fica disponível no site, que não é classificado como tipo de conteúdo complexo. Nesse quesito, o WordPress cumpre com o esperado, com sua manipulação sendo realizada de forma mais intuitiva.

O Drupal apresenta uma peculiaridade para metadados: para garantir um excelente desempenho, a ferramenta preza pelo código resumido (por exemplo, minimizando o uso de consultas a bancos). O site WordPress.org lida com conteúdo que precisa de descrição o tempo todo, tais como


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a descrição dos arquivos disponibilizados pelos usuários para utilização no CMS, como temas, e até mesmo a utilização dos metadados para a indexação dos mecanismos de busca. Nesse aspecto, o WordPress não funciona de forma completa também. Ele utiliza o mecanismo de tags para descrição dos conteúdos, e muitas vezes, impede o usuário do site de achar com facilidade, o conteúdo requerido. Para o fluxo de trabalho, Drupal trabalha da seguinte forma: pode ser criado um número ilimitado de funções que um usuário pode desempenhar no site, e essas funções podem ser ordenadas em grupos hierárquicos. Por default, um conjunto de papéis (usuário anônimo e usuário autenticado) está disponível e papéis adicionais podem ser definidos para: criar, editar, publicar ou excluir o conteúdo com base no tipo de conteúdo. Com relação ao status de algum artigo, conteúdo ou post, o Drupal disponibiliza apenas dois: rascunho ou publicado. O WordPress, por sua vez, possibilita que esse conteúdo fique com status pendente de revisão, além disso, mais status podem ser adicionados por pacotes ou módulos. Para o site WordPress.org, onde a confiabilidade do conteúdo a ser publicado é importante, é interessante ter um status de aguardando revisão, talvez de um usuário assumindo um papel de revisor, por ter mais experiência dentro do negócio. Neste caso, o Drupal não trata a confiabilidade com a mesma importância, logo não supera o WordPress para essa funcionalidade.

O Drupal possui um motor de busca, porém ele só procura as páginas no site, e não faz busca por documentos.Para a área de aplicação do site WordPress.org, é fundamental que o mecanismo de busca seja realizado de forma eficaz, uma vez que o usuário deve achar com facilidade o conteúdo que deseja tirar dúvidas, ou até mesmo, buscar o pacote ou plugin que ele precisar. E esses dados certamente estarão descritos em documentações disponíveis e afins.A ferramenta possui completo suporte para feeds do tipo RSS, que envia aos usuários assinantes do conteúdo do site desenvolvido em Drupal, as atualizações deste por e-mail. Todos os CMS atendem a esse requisito. O grande diferencial do Drupal é, além disso, disponibilizar um plugin que permite também o envio de RSS de outros sites, podendo, moderar, inclusive, quais os itens (por exemplo, separar por assunto) daquele outro site podem ou não ser exibidos. A aplicação deste diferencial no site WordPress.org, seria muito interessante, uma vez que, além de exibir as novidades do próprio site, os assinantes podem receber um conteúdo, separado por moderadores, de outros sites, que podem ser ou não da mesma área de aplicação.

Os outros itens de divulgação, como acesso às grandes redes, como Facebook, Twitter, Orkut e etc, estão presentes também nas outras

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ferramentas CMS e já são parte do núcleo da ferramenta, já instaladas no pacote. Um plugin adicional permite que se crie no painel do administrador uma visão geral de quantas pessoas comentaram ou reenviaram algum artigo ou informação do site. Esse plugin seria uma melhoria significativa para o site http://www.wordpress.org, uma vez que os mantenedores deste podem ter certo controle de quais os artigos e/ou informações agradam mais ao público, e assim, aperfeiçoar e trabalhar o conteúdo do site, até para atrair um maior número de pessoas.

O Drupal realiza com facilidade a reversão de uma página ao seu conteúdo anterior, pois, através do painel administrativo é possível configurar que todas as vezes que seja alterada uma postagem ou artigo, seja gravada uma versão anterior (numa espécie de histórico) na base. Em sete funcionalidades analisadas, o Drupal propõe melhorias em duas delas para o site http://www.wordpress.org, que são: controle de versões e divulgação. Apesar do WordPress apresentar também essas funcionalidades, o Drupal atua de forma mais eficaz nesses quesitos.

5.2. Aplicando o Joomla!

Em gestão de usuários, o Joomla! fica condicionado a criação clássica de “usuários, visitantes e moderadores”, com seus papéis bem definidos. O que se pode criar são grupos de usuários e, para cada usuário e/ou moderador específico, liberar o acesso para determinado conteúdo do site. Isso é comum em todas as ferramentas CMS e o Joomla! não apresenta nenhum diferencial.

Para a gestão de conteúdos, ele possui uma particularidade interessante: é possível utilizar um plugin para essa ferramenta que permite importar dados e/ou conteúdo de um sistema diferente de gerenciador de conteúdo, ou seja, de outro CMS. Além disso, a interface para adicionar ou editar conteúdo é polida e amigável, com ênfase nos ícones. Os moderadores/administradores podem também facilmente encontrar o artigo que deseja editar, através do próprio front-end, e simplesmente dar um clique de botão e editá-lo. Outro destaque é a manipulação de imagens. Pode-se adicionar uma imagem ao documento a ser publicado diretamente na tela de edição, sem a necessidade de adicionar primeiro a imagem através de outro local, para então, escrever o documento e publicá-lo. O Joomla! é extremamente versátil e simples de usar em relação à organização e publicação de conteúdo. Seria de extrema importância para a melhoria da organização do conteúdo do site http://www.wordpress.org.


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Como a maioria das ferramentas CMS, o Joomla! possui a funcionalidade de utilização de metadados, porém, não é usada de forma completa. Para este caso, é necessário conhecimento de HTML/CSS por parte do usuário que estiver manipulando o conteúdo. Existe essa flexibilidade, porém, ao mesmo tempo, é restringida pelo fato de ter como pré-requisito o entendimento da parte técnica, por quem o está manipulando. Em workflow, o Joomla! atende à funcionalidade, porém de forma inflexível. Por exemplo, um usuário administrativo possui a capacidade de elaborar novos conteúdos, de editar um conteúdo existente e a capacidade de publicar conteúdo. Esse usuário pode ser autorizado a editar ou publicar somente seu conteúdo ou de todos os outros também. Não é possível conceber permissão para usuários específicos para edição ou publicação baseado em grupos e/ou categorias. Nessa funcionalidade, o Joomla! deixa a desejar e o WordPress, apesar de atender parcialmente à requisição de workflow, possui a flexibilidade de instalação de plugins.

O Joomla! se comporta exatamente igual ao Drupal em relação ao mecanismo de busca. A ferramenta inclui um motor de busca, similar ao do Drupal, que realiza somente a procura de páginas do site, e não de documentos. Sendo assim, nada mais há para ser falado desse item, comprovando que o Joomla! não realiza melhoria nenhuma ao site em relação ao seu concorrente, WordPress.

Em divulgação, o Joomla! possui o plugin para assinatura dos feeds do site, que disponibiliza as atualizações por e-mail para os usuários cadastrados, porém não possui disponíveis os feeds de outros sites acoplado no plugin, igual ao esquema do Drupal. É acoplado, também, para fins de divulgação, a possibilidade de enviar os arquivos, textos, artigos e etc., pelas redes sociais. Não possui nenhum suporte central na área administrativa que forneça uma visão geral de quantas pessoas comentou ou enviou informações. Sendo assim, para essa funcionalidade, o Joomla! não cumpre o papel de prover melhorias ao site http://www.wordpress.org.

Em controle de versões, o Joomla! se comporta da seguinte maneira: se um conteúdo for publicado em uma página por acaso, usando a ferramenta, a reversão das alterações não é realizada de forma simples. Também não é realizada a gravação de histórico. Por outro lado, um editor de conteúdo pode facilmente visualizar o seu trabalho antes de publicá-lo. De qualquer forma, é um item a ser melhorado na própria ferramenta, que deveria a conter no seu kit de instalação básico, ou seja, no seu núcleo. Não cumpre o papel de propor melhoria significativa no site WordPress.org, uma vez que o controle de versões através da ferramenta WordPress recebeu as qualificações “Atende” e devido sua flexibilidade.

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Pela análise das funcionalidades na aplicação da ferramenta Joomla! no site WordPress.org, pode-se notar que somente um dos itens provê uma melhoria significativa para site http://www.wordpress.org, que neste caso é a gestão de conteúdo. Para as demais funções, o WordPress funciona de forma similar, ou até mesmo de forma mais eficiente. Apesar disso, Joomla! e WordPress são as ferramentas mais amigáveis para usuários novos, que desejam começar a utilizar os CMS para divulgar conteúdo na internet.

5.3. Aplicando o Plone

Entre todos os CMS analisados, o Plone possui a instalação mais complexa. Além disso, é o único entre as ferramentas descritas no trabalho que utiliza em sua implementação a linguagem de programação Phyton, e que, além disso, utiliza o sistema gerenciador de banco de dados Zope. O material de consulta para Python é bem menor em relação ao PHP, e isso pode influenciar o usuário na escolha do CMS para montar o seu site. Dadas essas observações iniciais, segue as considerações em relação às funcionalidades.

A gestão de usuários no Plone é realizada pela tela de “Visão Geral dos Usuários”, e existem duas formas de se adicionar um novo usuário, que são externamente e internamente. Cada usuário é inserido em um grupo generalizado de usuários. Os papéis definidos em uma instalação padrão do Plone incluem anônimo, membro, proprietário/dono, revisor e administrador. Nesse item, em particular, a separação dos papéis é bem definida e inflexível, assim, para o site http://www.wordpress.org não seria interessante não ter flexibilidade. Os usuários do site devem poder fazer postagens, que podem ou não ser revisadas, por exemplo, pelo grupo de usuários revisores.

O WordPress permite que se tenha papéis diferenciados e níveis diferentes de acesso ao conteúdo do site, de acordo com determinado grupo em que os usuários são inseridos. A flexibilidade se dá justamente pela disponibilização de plugins para isso, sendo que este não vem embutido no núcleo de instalação da ferramenta.

A gestão de conteúdo realizada da seguinte maneira: administrador pode facilmente encontrar a página ou o artigo que deseja editar, através do próprio front-end, ou seja, da parte pública, e realizar a edição. Para inserção de imagens dos documentos, o processo é simples, sendo que se pode adicionar uma imagem diretamente no formulário de edição de


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página. Apesar da simplicidade e facilidade, não existe nenhum item específico que indique claramente uma melhoria em relação ao WordPress, já que ambos se comportam de maneira bastante similar.

Para metadados em Plone os principais elementos descritivos são: título, data de criação, autor, descrição e assunto. Entretanto, existe a possibilidade de inserção de outros metadados, o que proporciona uma maior precisão para o motor de busca. Aplicar essa funcionalidade ao conteúdo do site http://www.wordpress.org seria um ganho importante, dada a natureza do conteúdo existente no site.

O sistema de workflow do Plone é muito poderoso. Este é construído através dos estados dos objetos e papéis (funções) dos usuários, e, fluxo padrão do Plone inclui quatro estados: visível, pendente, publicado e privado, e utiliza papéis (funções) para definir o que diferentes usuários podem ver e fazer. Desta forma, o Plone tem segurança em todos os aspectos de sua operação. Os papéis definidos em uma instalação padrão do Plone incluem anônimo, membro, proprietário/dono, revisor e administrador. Os proprietários e administradores podem alterar o estado dos objetos que eles controlam. Os estados que estão disponíveis são controlados pelas transições pré-definidas. Após essas considerações, levando em conta a natureza dos dados informativos do site http://www.wordpress.org, e os usuários envolvidos na construção e manipulação do conteúdo deste, conclui-se que o Plone assumiria essa funcionalidade de forma positiva, sendo muito superior que o seu concorrente, WordPress.

Plone possui um motor de busca que procura automaticamente documentos, bem como todo o conteúdo do site. O CMS encoraja a utilização das melhores práticas de otimização para mecanismos de buscas, como URL´s (endereços) ricas em palavras chaves e descrições amigáveis. Plone supera WordPress nessa funcionalidade também.

Já em divulgação, o Plone se comporta como a maioria dos CMS. Ele possui o completo suporte para feeds para os usuários assinantes e a formas usuais de publicação do conteúdo do site via as grandes redes sociais já citadas, como Twitter, Facebook e etc. Além disso, ele não fornece uma opção de visualizar de forma geral, o painel principal, que indica quantas pessoas comentaram aquele texto ou artigo, ou até mesmo o reenviaram. O WordPress se mostra superior nessa funcionalidade, já que dispõe de uma vasta quantidade de plugins para realizar a divulgação do conteúdo do site. Desta maneira, o site WordPress.org, na funcionalidade divulgação, obtém aproveito máximo.

Em controle de versões, o Plone possui uma forma de visualizar o histórico de mudanças de uma página do site, e voltar a uma versão

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anterior, somente clicando em um botão. mas não justifica a troca pelo formato de controle de versões que o WordPress utiliza no site http://www.wordpress.org.

Em 7 funcionalidades, 3 delas seriam melhor aproveitadas com o uso do Plone. Vale ressaltar, que na funcionalidade workflow, o Plone realmente é o mais eficiente entre todos eles. Um ponto negativo do Plone é justamente a linguagem de programação em que foi implementado e o banco de dados diferenciado. Dessa forma, cabe ao usuário ter o interesse em aprender a utilizar essa ferramenta, que não utiliza a forma usual, comparando com os outros CMS.

6. CONCLUSÃO

Observou-se, então, que as ferramentas gerenciadoras de conteúdo – os CMS - cobrem as deficiências citadas do modelo tradicional de gestão de conteúdo. Foram escolhidas as cinco mais utilizadas entre usuários da comunidade e usuários comuns para aplicá-los em um estudo de caso, que foi a proposta e objetivo inicial do projeto. Estes cinco tiveram sete funcionalidades analisadas detalhadamente, seguindo a proposta de categorização de PARREIRAS. Foi realizada uma análise comparativa e coletado o resultado, para servir de subsidio na aplicação dessas funcionalidades na construção do site http://www.wordpress.org.

Conclui-se, então, que o trabalho atingiu suas propostas iniciais, que foi a utilização de CMS alternativos na construção do site citado, que utiliza em seu desenvolvimento, o CMS WordPress. O estudo do comportamento de outros CMS na construção deste site teve como proposta a análise de melhorias e sua aplicabilidade em sites dessa linha, que são os de baixa ou média complexidade. O WordPress atende às suas necessidades justamente porque não é um site de complexidade alta, e apesar de ser um site também com caráter informativo, a manutenção deste é simples e adequado à usuários que não compõem a comunidade específica de Tecnologia da Informação.

Julgou-se que os pontos positivos superaram os pontos negativos no desenvolvimento do site http://www.wordpress.org com o CMS WordPress em relação com os outros CMS abordados. Eles cumpririam o papel proposto pelo site, porém, não melhorariam significativamente este de forma que justificasse a troca da utilização do WordPress por outro CMS.


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Existe possibilidade de continuação deste projeto. Os resultados obtidos na comparação das funcionalidades dos CMS podem ser explorados mais detalhadamente de forma organizada, em uma espécie de ranking.Além disso, pode ser realizada a comparação entre CMS de mesma categoria (baseando-se em POWELL). Para a organização do ranking, poderia ser realizada a construção de um sistema de ranqueamento dos gerenciadores de conteúdo baseada na análise das funcionalidades. Para cada item analisado na tabela de análise comparativa, uma determinada funcionalidade receberia uma nota atribuída a cada CMS. Essas notas poderiam ser somadas (totalização de pontos de cada funcionalidade), e, posteriormente, serviriam como dados de análise nesse sistema. A categorização a ser utilizada seria a de POWELL (comerciais, informativos, portais, comunidades e pessoais) e, então, através desse sistema, o usuário poderia definir qual o CMS mais adequado às suas necessidades e/ou requisitos.

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Corrêa, Daniel F. B. (2007), “Gestão de Conteúdo Web: Guia básico utilizando o Joomla!.” Trabalho Conclusão Curso. Faculdade Fabrai. Belo Horizonte, MG.

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Terra, José C. Cyrineu; Gordon, Cindy (2002), “Portais Corporativos: A Revolução na Gestão do Conhecimento”. Negócio Editora. São Paulo.

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APLICAÇÃO DO CI DDS EM UM SISTEMA DE RADAR COM vARRREDURA ELETRÔNICA.

Amanda de A. C. Castro1

Rafael A. Marcondes1

Rogério M. L. Silva1

Leonardo H. Gonsioroski1

Antonio D. M. Filho2

1 Universidade Gama FilhoEngenharia Elétrica Departamento de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino 553, Piedade, Rio de Janeiro [email protected]@[email protected]@hotmail.com

2 Alfadelta-Rio Desenvolvimento de Sistemas [email protected]

rEsumo: Este artigo apresenta uma breve revisão sobre o funcionamento de um Sistema de Radar e a evolução dos métodos de varredura existentes, fazendo uma comparação entre a varredura mecânica e a varredura eletrônica. A partir disso, descreve a utilização dos CI do tipo DDS em sistemas de varredura eletrônica.

palavras-ChavE: Radar, Rede de antenas, Varredura eletrônica, DDS.

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1. INTRODUÇÃO

A utilização da técnica de varredura eletrônica é um importante avanço no desenvolvimento da tecnologia de Sistemas de Radares, tanto para os de busca quanto os de acompanhamento.

Os radares são empregados em diversas tarefas contribuindo com as atividades de muitos setores da sociedade. Por exemplo, no meio civil é um importante elemento para a segurança da navegação aérea e marítima. Em aplicações meteorológicas, é um instrumento de detecção de temporais com grande antecedência e, em astronomia, é empregado na localização de estrelas e no estudo da superfície dos planetas e satélites. Por outro lado, em aplicações militares, é uma fonte de dados táticos, pois é utilizado na detecção de alvos incluindo mísseis, navios ou aviões inimigos.

A técnica de cobertura do espaço pode ser incrementada através da utilização do método da varredura eletrônica [1], pois esta possui uma resposta mais rápida e gera menores problemas com a estabilidade do sistema de radar do que quando se emprega a varredura mecânica tradicional. Radares com varredura eletrônica podem ser capazes, também, de realizar múltiplas tarefas.

Os DDS (Direct Digital Synthethizers) são Circuitos Integrados (CI) que possibilitam variar eletronicamente parâmetros dos sinais de saída, como a amplitude, a fase e a frequência. Por isso, é possível utilizá-los como geradores dos sinais a serem transmitidos por redes de antenas (phased arrays). Neste trabalho, serão mostradas simulações para uma rede linear de 8 elementos, porém, a técnica é facilmente adaptável a outros formatos (redes planares, em anel, circulares ou conformes).

2. CONCEITO DE RADAR

Um Radar (Radio Detection and Ranging) [2] é um equipamento eletrônico que detecta a presença, a direção, a distância e, algumas vezas, também a altitude , a velocidade de alvos à longa distância. Seus princípios de operação são muito semelhantes aos de um sistema de telecomunicações, contudo é basicamente um sistema não-cooperativo, pois os alvos não colaboram ativamente na transmissão de informações9.

9 Nos chamados radares secundários, o alvo possui um transponder, capaz de responder uma interrogação do Tx. Contudo, esses equipamentos não serão estudados neste trabalho.


132

O funcionamento de um sistema de radar baseia-se na propriedade de reflexão das ondas eletromagnéticas. A antena transmissora do sistema de radar emite um sinal eletromagnético que, ao colidir com o alvo, tem parte de sua energia refletida na direção das antenas receptoras. Se essa energia for suficiente para o RX detectar um retorno, a presença de um alvo na direção em que a antena esta apontada será indicada. A Figura1 exemplifica a emissão e a reflexão do feixe emitido pela antena.

Figura 1. Processo de detecção de um alvo.

O sinal transmitido, geralmente, consiste de uma portadora, de alta potência, modulada por um trem de pulsos com períodos muito curtos. Os feixes das antenas costumam ser estreitos para aumentar a precisão da medida do posicionamento angular do alvo. Variando-se esse feixe em um volume do espaço pode-se buscar a detecção de um alvo a longas distâncias.

A distância do alvo em relação ao radar pode ser determinada pela razão entre a velocidade de propagação do sinal emitido e a metade do tempo em que o sinal refletido demora a ser detectado pelo sistema de recepção. A velocidade do alvo pode ser determinada pela variação da frequência devido ao efeito Doppler.

3. REDES DE ANTENAS E TIPOS DE vARREDURA

Uma rede de antenas é um conjunto de antenas (elementos) que trabalha em sincronia a fim de atingir um desempenho desejado. Normalmente, essas redes são compostas por um número de antenas idênticas dispostas linearmente.

Existem, basicamente, dois tipos principais de redes de antenas, as redes passivas e as redes ativas:

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Nas redes passivas, um único Transmissor alimenta cada elemento da rede via seu defasador como mostra a Figura 2a. Por sua vez, as redes ativas, como a da Figura 2b, possuem módulos transmissores/ receptores (T/R), ligados em cada elemento da rede. Os T/R são constituídos de geradores, circuladores, chaves, amplificadores ou atenuadores. Um exemplo de módulo T/R é apresentado na Figura 3.

a) b)

Figura 2. Diagramas de blocos de matrizes de controle de fase: a) ativos e b) passivos.

Figura 3. Exemplo de módulo T/R.


134

A varredura consiste em cobrir uma área ou setor do espaço com o feixe do radar. Existem dois tipos de varredura, a mecânica e a eletrônica.

Inicialmente a cobertura do espaço foi feita através da movimentação da própria antena. Este método se baseia, muitas vezes, na variação da antena em 360 graus, em torno do seu eixo (antenas giratórias) para obter a cobertura em todo o azimute. Essa técnica é conhecida como varredura mecânica, e é utilizada em radares de busca, como os normalmente encontrados em aeroportos. Variações angulares menores que 360o são encontradas em varreduras mecânicas setoriais.

Os radares de varredura mecânica possuem várias fontes de problemas, o conjunto de controle servo-motor da antena pode impossibilitar o funcionamento do radar se sofrer pane. Em radares de acompanhamento, se o estabilizador do sistema não funcionar a contento, seu funcionamento pode ser seriamente degradado. Além disso, não há controle contra interferências captadas pelos seus lóbulos secundários. Finalmente, esse tipo de varredura é incapaz de acompanhar simultaneamente muitos alvos.

A varredura eletrônica é realizada através da variação das fases e amplitudes dos sinais nos vários elementos que compõem a rede. Desse modo, a variação do feixe pode ser praticamente instantânea. Isso permite, também, que o radar acompanhe múltiplos alvos e realize múltiplas tarefas. Por possuírem poucas partes móveis, os radares de varredura eletrônica são mais fáceis de estabilizar. E seus lóbulos secundários podem ser controlados de modo minimizar as interferências inseridas por eles. Uma vantagem adicional proporcionada pela varredura eletrônica é a degradação suave (gracefull degradation) caso ocorra pane em um ou mais módulos T/R ao invés de uma pane catastrófica.

Neste trabalho foi feita a simulação da variação do feixe emitido pelo sistema transmissor do radar, usando-se o software MATLAB para modelar as equações (Collins & Zuncker, 1969).

A função mostrada na equação (2) é definida com base em seu argumento, mostrado na “Equação (1)”:

γ = δ + βd cos(θ) (1)

onde:

γ = defasagem total;

δ = diferença de fase imposta entre cada elemento da rede;

β = comprimento de onda;

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d = distância entre os elementos; e

cos(θ) = cosseno do ângulo de azimute.

Tem-se, então que:

f(γ) = sen(N.γ/2)/N.sen(γ/2) (2)

Onde:

N = números de elementos.

A direção do feixe do conjunto pode ser alterada de forma que os feixes emitidos pelos transmissores situados à direita da rede sejam emitidos com fase mais adiantada em relação aos feixes emitidos pelos transmissores localizados à esquerda do conjunto, assim o lóbulo principal (do conjunto) é direcionado para a direita. É ilustrado na Figura 4.

Figura 4. Feixes emitidos por uma rede de antenas com fases 0, -π/6, -π/3.6, -π/2.5, - π/1.636 e -π/1.2857 radianos.

De forma similar, caso os feixes emitidos pelos transmissores localizados mais à direita da rede forem transmitidos com fase mais atrasada em relação aos transmissores localizados no lado esquerdo do conjunto, o lóbulo principal (do conjunto) será direcionado para a esquerda. É ilustrado na Figura 5.


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Figura 5. Feixes emitidos por uma rede de antenas com fases 0, π/6, π/3.6, π/2.5, π/1.636 e π/1.2857 radianos

4. DDS (Direct Digital SyntheTIZERS)

Foi visto que em sistemas de geração de sinais de radar de varredura eletrônica, é preciso criar internamente ondas complexas com uma grande precisão de fase. A multiplicidade de recursos indispensáveis aos geradores de sinais desses sistemas tem complicado a sua concepção e aumentado consideravelmente os seus custos. No entanto, é uma oportunidade para a aplicação de uma nova classe de dispositivos que aplicam os princípios de síntese digital direta (DDS).

4.1. O que é DDS

O método Direct Digital Synthesis (DDS) (MURPHY & SLATTERY, 2010) gera uma forma de onda analógica, normalmente senoidal, a partir de um sinal digital através de um conversor digital-analógico (ADC). Como as operações dentro de um dispositivo DDS são essencialmente digitais, ele oferece comutação rápida entre as freqüências de saída, boa resolução de freqüência e operação ao longo de um amplo espectro de frequências.

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4.2. Características e benefícios

Os geradores DDS disponibilizam muitas possibilidades para a geração de sinais de rádio-frequência que vão desde técnicas de PLL (phase-locked-loop) até a programação dinâmica das saídas do conversor digital-analógico (DAC) para gerar formas de onda arbitrárias em frequências mais baixas [5].

A aplicação do DDS é particularmente vantajosa em sistemas cujos requisitos de geração de frequência (ou forma de onda) são complexos. Um único CI do tipo DDS pode gerar de forma simples uma saída analógica programável com alta resolução e precisão. Além disso, seus níveis de consumo de energia e custo são muito baixos. Por exemplo, o AD9833, um DDS gerador de forma de onda programável (Figura 6), operando a 5,5 V com um clock de 25 MHz, consome uma potência máxima de 30 mW.

Figura 6. AD9833 – um chip gerador de formas de onda

Os DDS, como o AD9833, são programados através de uma interface periférica serial (SPI), e precisa somente de um clock externo para gerar ondas senoidais simples.

Dispositivos DDS não estão limitados a resultados puramente senoidais, podendo gerar também, como saída, formas de onda quadradas e triangulares, dependendo da programação do usuário. A Tabela I mostra a programação da forma de onda de saída para o AD9833, sabendo-se que ele trabalha com pacotes de 16 bits, e considerando D0 o bit menos significativo e D15 o mais significativo.


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Tabela 1. Formas de onda do DDS

D5 D1 vout

1 0 quadrada

0 1 triangular

0 0 senoidal

4.3. Funcionamento do DDS

A Figura 7 apresenta uma parte do circuito interno de um dispositivo DDS. Seus componentes principais são um acumulador de fase, um meio de conversão de fase para amplitude (geralmente uma sine look-up table), e um DAC.

Figura 7. Componentes do DDS

Um DDS produz uma onda senoidal com uma frequência determinada que depende de duas variáveis: a frequência do clock de referência e o número binário programado no registrador de frequência (tuning word).

O número binário no registrador de frequência fornece a entrada principal para o acumulador de fase. Usa-se aqui uma tabela sine look-up table. O acumulador de fase calcula um endereço de fase (ângulo) para a look-up table, que gera o valor digital de amplitude - correspondente ao seno desse ângulo de fase para o DAC. Este, por sua vez, converte o valor obtido para um correspondente analógico de tensão ou corrente. Para gerar uma onda senoidal de frequência fixa, um valor constante (o incremento de fase, que é determinada pelo número binário) é adicionado ao acumulador de fase, a cada ciclo de clock. Se o incremento de fase

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é grande, o acumulador de fase irá passar rapidamente através do sine look-up table e, assim, gerar uma onda senoidal de alta frequência. Se o incremento de fase é pequena, o acumulador fase terá muitas mais etapas, consequentemente gerando uma onda mais lenta.

O período de sinais senoidais têm um intervalo de fase angular repetitivo de 0 a 2π. A implementação digital não é diferente. Um contador exerce a função que permite ao acumulador de fase agir como um “círculo de fase” na execução do DDS.

A equação de ajuste básico para a arquitetura DDS é a seguinte:

fOUT = (M. fC)/2

n (3)

onde:

fOUT = frequência de saída do DDS

M = binary tuning Word

fC = frequência do clock de referência interno (system clock)

n = duração do acumulador de fase, em bits

4.4. Sincronismo de múltiplos DDS

Um estudo recente concluiu que mais de 50% de todos os projetos baseados em DDS empregam mais de um canal. Quase 75% desses sistemas requerem sincronização entre os canais. Além disso, quase 15% dos sistemas multicanais exigem mais do que quatro canais. Vários dispositivos são considerados sincronizados quando o clock é o mesmo para todos os dispositivos.

É possível usar dois DDS operando no mesmo clock para obter na saída dois sinais, cuja relação de fase pode ser controlado diretamente. Na Figura 17, dois AD9834 são programados usando um clock de referência, com o mesmo pino de reset sendo utilizado para atualizar ambas as partes.


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Figura 17. Múltiplos CI DDS em modo de sincronismo

Com o objetivo de se obter o sincronismo de múltiplos DDS pode-se alterar a direção das ondas emitidas por uma rede de antenas através da variação de fase elétrica de emissão destas antenas, conforme apresentado nas figura 9.

5. CONSIDERAÇÔES FINAIS

Os módulos T/R empregados em radares, que utilizam redes de antenas por controle de fase (phased arrays), precisam fornecer sinais com frequência e fase precisos e estáveis. Para isso uma das melhores alternativas é empregar CI do tipo DDS, pois isso permite o controle de incremento de fase que é empregado a cada elemento da rede, possibilitando assim o emprego da técnica de varredura eletrônica. Outras vantagens desse componente são sua baixa potência, baixo custo e tamanho reduzido.

Figura 9. Phased Array com DDS.

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6. REFERÊNCIAS

ALLEN, J. L. et al. Phased Array Radar Studies, 1 July 1960 to 1 July 1961. Lexington: Technical Report 236, 1961.

WOLFF, Christian. Radartutorial .eu. Disponível em: <http://www.radartutorial.eu/index.en.html>. Acesso em: 20 ago. 2010.

COLLIN, Robert E; ZUCKER, Francis J. Antenna Theory. N York: Mcgraw-hill Inc.,USA 1969.

MURPHY, Eva; SLATTERY, Colm. All About Direct Digital Synthesis. Disponível em: <http://www.analog.com>. Acesso em: 05 ago. 2010.

UNDERSTANDING Direct Digital Synthesis (DDS) Disponível em: <http://zone.ni.com>. Acesso em: 15 dez. 2010.

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COMPUTAÇÃO APLICADA AOS SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA – PARTE 1

João Carlos de Oliveira Aires1

1 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino 625, PiedadeCEP: 20748-800 – Rio de Janeiro - [email protected]

rEsumo: A utilização de computadores digitais para a solução de problemas relacionados com os grandes sistemas de energia elétrica (SEE) data da década de 50. Muitos dos algoritmos de cálculo numérico utilizados hoje foram desenvolvidos nessa época e implementados em computadores como o IBM 704, utilizando a linguagem de programação FORTRAN. Com o avanço da eletrônica e dos recursos de Tecnologia da Informação, todas as áreas vinculadas ao SEE como planejamento, operação, manutenção, monitoração, diagnose, gerenciamento e controle de sistemas eletroenergéticos passaram a depender fortemente das ferramentas computacionais. Entretanto, o atendimento ao mercado de energia elétrica com padrões cada vez maiores de confiabilidade, aumentou significativamente o grau de complexidade dos atuais SEE que passaram a requerer o uso de novas ferramentas como técnicas de

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computação de alto desempenho, procedimentos não convencionais de simulação, computação orientada a objeto e uso de inteligência computacional como redes neurais, algoritmos genéticos, reconhecimento de padrões, computação evolutiva, data mining, lógica difusa e métodos probabilísticos.

palavras ChavE: Computação aplicada, Sistemas de energia elétrica, Cálculo numérico.

1. INTRODUÇÃO

O estudo de um sistema elétrico em regime permanente, com vários pontos de geração e carga, sempre foi considerado como um problema de grande porte, cuja solução, ou ponto de operação, é dado pelas tensões nas barras ou nós e pelas correntes nas linhas.

Antes do desenvolvimento dos computadores digitais de grande porte, os estudos eram feitos em analisadores de rede CA, os quais eram uma réplica monofásica em escala reduzida do sistema real. Os computadores digitais permitiram a utilização das ferramentas baseadas em Álgebra Linear e Cálculo Numérico.

O cálculo de fluxo de potência em uma rede de energia consiste essencialmente na determinação do estado da rede, da distribuição dos fluxos e de algumas outras grandezas de interesse. Nesse tipo de problema, a modelagem do sistema é estática, significando que a rede é representada por uma conjunto de equações e inequações algébricas. Esse tipo de representação é utilizado em situações nas quais as variações com o tempo são suficientemente lentas para que se possa ignorar os efeitos transitórios. É claro que os transitórios do sistema só podem ser devidamente levados em conta se for utilizada uma abordagem dinâmica envolvendo equações diferenciais, além de equações algébricas. O cálculo de fluxo de carga (load flow) é, em geral, realizado utilizando-se métodos computacionais desenvolvidos especialmente para a resolução do sistema de equações e inequações algébricas que constituem o modelo estático da rede. Dentre esses métodos, destacam-se:

1) Fluxo de potencia linear2) Gauss


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3) Gauss-Seidel4) Newton-Raphson5) Desacoplado6) Desacoplado-rápido

Um outro conjunto de estudos igualmente importante são os estudos de estabilidade. Esses estudos consistem na solução de um sistema de equações diferenciais de segunda ordem que representam as máquinas síncronas e seus controles de tensão e velocidade. Diversas métodos de solução tem sido utilizados, como:

a) Eulerb) Euler modificadoc) Runge Kutta

No Brasil, para a solução dos problemas de regime permanente e de estabilidade, tem sido utilizados os programas desenvolvidos pelo CEPEL, Centro de Pesquisas Elétricas da ELETROBRÀS. Esses programas, denominados ANAREDE e ANATEM tem sido utilizado há mais de 15 anos em estudos do Sistema Interligado Nacional (SIN), para estudos da transmissão em regime permanente e transitórios eletromecânicos (Estabilidade). Em estudos acadêmicos, também são utilizados programas já desenvolvidos em Matlab ou desenvolvidos de forma simplificada em outras linguagens de programação.

O estudo das metodologias descritas acima faz parte das ementas das disciplinas do curso de graduação em Engenharia Elétrica, ênfase em Eletrotécnica, Análise de Sistemas Elétricos – ASE, e de Máquinas Elétricas. Entretanto diversas outras aplicações em sistemas de energia elétrica não são abordadas em cursos de graduação. Nas Seções a seguir são apresentados exemplos de simulação termodinâmica de transformador com apresentação de resultados em 3 D e da utilização de redes neurais em estudos de características elétricas (Fator de Carga – FC e de Demanda – FC), de consumidores.

Nas Figuras 1 e 2 são mostrados exemplos das interfaces gráficas dos programas do CEPEL.

145


Figura 1. Diagrama de Fluxo de Potência obtido do programa ANAREDE do CEPEL.

Figura 2. Resultado da simulação de um curto-circuito próximo a um gerador, obtido pelo programa ANATEM do CEPEL


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2. MODELAGEM DE UM TRANSFORMADORPARA ESTUDOS DE CARREGAMENTO

Desde a década de 70 tem sido disponibilizados às empresas de energia elétrica programas computacionais para o cálculo dos limites de sobrecarga em transformadores de potência, esses programas, respaldados por normas brasileiras e internacionais (IEC e ANSI) em geral determinam as temperaturas máximas admissíveis no topo do óleo e no ponto mais quente dos enrolamentos. Além disso, através da teoria de Arrehenius (que estabelece uma relação entre a deterioração da isolação e o tempo de operação e a temperatura) pode ser também calculada a expectativa de vida do transformador. Os principais dados necessários são:

- curva de carga (corrente ao longo de vários dias de observação)

- temperatura ambiente

- parâmetros construtivos do transformador

A aquisição e validação dos dados de corrente e temperatura exigem esforços de medição, transmissão e armazenamento de dados. Nos transformadores modernos as temperaturas máximas admissíveis no topo do óleo e no ponto mais quente dos enrolamentos também tem sido medida e transmitida para os centros de operação.

São mostrados a seguir os recursos utilizados para a representação de um transformador de potência da LIGHT e avaliação dos dados medidos e calculados com base em um modelo baseado em elementos finitos.

2.1. Modelagem do Transformador

O transformador utilizado para o desenvolvimento do modelo em elementos finitos é um transformador trifásico de 20 MVA, com tensão nominal de 138/13,8 kV e ligação Δ/Y. O modelo foi desenvolvido utilizando-se o software FLUX3D®. O desenvolvimento do modelo foi realizado em diferentes etapas, envolvendo a definição da geometria, da malha de elementos finitos e das propriedades físicas, conforme descrito a seguir.

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Figura 3. SE São Conrado – TR 1 – 15/20 MVA – ONAN/ONAF

O modelo foi desenvolvido considerando-se as principais características geométricas e físicas do transformador, tendo sido modelados o núcleo, os enrolamentos de alta e baixa tensão e o tanque do transformador.

Com relação às fontes de calor contempladas no modelo, foram consideradas as perdas no núcleo (perdas em vazio) e as perdas nos enrolamentos, sendo estas proporcionais à variação da carga alimentada pelo transformador ao longo do tempo. As correntes induzidas no tanque do transformador e os efeitos da radiação solar não foram considerados no modelo, apesar de representarem fontes de calor existentes na prática.

A dissipação de calor do transformador para o meio ambiente foi contemplada através da modelagem dos fenômenos de convecção e de radiação térmica, levando-se em consideração a variação da temperatura ambiente ao longo do dia. Fatores relacionados à umidade relativa do ar e ao eventual vento soprando sobre a superfície do transformador não foram contemplados no modelo implementado.

Ainda no que se refere à dissipação de calor do transformador, considerou-se no modelo a troca de calor entre os enrolamentos e o óleo do tanque através do fenômeno de convecção. Buscou-se incorporar ao modelo o efeito de refrigeração do óleo resultante da ação do radiador ligado do transformador (com ou sem ventilação forçada).


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2.2. Geometria

A geometria do modelo foi criada utilizando-se os seguintes parâmetros geométricos descritos na Tabela 1. Desta forma, a alteração do valor de qualquer um desses parâmetros implica na alteração automática da geometria do transformador a ser analisado. Na Tabela 1 é possível verificar o valor considerado para cada uma das dimensões do modelo utilizado nas simulações realizadas.

A Figura 4 mostra a geometria criada, na qual é possível identificar o núcleo do transformador (azul), as bobinas dos enrolamentos de alta (vermelho) e baixa tensão (amarelo) e também as linhas que descrevem o tanque do transformador. Observa-se nesta figura que os enrolamentos foram modelados como sendo estruturas cilíndricas contínuas, ou seja, sem o espaçamento entre espiras existente na prática. Esta simplificação é justificada pela dificuldade em se gerar a malha de elementos finitos, caso todas as espiras dos enrolamentos fossem modeladas individualmente.

Tabela 1. Dimensões dos parâmetros de geometria considerados no modelo do transformador

Parâmetro Descrição valor [mm]

L0 Largura do Tanque 2.000

L1 Altura do Tanque 3.120

L2 Comprimento do Tanque 4.200

L3 Altura da Última Camada do Núcleo 380

L4 Altura da Janela do Núcleo 1.750

L5 Largura da Janela do Núcleo 530

L6 Altura do Núcleo 2.800

L7 Espessura do Núcleo 510

L8 Comprimento do Núcleo 2.775

L9 Raio Interno da Bobina do Primário 400

L10 Raio Externo da Bobina do Primário 5.00

L11 Raio Interno da Bobina do Secundário 3.20

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Parâmetro Descrição valor [mm]

L12 Raio Externo da Bobina do Secundário 370

L13 Altura da Bobina do Secundário 1.600

L14 Altura da Bobina do Primário 1.600

Figura 4. Geometria do Modelo

2.3. Resultados

Os resultados obtidos foram comparados com valores de medições realizadas em um dos transformadores da subestação São Conrado, Rio de Janeiro, referentes ao período de 24 a 26 de julho de 2010.

A temperatura ambiente e a curva de carga do transformador (representada pela corrente do enrolamento de alta tensão) medidas no mesmo período considerado na simulação (24 a 26 de julho de 2010) estão representadas, respectivamente, nos gráficos das Figura 5 e 6, totalizando 288 valores medidos em intervalos de 15 minutos ao longo de três dias. A medição da temperatura ambiente local foi feita por termômetro digital instalado próximo ao transformador.

A Figura a 7 apresenta o gráfico com os valores de temperatura no ponto quente do enrolamento obtidos a partir das simulações realizadas.


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Neste mesmo gráfico, são apresentados os valores de temperatura referentes às medições realizadas no período considerado. Observa-se que as curvas medida e simulada estão bem próximas em termos de valores e comportamento, apresentando uma pequena divergência nos períodos entre 12:00 horas e 18:00 horas de cada um dos três dias analisados.

Figura 5. Temperatura ambiente entre 24 e 26 de julho de 2010

Figura 6. Curva de carga do transformador entre 24 e 26 de julho de 2010

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Na Figura 8, é possível analisar o mapa de cores de temperatura nos enrolamentos resultante da simulação realizada, no qual se observa que a região do enrolamento que apresenta os valores de temperatura mais elevados encontra-se a ¾ da base do enrolamento.

A validação do modelo foi feita baseada em dados de medição da temperatura no topo do óleo e no ponto quente dos enrolamentos realizada em um transformador instalado em uma das subestações da LIGHT. As curvas de temperatura obtidas nas simulações apresentaram comportamento bastante semelhante ao das curvas experimentais, principalmente no que diz respeito à temperatura dos enrolamentos. Algumas divergências observadas estão sendo consideradas para o refinamento do modelo.

Figura 7. Temperatura no ponto quente dos enrolamentos


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Figura 8. Mapa de cores da temperatura nos enrolamentos

A validação do modelo foi feita baseada em dados de medição da temperatura no topo do óleo e no ponto quente dos enrolamentos realizada em um transformador instalado em uma das subestações da LIGHT. As curvas de temperatura obtidas nas simulações apresentaram comportamento bastante semelhante ao das curvas experimentais, principalmente no que diz respeito à temperatura dos enrolamentos. Algumas divergências observadas estão sendo consideradas para o refinamento do modelo.

3. MANIPULAÇÃO DE DADOS CADASTRIAS DE CLIENTESDE CONCESSIONÁRIAS DE ELERGIA ELÉTRICA

Os dados cadastrais das empresas de energia elétrica constituem os mais completos bancos de dados de clientes do Brasil. Isto é devido ao fato de que o grau de universalização do fornecimento é de quase 100%. Os trabalhos com essas grandes bases de dados exige a aplicação

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de ferramentas computacionais de grande porte e tratamento estatístico adequado. Os trabalhos que envolvem pesquisas de capo normalmente são pautados em amostragem definidas com base em critérios como consumo de energia, localização, etc.

O exemplo descrito a seguir foi motivo de um projeto de P&D LIGHT/ANEEL com participação de pesquisadores da PUC e de UFF, todos com formação de Engenharia Elétrica, para o levantamento dos fatores de carga (FD) e de demanda (FC) dos clientes da LIGHT. Os principais passos foram:

- Definição da amostra estatística- Definição do questionário- Pesquisa de campo com aplicação dos questionários- Medição de consumo e demanda dos clientes que responderam ao

questionário- Tratamento dos dados- Treinamento da Rede Neural.- Avaliação dos resultados

Uma vez treinada a RNA pode, a partir de determinados dados, apresentar uma estimativa dos fatores de demanda. Ressalta-se que, enquanto o FC pode ser obtido diretamente da curva de consumo medida, o fator de demanda depende do levantamento da carga por inspeção ou declaração e de informações sobre o consumo dos equipamentos elétricos.

3.1. Caracterização da Rede Neural

A rede neural utilizada neste trabalho foi a feedforward, onde os neurônios são perceptrons e estão conectados e organizados em camadas. Os neurônios são ordenados e classificados de acordo com a topologia da rede. Foi utilizada apenas uma camada intermediária, conforme pode ser visto na Figura 5-1. Desta forma, a propagação da informação se dá da camada de entrada, passando pela camada intermediária, até chegar à camada de saída.


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Figura 9. Rede neural feedforward multicamadas.

O processo de aprendizagem é realizado através de um algoritmo de aprendizagem ou treinamento, que tem a função de modificar os pesos sinápticos da rede. Os algoritmos de treinamento são classificados como supervisionado, não-supervisionado e outros que são misturas desses dois tipos. Os algoritmos supervisionados são utilizados quando se possui prévio conhecimento sobre as classes a que pertence cada padrão da fase de treinamento.

Neste trabalho utilizou-se o mais famoso dos algoritmos supervisionados: o algoritmo de retropropagação (backpropagation).

3.2. Avaliação dos resultados

A seguir são apresentadas as telas do programa computacional para estimativa do fator de demanda.

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Figura 10. Interface gráfica com teste resultados da utilização da RNA.

Observa-se nas tela da figuras 10 e 11 que as variáveis de entrada correspondentes à categoria de componentes de demanda são: iluminação, refrigeração, motores, fornos (carga térmica) e componentes eletrônicos. Essas variáveis de entrada constituem os neurônios da rede treinada.

Figura 11. Teste de validação – Dados levantados em campo de um cliente do ramo Confecção.


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4. CONCLUSõES

As diversas técnicas de programação e as ferramentas computacionais mencionadas nesse artigo, mostram a importância da Computação na formação dos engenheiros eletricistas. Ressalta-se, no entanto, que face a dificuldade de disciplinas para abordar todas as éreas, considera-se como uma solução a utilização continuada ao longo de todo o curso de engenharia, onde os professores das disciplinas do ciclo profissional seriam os incentivadores dessa utilização.

5. REFERÊNCIAS

STAGG, G. W. & EL-ABIAD, A. Computer Methods in Power System Analysis. Nova York, McGraw-Hill Book Company, 1968.

ELGERD, O. I. Electric Energy Systems: An Introduction. McGraw-Hill, 2nd Edition, 1982.

Monticelli, A. & GARCIA, A. Introdução a Sistemas de Energia Elétrica. Campinas, SP;: Editora da Unicamp, 2000.

FLUX3D – Software para Cálculo de Campos Eletromagnéticos pelo Método dos Elementos Finitos; http://www.cedrat.com.

COSTA, M. C. Modelagem Térmica de Transformador de Potência pelo Método dos Elementos Finitos. ELECTROMAGNETICS. RT.08.123.01.A. 23/12/2010. [email protected]

COSTA. S. F. Validação de Simulações de Ensaios de Arco Interno, de Forças Eletrodinâmicas e de Elevação de Temperatura em Painéis e Barramentos (e Partes do Código-Fonte). Rio de Janeiro. www.cognitor.com.br

ABNT. Aplicação de Cargas em Transformadores de Potência - Procedimentos. ABNT-NBR 5416. Julho de 1997.

ANEEL. Resolução Normativa N° 191 de 12 de dezembro de 2005, publicada em 19/12/2005

Vizeu, C. E. V.; COSTA. S. F.; M. COSTA, M. C.; HENRIQUES, H. O.; AIRES, J. C. O. Determinação de Limites de Carregamento de Transformadores

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Levando em Conta Modelos Termodinâmicos e Análise Tridimensional. Artigo do Projeto de P&D LIGHT/ANEEL – 19/2007, concluído em janeiro de 2011.

HAYKIN, Neural Networks: A Comprehensive Foundation, 2nd Edition, New York, Macmillan, 1994.

BADIOLA, M.; GARCIA, P. P.; SOUZA, R. C.; FAGUNDES, W.; ALMEIDA H. L. S. ; HENRIQUES, H. O., AIRES, J. C.Determinação de Fatores de Carga e Demandas Típicos por Atividades. P&D LIGHT/ANEEL - 18/2007, concluído em agosto de 2010.

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OXíMETRO ELETRÔNICO PORTÁTIL COM MEDIDOR DE PULSAÇÃO E SISTEMAS DE MONITORAMENTO

Diego P. Medeiros1

Guilherme S. G. Sagaz1

Virgílio M. Azevedo1 Marcelo A. Duarte1

1 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino 625, PiedadeCEP: 20748-800 – Rio de Janeiro - [email protected] [email protected]@[email protected]

rEsumo: Este projeto visou ao aprimoramento do equipamento médico oxímetro, um medidor eletrônico de saturação de oxigênio no sangue e também da pulsação cardíaca. O equipamento consiste em um oxímetro conciliado a um medidor de batimentos cardíacos, com informações relevantes apresentadas em um display de LCD, possibilitando ainda um sistema de monitoramento através de um computador. O objetivo principal desse projeto consistiu em reduzir o custo do equipamento. Alem disso, pretendeu-se aprimorar as medições e permitir sua fácil utilização, tanto em hospitais quanto em residências, podendo ser aplicado em outras áreas

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onde o monitoramento da oxigenação do sangue seja necessário. Realizou-se de forma prática e moderna, a integração da tecnologia ao setor de equipamentos médicos portáteis. Durante a execução do projeto, percebeu-se que a parte mecânica referente à fixação do dedo ao sensor foi, sem dúvida, uma das etapas mais complicadas do processo, devido às vibrações mecânicas e à dificuldade de acoplamento entre emissor, dedo e receptor. Um protótipo do oxímetro projetado foi testado, obtendo-se bons resultados, comparados com aqueles disponíveis na literatura.

palavras-ChavE: Oxímetro, Oximetria, Saturação de oxigênio, Engenharia Biomédica,Medidor de pulsação.

1. INTRODUÇÃO

O oxímetro de pulso é um medidor eletrônico de saturação do oxigênio (SpO2) no sangue, indicando em termos percentuais. (OXIMETRY, 2006)

Os primeiros analisadores de gases no sangue vieram no fim dos anos 50, e rapidamente revolucionaram a área médica. Antes do oxímetro, a medição de saturação do oxigênio arterial era feita pela coleta direta de amostras do sangue nas artérias. Embora esse procedimento não seja difícil, é invasivo e oferece riscos à saúde. Além disso, essa medição fornecia apenas um monitoramento intermitente e tinha um alto custo. (OXIMETRY, 2006)

Na década de 80, a oximetria de pulso tornou-se amplamente disponível em função dos avanços na fabricação de diodos emissores de luz (LEDs), circuitos integrados, microprocessadores e pelo desenvolvimento da fotometria.

Atualmente, os oxímetros de pulso possibilitam, de formas menos complexas, rápidas e não invasivas, monitorar continuamente a saturação de oxigênio, com boa precisão. (OXIMETRY, 2006)

Nesse trabalho, encontra-se descrito o processo de construção de um oxímetro de pulso portátil, que informa também, a frequência cardíaca do paciente. O custo de um oxímetro e, em muitas vezes, seu peso e


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volume são altos. Esse projeto visou à construção de um oxímetro de custo reduzido, portátil, com sistemas inteligentes de monitoração, com aprimoramento de suas medições, que pode se utilizado tanto em hospitais quanto em residências, podendo ainda ser aplicado em outras áreas onde o monitoramento da oxigenação do sangue seja necessário.

Realizou-se, portanto, de forma prática e moderna, a integração da tecnologia ao setor de equipamentos médicos.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

A oximetria de pulso é um método não evasivo para monitorar a percentagem de hemoglobina no sangue que se encontra saturada de oxigênio. O monitor para esse fim é chamado de oxímetro. (OXIMETRY, 2006)

2.1. Funcionamento básico de um oxímetro

O oxímetro exibe a porcentagem de hemoglobina na configuração de oxiemoglobina que, em taxas normais, se encontra na faixa de 95% a 100%. O princípio do oxímetro de pulso é baseado nas características de absorção da luz vermelha e infravermelha na hemoglobina oxigenada e desoxigenada. A hemoglobina oxigenada absorve mais a luz infravermelha e permite que a luz vermelha passe completamente. A hemoglobina desoxigenada (ou reduzida) absorve mais luz vermelha e permite que a luz infravermelha passe completamente. (OXIMETRY, 2006)

Tipicamente o sensor consiste em um par de diodos emissores de luz (LEDS) e um fotodiodo que recebe a luz que passa através do local de medição. Há dois métodos de emitir a luz através do local de medição: transmissão e refletância. No método da transmissão (figura 1), o emissor e o fotodetector ficam opostos em volta do local de medição. A luz passa através do local de medição, indo do LED ao fotodiodo. No método da refletância, o emissor e o fotodetector são colocados lado a lado, no topo do local de medição (OXIMETRY, 2006). O método da transmissão é o tipo mais utilizado e, por isso, também será utilizado nesse projeto.

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Figura1. Método de transmissão.

Após a transmissão dos sinais vermelhos (V) e infravermelhos (IV) através do local de medição e o seu recebimento no fotodetector, a relação V/IV dos sinais recebidos é calculada. A relação é convertida no SpO2 através de uma tabela empírica (look-up). A maioria dos fabricantes tem suas próprias tabelas de look-up, baseadas nas curvas de calibração derivadas dos vários níveis saudáveis de SpO2. Tipicamente, uma relação de V/IV de 0,5 equivale a aproximadamente 100% de SpO2. Uma relação de 1.0 equivale a aproximadamente 82% de SpO2, enquanto que uma relação de 2.0 equivale a 0% SpO2.

O sinal monitorado varia com o tempo, no ritmo da frequência cardíaca, devido aos vasos sanguíneos se expandirem e se contraírem a cada batida do coração. Examinando apenas a parte variante do espectro de absorção (na pratica, subtraindo-se o mínimo absorvido do pico de absorção), um monitor pode ignorar outros tecidos ou esmalte de unha e considerar apenas a absorção causada pelo sangue. Por isso, a detecção do pulso é essencial para a operação do oxímetro de pulso e não funcionará se não houver batimentos. (OXIMETRY, 2006)

A última geração de oxímetros de pulso utiliza processamento digital de sinais para aumentar a precisão em condições clínicas adversas. Essas situações incluem pacientes em movimento, alta luminosidade do ambiente e interferência elétrica.

Devido à insensibilidade a sinais não pulsantes, é também possível construir sondas refletoras colocadas ao lado dos LED’s, que podem ser localizadas em qualquer tecido plano. Isso pode ser utilizado em partes corporais não translúcidas, em partes específicas (útil em cirurgia plástica) ou quando locais habituais não estão disponíveis (queimaduras severas). Eles são normalmente aplicados à testa dos pacientes com má perfusão periférica.

No local de medição existem os absorvedores constantes de luz, que estão sempre presentes. São pele, tecidos, sangue venoso, e o sangue arterial. Entretanto, com cada batida do coração, surge um aumento


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momentâneo do sangue arterial, através do local de medição. Isto resulta em mais absorção da luz durante esse momento. Se os sinais de luz recebidos no fotodetector forem observados como uma forma de onda, deverá haver picos a cada batimento cardíaco e vales entre esses batimentos. Se a absorção da luz nos vales (que deve incluir todos os absorvedores constantes de luz) for subtraída da absorção da luz no pico então, na teoria, o resultado será devido somente às características da absorção no volume adicional de sangue; o qual é arterial. Isto resolveu muitos problemas inerentes às medidas com oxímetros no passado e é o método utilizado hoje em dia no convencional oxímetro de pulso. (OXIMETRY, 2006)

Com os oxímetros de pulso convencionais, a exatidão da medida ainda sofre extremamente durante o movimento e a baixa perfusão, podendo dificultar na hora de uma decisão médica. Os testes dos gases no sangue arterial continuam a ser usados para suplementar ou validar leituras dos oxímetros de pulso convencionais.

As novas gerações de oxímetros de pulso vêm melhorando, significativamente, a habilidade de leitura com o movimento e a perfusão baixa, tornando essas medidas seguras, facilitando bastante as decisões médicas baseadas nessas leituras.

2.2. Calibração de oxímetros de pulso: NORMA ISO 9919:2005

Para a calibração do oxímetro de pulso, a maioria dos fabricantes utiliza a relação R, conhecida como razão das razões, razão da modulação ou simplesmente curva de calibração, que pode ser definida pela equação 1, a seguir.

(1)

Onde a componente AC é a variação de pico a pico do sinal de luz recebido, na frequência cardíaca, e a componente DC é a média de toda a intensidade de luz transmitida, tanto para o comprimento de luz vermelha (V), quanto para o infravermelho (IV). A partir dessa expressão, levanta-se

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a curva do oxímetro testado e comparam-se os valores obtidos com aqueles existentes em uma curva padrão. (CASTRO & TEIXEIRA, 2005)

Com as limitações atuais da tecnologia, um oxímetro de pulso não pode ser considerado como um instrumento de precisão, não podendo ser considerado como um substituto de oxímetros in-vitro, devido ao oxímetro fazer uma estimativa e não uma medição exata da oxigenação. Os oxímetros de pulso não fornecem uma indicação do fornecimento de oxigênio aos tecidos, nem uma indicação do consumo de oxigênio.

3. PROJETO

3.1. Elaboração do sensor

O sensor utilizado para a captação do sinal foi elaborado seguindo a técnica de transmissão, que consiste em posicionar em um dos lados do clipe os dois LEDs (vermelho e infravermelho) e do outro lado, o foto receptor (fotodiodo). Os LEDs escolhidos para o projeto foram o L07R3000F1 (LED vermelho) e o TSAL4400 (LED infravermelho), com comprimentos de onda de 660nm e 940nm, respectivamente. Tais LEDs atendiam ao requisito de comprimentos de onda, necessários no projeto, de acordo com literatura de oxímetros. O foto receptor escolhido para o projeto foi o fotodiodo BPW34, com sensibilidade para captar luzes com comprimentos de onda entre 600nm à 1050nm, atendendo perfeitamente aos dois LEDs utilizados. (FORD et al., 2008)

Os fotodiodos são os mais indicados para o projeto, pois será necessária uma resposta rápida para os pulsos de alta frequência gerados pelo diodo emissor de luz (LED) e também uma resposta em frequência eficaz para os comprimentos de onda utilizados. Apesar de seu sinal de saída ser baixo, pode-se visualizar sua variação facilmente com o emprego de amplificadores operacionais no tratamento do sinal a ser processado.

O fotodiodo escolhido deve estar alinhado com os dois LEDs, de forma a captar as ondas recebidas e enviar os sinais para os amplificados, de onde seguem para o conversor A/D, integrado ao PIC. A função do conversor no projeto é somente converter os sinais analógicos do foto


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receptor em sinais digitais que possam ser entendidos e manuseados pelo processador do PIC.

3.2. Primeira etapa de amplificação

Na primeira etapa foram utilizados três amplificadores TL074 na configuração de amplificador diferencial de transimpedância.

As variações do sinal do fotodiodo, em forma de corrente, tornam possível utilizar duas entradas, na forma diferencial, para a realização do projeto. Desde que estas correntes estejam em sentidos opostos, sendo as resistências iguais, o sinal de saída diferencial será duas vezes o valor para a configuração single-ended (entrada simples) do amplificador de transimpedância. A grande vantagem desta configuração está na rejeição do ruído de acoplamento. Alimentando a saída da conversão corrente-tensão em um estágio do amplificador diferencial, o ruído irá aparecer como um sinal comum em ambas as entradas e, com isso, haverá um efeito de cancelamento, na saída do circuito, para esse ruído (BASTOS, 2005). Diversos fabricantes de oxímetros utilizam esta configuração em seus sistemas.

3.3. Microcontrolador

O microcontrolador escolhido foi o PIC 18F4550, que proporciona várias funcionalidades necessárias à realização do projeto, tais como: possui memória de programa de grande capacidade para a coleta e processamento do sinal, conversor A/D de 10 bits, comunicação serial e disponibilidade de portas para o visor de LCD (REVISTA SABER ELETRÔNICA, 2008).

O PIC é a parte central do projeto. Ele é responsável por executar as seguintes tarefas:

• Controlar os LEDs. Esse chaveamento é feito através de duas portas digitais do PIC. Dessa forma, a manipulação dos dados ocorrerá com maior sincronia e confiabilidade;

• Realizar a conversão A/D do sinal na saída do sensor;

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• Efetuar o tratamento dos dados e adaptação à linguagem entendida pelo software de supervisão, além do envio das informações pelo canal de comunicação;

• Mostrar a informação do processo no display.

A programação foi realizada em linguagem C, através do compilador CCS. Alguns testes primários foram realizados com o auxílio do simulador PROTEUS.

A figura 2 mostra o fluxograma da rotina de execução do microcontrolador do oxímetro. Inicialmente, optou-se por alternar entre os LEDs a cada aquisição, visando tornar o processo mais preciso e, até mesmo, mais simples. Porém, o tempo para ativação e desativação dos LEDs, devido a limitações dos componentes escolhidos, tornaria o processo muito lento e muitas amostras importantes do sinal se perderiam. Por esse motivo, optou-se por adquirir, primeiramente, 200 amostras de um dos LEDs e, em seguida, as 200 amostras do outro LED. Pôde-se perceber, através da análise da onda do sensor (observada no osciloscópio), que esta seria a melhor opção e que, em princípio, isso não interferiria no resultado final. Assim que todas as amostras de cada LED são recebidas, o controlador isola um período da onda, procura a maior e a menor amostra de cada um deles, e efetua os cálculos para obter o valor de SpO2, em termos percentuais.

O cálculo é feito segundo a lei de Beer-Lambert, que é a relação existente entre a absorção da luz e as propriedades do meio pela qual ela trafega, resultando na equação 2. (FORD et al., 2008)

(2)

Onde, A e B são valores de calibração do oxímetro e devem ser obtidos durante tal processo e, neste caso, são iguais a 110 e 25, respectivamente; R, chamada de “razão”, é a relação entre as componentes AC e DC das luzes vermelha e infravermelha, e é definida pela equação 3.


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Figura 2. Fluxograma do controlador do sensor.

(3)

Onde:

• maxR e minR são as componentes de pico e vale da onda segundo a luz vermelha, respectivamente;

• maxIR e minIR são as componentes de pico e vale da onda segundo a luz infravermelha, respectivamente.

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Este método de obtenção do valor de R é chamado de “Método do pico e do vale”. (FORD et al., 2008)

Também é calculado o valor do batimento cardíaco, indicado por BPM, onde o tempo do período cardíaco é o dado utilizado para tal análise. Esta informação é facilmente observada, uma vez que o sinal de SpO2 já é modulado na frequência cardíaca.

3.4. Display

Neste projeto foi utilizado um mostrador LCD alfanumérico de dezesseis colunas por duas linhas, ou seja, 16x2. Esta escolha foi realizada levando-se em consideração diversos fatores, tais como: velocidade de resposta, facilidade de uso, e principalmente, seu tamanho reduzido, baixo índice de processamento demandado do processador e menor espaço de programa, devido aos caracteres já se encontrarem armazenados no módulo LCD.

São utilizadas 8 portas para a comunicação do PIC com o display. O display pode ser interligado diretamente ao controlador e utiliza a mesma tensão de alimentação do restante do circuito.

3.5. Comunicação serial com o micro computador

O PIC foi conectado a um circuito integrado denominado MAX-232, que realiza a interface do meio TTL com o meio RS-232, para a comunicação com a porta serial do microcomputador.

Os dados já vêm no protocolo correto desde a porta do PIC, não necessitando qualquer retrabalho. Estes dados são enviados via comunicação serial com caracteres do tipo ASCII. Foram usados 3 fios para comunicação e usados conectores DB9 (pinos 2, 3 e 5). Apenas o PIC transmite, e o computador, pela porta de comunicação, recebe e trata o sinal a ser monitorado pelo supervisório.

3.6. Supervisório de monitoramento remoto

Foi utilizado o software SCADA da empresa Elipse (para esse caso, pôde ser utilizada a versão demo), para a realização do monitoramento do paciente. Sua grande vantagem é a facilidade de se gerar relatórios e alarmes das variáveis


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monitoradas (BOYER, 1999). Caso haja alguma alteração que apresente risco à vida do paciente, um alarme será gerado pelo supervisório.

Para início de monitoramento, pede-se para o usuário entrar no sistema (Login). Logo após, é liberada a possibilidade de trocar a senha e entrar na tela de supervisão. Foram criados dois tipos de usuários: o enfermeiro e o estagiário, para dar segurança e rastreabilidade aos testes. O enfermeiro possui permissão total, de administrador, e o estagiário não tem permissão de excluir o prontuário e nem de criar um novo.

Na tela de supervisão aparecem o gráfico da porcentagem de saturação de oxigênio e outro da quantidade de batimentos cardíacos por minuto. O usuário corrente e o paciente estarão, em todo o tempo, sendo mostrados na tela. Podem-se gravar os dados do paciente, abrir o prontuário e ainda voltar a tela inicial.

Ainda na tela de supervisão, ao abrir o prontuário, aparece uma nova tela “janelada”, com a possibilidade de carregar, criar novo ou excluir prontuário. Ao criar novo prontuário, precisará ser informado o nome do paciente e o tempo da amostra. Uma animação em sincronia com o batimento cardíaco foi inserida para se ter uma melhor visualização do processo.

4. CONCLUSÃO

O projeto permitiu a implementação de um oxímetro de pulso portátil, que informa também a frequência cardíaca e agrega sistemas de monitoramento usados em processos industriais. Conseguiu-se integrar, com sucesso, nesse projeto multidisciplinar, os conhecimentos das áreas de Engenharia Biomédica, Engenharia Elétrica (Eletrônica) e Automação Industrial.

Os principais objetivos foram alcançados, ou seja, o oxímetro projetado foi de custo reduzido, portátil, com sistema inteligente de monitoramento, podendo ser utilizado tanto em hospitais quanto em residências, podendo ainda ser aplicado em outras áreas, onde o monitoramento da oxigenação do sangue seja necessário. Seu custo está bem abaixo daquele praticado na venda dos oxímetros no mercado. Para que se possa comercializar um oxímetro novo, este deve ser aprovado pela ANVISA e por órgãos ligados à saúde. Embora esteja funcionando, o mesmo não está apto a ser usado, pois ainda não foi regularizado. Além disso, não foi possível calibrar o mesmo de acordo com a totalidade das normas ISO 9919:2005.

Durante a execução do projeto, percebeu-se que a parte mecânica, referente à fixação do dedo foi, sem dúvida, uma das etapas mais complicadas

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do processo, devido às vibrações mecânicas e à dificuldade de acoplamento entre emissor, dedo e receptor. Tentou-se comprar o sensor com cabo para evitar os problemas mecânicos, mas os mesmos são muito caros, e isso elevaria demais o preço do oxímetro projetado. Dessa forma, para se reduzir as incertezas geradas pelos problemas citados, e para se ter maior confiabilidade no processo, foi efetuada uma amostragem maior das medidas efetuadas, calculando-se a média representativa dessas medidas, antes de se efetuarem os cálculos que possibilitaram extrair o valor da SpO2 do paciente analisado.

Todos os oxímetros possuem problemas de captação de sinais em função, por exemplo, dos tipos de dedos, das unhas, da pele, etc. Com o oxímetro projetado, tais problemas também puderam ser observados.

Como sugestões para trabalhos que envolvam projetos de oxímetros, propõe-se a comunicação via porta USB, dos dados coletados, a redução, ainda maior, do nível de ruído e, principalmente, a criação de uma peça mecânica que melhore o acoplamento entre os leds, o dedo e o fotodiodo.

5. REFERÊNCIAS

BASTOS, Arilson. Instrumentação eletrônica analógica e digital para telecomunicações. 2. ed. Rio de Janeiro: Antena Edições Técnicas LTDA., 2005.

BOYER, S. A. SCADA Supervisory Control And Sata Acquisition, 2ª ed., North Carolina, USA: ISA The Instrumentation, Systems and Automation Society, 1999.

CASTRO, Roberto; TEIXEIRA, José Carlos.Calibração de oxímetros de pulso na visão da norma ISSO 9919:2005. Grupo calibração. Disponível em: http://www.grupocalibracao.com/downloads-files/calibracaooxi8.pdf. Acesso em: 04 abr. 2011

FORD, Daniel; NACHREINER, Deanna; THOMAS, Robert. Design of a pulse oximeter for use in mice. Senior design project - The Pennsylvania State University, 2006. Disponível em:< http://www.bioe.psu.edu/Senior DesignProjects/SD2006/DFord/bioe450%20web%20page.htm>. Acesso em: 10 mai. 2011.

OXIMETRY, Pulse Oximetry, 2006. Oximetry Disponível em:< http://www.oximetry.org/pulseox/principles.htm>. Acesso em: 11 mai. 2011.

REVISTA SABER ELETRÔNICA, Microcontroladores e DSPs. São Paulo: Editora Saber. Ano 43. n. 421, dez, 2008.

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REvISÃO DOS MÉTODOS DE TELEMETRIA DURANTE A PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO

André L. M. Silva1

Eduardo Silva1

Marcelo A. Duarte1

1 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino 625, PiedadeCEP: 20748-800 – Rio de Janeiro - [email protected] [email protected]@ugf.br

rEsumo: Este trabalho tem por objetivo discutir a transmissão de dados medidos através de sensores e equipamentos existentes ao longo da coluna de perfuração de um poço de petróleo, que é realizada em tempo real através do fluido de perfuração. Essas medidas são coletadas a milhares de metros de profundidade e enviadas até a superfície para subsidiar a tomada de decisões durante a perfuração. O sinal de comunicação é gerado baseado na diferença de pressão que se origina no fundo do tubo, próximo à broca, onde as medições são realizadas. O processo mais utilizado para este fim é conhecido como telemetria por pulso de lama. O trabalho descreve os três métodos de telemetria por pulso de lama, existentes: telemetria por

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pulsos positivos, pulsos negativos e pulsos contínuos, além de discutir os sistemas LWD e MWD usados na transmissão de dados, e as modulações mais utilizadas em telemetria. Ao final, um sistema eletrônico de telemetria será descrito, e as conclusões sobre o processo, serão apresentadas.

palavras-ChavE: Petróleo, Telemetria de dados de poços, Telemetria por pulso de lama.

1. INTRODUÇÃO

Atualmente, para se extrair Petróleo e gás do solo, há a necessidade de se perfurar em ambientes e situações diversas e, na maioria das vezes, hostis. Em muitos casos, o processo se dá sob condições de temperatura e pressão adversas. Além disso, há sempre o desejo de se atingir profundidades maiores, com o objetivo de encontrar melhores e maiores reservatórios de combustíveis fósseis. Além dessas dificuldades, ainda há a necessidade de se controlar a localização e a direção da perfuração, pois nem sempre a mesma se dá em sentido vertical.

Por esses motivos, o processo de transmissão de dados durante a perfuração passa a ser imprescindível para a obtenção de dados em tempo real, ou seja, sem que se necessite interromper o processo de perfuração.

Conectar a instrumentação de fundo de poço por meio de cabos elétricos se tornou altamente dispendioso. Para realizar tal tarefa, é necessário que se retire toda a coluna de perfuração, incluindo alguns milhares de metros de tubos de aço, do poço em perfuração. Esse processo, além de elevar o custo do projeto, gera outros problemas operacionais, tais como: corrosão, riscos para a equipe de operação, etc. As sondas de perfuração, equipamentos utilizados na perfuração de poços, são, geralmente, alugadas a custos elevadíssimos (cerca de R$ 1.000.000,00/dia).

A telemetria por pulso de lama dispensa o uso de cabos através do poço, e consequentemente, a remoção da coluna de perfuração. O sistema utiliza o fluido de perfuração (conhecido como lama) como meio de propagação do sinal. Essa lama tem como principal função a limpeza do poço, trazendo consigo os sedimentos gerados pelo processo de perfuração do fundo do poço, até a superfície. Além da limpeza, a lama também é responsável pela manutenção da pressão hidrostática do reservatório e pela lubrificação da broca.


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Atualmente, o processo de perfuração mais utilizado é o de perfuração rotativa, que se caracteriza pela rotação da broca através da rotação de toda a coluna de perfuração, ou pela rotação da broca através do uso de um motor de fundo. Entre a parede do poço e o tubo, circula a lama de perfuração. A lama é injetada dentro da coluna e sai por furos na própria broca, chamados jatos, retornando pelo anular, espaço compreendido entre a coluna e a formação perfurada.

A lama retorna para a superfície carregando consigo os cascalhos. É através desse fluido de perfuração que se estabelece o contato da superfície com os equipamentos e com as medições realizadas no fundo do poço, em tempo real.

O objetivo deste trabalho é descrever o processo de transmissão de dados através desse fluido, bem como relatar fatores que o influenciam, revisar a literatura existente sobre o tema, além de relatar e discutir os dados obtidos em uma perfuração (estudo de caso).

2. SISTEMAS MWD E LWD

Os dados transmitidos por telemetria podem ser obtidos por dois principais processos: MWD – Measurement While Drilling (Medição Durante a Perfuração) e LWD – Logging While Drilling (Perfilando Durante a Perfuração). O sistema MWD é essencial na perfuração, pois ele permite conhecer, em tempo real, dados da geometria do poço perfurado (profundidade, inclinação e azimute) e suas condições durante a perfuração, resultando em um processo de perfuração eficiente e seguro. O sistema LWD se refere mais diretamente à produção do perfil. É responsável pela avaliação da formação geológica. Diversas medições são realizadas pelas ferramentas LWD, sendo as mais comuns: raios gama, resistividade, porosidade, densidade, nêutron-densidade e medidas sônicas. Através dessas ferramentas que se obtém as propriedades da rocha ou da zona de interesse.

O MWD faz parte da coluna de perfuração, e pode ser usado tanto na perfuração rotativa quanto com motor de fundo. Nele, os registros são feitos continuamente e apresentados em um mostrador remoto.

Embora haja distinções entre os sistemas MWD e LWD, esses termos, frequentemente, são usados como sinônimos. Para esse trabalho, o termo

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MWD será usado para técnicas de obtenção de parâmetros da formação e de obtenção de informações relativas ao movimento e à posição da broca de perfuração.

Com o auxílio dos dados obtidos nesses dois sistemas tem-se um maior controle e uma melhor monitoração do comportamento do poço, durante a sua perfuração. Pode-se, por exemplo, perfurar poços em regiões de difícil acesso, como no centro de uma cidade. Pode-se, também, desviar de regiões rochosas indesejáveis ou de regiões com fraturas, que possam existir no trajeto da perfuração (Rocha, 2008).

3. TÉCNICAS DE TRANSMISSÃO DE DADOS POR PULSO DE LAMA

Na telemetria por pulso de lama, a informação é gerada por instrumentos no fundo do poço e transmitida até a superfície através da lama. Na superfície, equipamentos decodificam o sinal transmitido e o operador pode fazer os ajustes desejados no processo de perfuração.

Os dados analógicos provenientes dos instrumentos de subsuperfície são convertidos em sinais digitais. Esses sinais, por sua vez, são transformados em pulsos de pressão que carregam esses dados até a superfície através do fluido de perfuração.

Um sensor ou transdutor localizado na superfície, na linha de descarga da bomba, recebe esses pulsos de pressão e os converte em sinais elétricos. Computadores decodificam esses sinais elétricos, transformando-os em informações úteis.

Usualmente, os dados coletados no fundo do poço podem ser transmitidos à superfície a partir de três tipos de pulsos de pressão: pulso positivo, pulso negativo ou pulso contínuo, que se encontram descritos a seguir.

3.1. Pulso Positivo

De maneira simples, uma válvula de pressão age como um restritor de fluxo, causando um aumento na pressão da lama. Em um primeiro instante, quando a válvula está aberta, tem-se um nível de pressão baixa, lido no


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interior do tubo, na superfície. Quando há o fechamento dessa válvula, tem-se o aumento da pressão a um segundo nível mais elevado.

3.2. Pulso Negativo

A telemetria de Pulso Negativo age de forma bem semelhante à de Pulso Positivo, porém ao invés de restringir o fluxo, a válvula o redireciona, fazendo com que parte da lama flua para fora do tubo, causando um decréscimo na pressão da lama. Em um primeiro instante, quando a válvula está inoperante, tem-se um nível de pressão alto, lido no interior do tubo, na superfície. Quando há a abertura da válvula tem-se a diminuição da pressão a um segundo nível, mais baixo que o anterior.

3.3. Pulso Contínuo

Essa tecnologia dispõe de um conjunto de estator e rotor. Na medida em que o rotor gira, há um movimento progressivo e contínuo, de abertura e fechamento da vazão através do conjunto. Assim, o acréscimo de pressão no interior do tubo também é progressivo, gerando uma onda contínua.

Um transdutor (sensor) recebe esses sinais de pressão na superfície e os transforma em sinais elétricos. Esse processo de transferência de informações é realizado através de ondas de pressão no fluido de perfuração, podendo ser realizado através de diversos métodos de modulação: amplitude, frequência ou fase da onda, por exemplo.

Com o auxilio de um computador (o mesmo usado para programar a ferramenta na superfície, antes de sua descida no poço), os níveis lógicos são decodificados em informações compreensíveis para a análise do engenheiro ou técnico responsável pela sua leitura (Honório, 2007).

4. MODULAÇõES UTILIzADAS NA TELEMETRIA

A transmissão dos sinais digitais, gerados pela telemetria, é realizada através de modulação. Os sinais, em geral, podem ser modulados em

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amplitude, frequência, fase etc. Os três tipos de modulação citados, a modulação Manchester, tempo entre pulsos e NRZ, são os métodos mais usados em MWD e, por esse motivo, passarão a ser descritos a seguir.

Os computadores processam, armazenam e codificam informações através dos sinais digitais, que são representados por dois diferentes níveis de corrente ou de tensão.

Segundo Proakis (1995) e Artuzi (2001), a transmissão de sinais digitais pode ser feita através de sinais analógicos, usando-se técnicas de modulação, onde uma onda portadora transporta os sinais digitais, transformando-os em sinais analógicos através da variação contínua de amplitude, frequência ou fase. Estes sinais analógicos podem ser transformados, posteriormente, em sinais digitais pelo processo de demodulação.

Os três tipos de modulação mais utilizados são, segundo Lee (1994):

· Modulação em fase (PM);

· Modulação em amplitude (AM);

· Modulação em frequência (FM).

No caso específico do sinal modulador ser um sinal digital, essas técnicas levam as seguintes denominações, respectivamente (HONÓRIO, 2007):

· Modulação por chaveamento de fase;

· Modulação por chaveamento da amplitude;

· Modulação por chaveamento da frequência.

Nas modulações digitais, os bits do sinal de informação são codificados através de símbolos. A modulação é responsável por mapear cada possível sequência de bits de um comprimento preestabelecido, em um símbolo determinado. O conjunto de símbolos gerados por uma modulação é chamado de constelação, sendo que cada tipo de modulação gera uma constelação de símbolos diferentes. Os símbolos nos quais as sequências de bits de um sinal de informação são transformadas é que serão transmitidos pela onda portadora.

A seguir, serão analisadas as principais técnicas de modulação utilizadas.


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4.1. Modulação por chaveamento de fase

PSK (Phase Shift Keying)

O PSK é uma forma de modulação em que a informação do sinal digital é embutida nos parâmetros de fase da portadora. Neste sistema de modulação, quando há uma transição de níveis, a onda portadora sofre uma alteração de fase de 180 graus. Esta forma particular do PSK é chamada de BPSK (Binary Phase Shift Keying). Quando não há nenhuma transição de níveis, ou seja, quando bits subsequentes são iguais, a portadora continua a ser transmitida com a mesma fase. (Malburg, 2004)

qPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

A modulação QPSK é uma técnica de modulação derivada do PSK, porém, neste caso, são utilizados parâmetros de fase e quadratura da onda portadora para modular o sinal de informação. Como agora são utilizados dois parâmetros, podem existir mais símbolos nesta constelação, o que permite que sejam transmitidos mais bits por símbolo. Por exemplo, para transmitir dois bits por símbolo (dibit), tem-se quatro tipos de símbolos possíveis. A portadora pode assumir quatro valores de fase diferentes, cada um deles correspondendo a um dibit, como por exemplo: 45º, 135 º, 225 º e 315 º. (Malburg, 2004)

DqPSK (Differential QPSK)

A modulação DQPSK é uma forma particular da modulação QPSK, na qual, ao invés de ser enviado um símbolo correspondente a um parâmetro de fase, este símbolo representa, na verdade, uma variação de fase. Neste caso, cada conjunto de bits representado por um símbolo provoca uma variação de fase determinada no sinal da portadora. Para o caso de dois bits por símbolo, cada dibit provoca uma variação de fase como indicado na tabela 1. (Malburg, 2004)

Tabela 1. Variações de fase na modulação DQPSK.

Dibit Variação de fase

00 + 0º

01 + 90º

10 + 180º

11 + 270º

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4.2. Modulação por chaveamento de Amplitude

ASK (Amplitude Shift Keying)

Esta modulação é usada para transmitir a informação em uma única frequência. Assim, se a frequência está presente, o nível binário decodificado é 1, e se está ausente, o nível decodificado é 0.

Na modulação com transmissores eletromecânicos, por exemplo, desligar a ferramenta para se modular os 0’s pode baixar a taxa de envio de bits, uma vez que a taxa máxima de envio de bit é limitado pela inércia do movimento, inviabilizando a utilização da modulação ASK em MWD por pulso de pressão. Para uma modulação mais eficiente, nesse caso, deve-se trabalhar com duas frequências, ou seja, usa-se a modulação FSK (descrita posteriormente), permitindo que o instrumento apenas diminua a sua velocidade ao invés de parar, aumentando assim a velocidade de envio de bits.

qAM (Quadrature Amplitude Modulation)

Nesta forma de modulação, os símbolos são mapeados em um diagrama de fase e quadratura, sendo que cada símbolo apresenta uma distância específica da origem do diagrama que representa a sua amplitude, diferentemente da modulação PSK, na qual todos os símbolos estão a igual distância da origem. Isto significa que as informações são inseridas nos parâmetros de amplitude e quadratura da onda portadora.

No caso do 16QAM, a constelação apresenta 16 símbolos, sendo 4 em cada quadrante do diagrama, o que significa que cada símbolo representa 4 bits. Pode-se ter também, por exemplo, o modo 64QAM, cuja constelação apresenta 64 símbolos, cada um deles representando 6 bits.

No modo 16QAM alcança-se uma taxa de transmissão menor do que no modo 64QAM, uma vez que cada símbolo transporta um número menor de bits. No entanto, no modo 16QAM a distância euclidiana entre os símbolos é maior do que no modo 64QAM. Isto faz com que o modo 16QAM tenha melhor qualidade de serviço, pois a maior distância entre os símbolos ajuda a evitar erros de interpretação no receptor, quando este detecta um símbolo.


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4.3. Modulação por chaveamento de Frequência

FSK (Frequency Shift Keying)

A modulação FSK atribui frequências diferentes para a portadora em função do bit que é transmitido. Portanto, quando um bit 0 é transmitido, a portadora assume uma frequência correspondente a um bit 0 durante o período de duração de um bit. Quando um bit 1 é transmitido, a frequência da portadora é modificada para um valor correspondente a um bit 1 e, analogamente, permanece nesta frequência durante o período de duração de 1 bit.

Alternativamente, pode-se, por exemplo, utilizar quatro frequências de transmissão diferentes, cada uma delas correspondendo a dois bits. Este modo é chamado de 4FSK. Isto aumenta a taxa de bits transmitidos, mas, em contrapartida aumenta também a banda de frequência de transmissão utilizada.

A modulação FSK apresenta o inconveniente de ocupar uma banda de frequência bastante alta, devido a estas variações bruscas de frequência em função da transição de bits, além de possibilitar taxas de transmissão relativamente baixas.

GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)

No GFSK os dados são codificados na forma de variações de frequência em uma portadora, de maneira similar à modulação FSK. Portanto, o modulador utilizado pode ser o mesmo usado para a modulação FSK. Todavia, antes dos pulsos entrarem no modulador, eles passam por um filtro gaussiano, de modo a reduzir a largura espectral dos mesmos. O filtro gaussiano é uma espécie de formatador de pulso, que serve para suavizar a transição entre os valores dos pulsos.

MFSK (Minimum Frequency Shift Keying)

A modulação MFSK é um caso especial da modulação FSK em que a frequência de uma portadora de amplitude constante é comutada entre dois possíveis valores, minimamente espaçados em frequência, tais que permitam a discriminação entre os sinais. Essa modulação ocorre quando o índice de modulação (m) é igual a 0,5.

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4.4. Tempo Entre Pulsos

Podem-se variar três componentes do trem de pulsos, a fim de imprimir uma informação. Assim, variando a amplitude, o período ou a duração do pulso, pode-se “modular” a informação de acordo com a variação do sinal modulador.

Devido à maior utilização na telemetria de perfuração, será descrita, a seguir, a modulação por posição dos pulsos - PPM (Pulse Position Modulation Telemetry). É considerado, na modulação PPM, um deslocamento inicial 0δ nos pulsos do sinal modulado para proporcionar um deslocamento uniforme do pulso, de acordo com a polaridade do sinal modulado. O valor ideal do atraso inicial δ0 corresponde à metade do período da portadora. Nesse caso, o sinal modulado tem seus pulsos deslocados de um atraso inicial 0δ e, sobreposta a este atraso, ocorre a modulação, chamada de variação de posição ( )δ∆ . Quando a polaridade do sinal modulante for positiva, então 0>∆δ e se for negativa 0<∆δ .

A ferramenta tem uma limitação mecânica ao gerar um pulso, retornar à sua posição inicial e gerar novamente outro pulso. Assim, ao gerar o sinal PPM, faz-se necessário um tempo fixo mínimo de intervalo entre esses pulsos. A partir desse conceito, a parte variável é o dado a ser transmitido. Ou seja, o tempo calculado entre dois pulsos consecutivos é o tempo fixo mais o tempo que corresponde ao valor enviado.

4.5. Manchester

Na codificação Manchester sempre há um bit de transição no centro, utilizado para o sincronismo. O dado digital é indicado pela direção desse bit central. Existem, atualmente, duas convenções para representação dos dados:

A primeira convenção foi publicada por G.E. Thomas em 1949. Nesse caso, o bit lógico “0” é indicado pela transição do nível baixo para o nível alto no centro do bit, ficando um nível baixo na primeira metade do período do bit e um nível alto na segunda metade. Para o bit “1”, a transição acontece de nível alto para nível baixo, com um nível alto na primeira metade do período do bit e um nível baixo na segunda metade.


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A segunda convenção está no padrão IEE 802.4, sendo sua versão de baixa velocidade, a IEE 802.3. O nível lógico “0” é representado pela sequência de nível alto para baixo e o nível lógico “1” é representado pela sequência de nível baixo para alto. Se um sinal codificado em Manchester for invertido na comunicação, ele é transformado de uma convenção para outra (WIKIPEDIA, 2009).

4.6. NRz – Non Return to zero

A forma de codificação que consiste em associar um nível de tensão a cada bit é conhecida por NRZ-L (Non return to zero - level). Um bit “1” é codificado sob a forma de uma tensão elevada e um bit “0” sob a forma de uma tensão baixa (zero volt).

Existem outras variações de codificações NRZ, porém a característica mais importante se dá quando o sinal não retorna ao nível zero após uma transição provocada pelos dados a transmitir. Basicamente, utilizam-se duas tensões diferentes, uma positiva e outra negativa como elementos para a determinação dos dois dígitos binários, na forma polar (HONÓRIO, 2007).

5. SISTEMA ELETRÔNICO DE TELEMETRIA

A verificação da exatidão dos dados obtidos no fundo de um poço e transmitidos para a superfície é feita pela comparação desses dados com os dados gravados na ferramenta, durante a obtenção dos mesmos.

Um dispositivo de subsuperfície armazena os dados ao mesmo tempo em que os transmite através de um primeiro sistema de transmissão por pulsos de pressão de lama, para a plataforma ou sonda de perfuração, localizada na superfície.

Posteriormente, o dispositivo de subsuperfície é transferido para a superfície, e o sinal correspondente aos dados armazenados no dispositivo é transmitido através de um segundo sistema de transmissão, via cabo, para um sistema eletrônico microprocessado. O sinal transmitido via cabo elétrico é, então, comparado com o primeiro sinal transmitido.

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Para que os dados transmitidos pelos dois sistemas estejam em sincronismo, um relógio no dispositivo de subsuperfície registra quando os dados são armazenados nesse dispositivo. Da mesma forma, um relógio na superfície registra quando os sinais são recebidos. Posteriormente, os tempos são combinados para garantir a comparação dos sinais apropriadamente.

Assim que o dispositivo de subsuperfície é trazido para a superfície, ele pode ser acessado para confirmar a exatidão dos dados enviados à superfície, anteriormente, pelo sistema de telemetria sem fios. Se há alguma discrepância, os dados podem ser analisados para se determinar as fontes do problema. Assim, essas medições corrigidas podem ser utilizadas para melhorar a confiança do sistema de telemetria sem fios, em perfurações subsequentes.

O Sistema eletrônico de subsuperfície é montado em um cilindro hermético na coluna de perfuração. Uma turbina, também montada na coluna, é acionada pelo fluxo de lama. Ela fornece energia mecânica ao eixo de um gerador que a converte em energia elétrica. Esse gerador mantém uma bateria carregada, que supre a demanda do sistema. Esse conjunto de gerador e bateria é chamado de UPS - Uninterruptible power supply (Fonte de Alimentação Ininterrupta).

Esse sistema eletrônico inclui um microprocessador convencional, que realiza os cálculos e toma decisões de acordo com determinada sequência controlada por um programa de computador, mantido em uma memória ROM – Read Only Memory (Memória exclusiva para leitura).

As variáveis de entradas analógicas são condicionadas a um sinal padrão de 0 a 5 volts que, por sua vez, são interligados a um sistema multiplexador e conversor A/D (analógico/digital).

Uma memória volátil RAM – Random Access Memory (Memória de acesso aleatório) serve como memória de acesso rápido para armazenamento temporário de dados, cálculos matemáticos e outras operações do microprocessador.

Uma memória do tipo não volátil EEPROM - Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory (Memória Apenas de Leitura Programável e Apagável Eletricamente), ou memória Flash, é responsável pelo armazenamento dos sinais oriundos dos transdutores na coluna de perfuração. Tais sinais são correlacionados com o tempo pelo relógio, em tempo real. Posteriormente, os sinais são resgatados, sincronizados e comparados com os dados transmitidos pelo sistema de telemetria sem fio.

A modulação do sinal é realizada por um conjunto de dispositivos


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eletrônicos e eletromecânicos denominados UGP - Unidade de geração de pulsos. Essa unidade é composta por uma interface de controle do pulsador, que recebe as informações de controle provenientes do microprocessador e as converte em sinais analógicos de tensão e corrente. Esses sinais são amplificados em um circuito chamado “driver”, que, por sua vez, controla a abertura e o fechamento de uma válvula solenóide, chamada válvula pulsadora.

No sistema de processamento eletrônico de superfície, o transdutor instalado na linha de suprimento de lama de perfuração detecta as variações de pressão causadas pela válvula moduladora de pressão. Tais distúrbios são convertidos em um ou mais sinais de tensão e corrente elétrica, que são enviados a um condicionador de sinais, que permite realizar operações, tais como: registro, filtragem e calibração do sinal de entrada. Para manter um registro permanente e visível, um registrador é conectado à saída do condicionador de sinais. Essa saída também é ligada à entrada de um detector/decodificador, que extrai a informação digital do condicionador de sinais e decodifica os valores transmitidos do fundo do poço. Um mostrador analógico/digital é conectado à saída do detector/decodificador, sendo usado para exibir as informações desejadas.

O sinal em tempo real, correspondente aos valores medidos nas condições de perfuração no fundo do poço, é enviado a um sistema de processamento de dados, que inclui um microprocessador convencional com memória para armazenamento de dados, software de controle e dispositivos de IHM – Interface homem/máquina (teclado, mouse, monitor e etc). Um relógio em tempo real, no dispositivo de superfície, é interligado ao sistema de processamento de dados para correlacionar os dados recebidos do dispositivo de subsuperfície, quando o mesmo estiver em uma localização acessível.

Os dados processados são enviados a um dispositivo de saída (impressora, plotter ou tela de um monitor), para que sejam feitas as análises sobre as condições do poço e tomadas decisões referentes ao processo de perfuração.

6. CONCLUSõES

A perfuração é um processo importante para a produção de petróleo e gás. Tal processo evoluiu muito e passou a envolver muita tecnologia, atualmente. Como a perfuração é um dos processos mais caros na indústria

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do petróleo e gás, a máxima eficiência e economia são buscadas. Nesse contexto, torna-se importante reduzir, significativamente, a margem de erro do alvo a ser percorrido (ou o trajeto a ser perfurado), garantindo melhor precisão. Assim, para se obter o traçado e o monitoramento da posição da broca, é essencial a obtenção de dados em tempo real.

A Telemetria por pulsos de lama destaca-se positivamente para esse fim. Nesse processo, os dados são coletados no fundo do poço e podem ser transmitidos à superfície a partir de três tipos de pulsos de pressão: pulso positivo, pulso negativo ou pulso contínuo.

Os dados transmitidos podem ser obtidos por dois principais processos: MWD e LWD. O sistema MWD permite conhecer, em tempo real, dados da geometria do poço perfurado e suas condições durante a perfuração. O sistema LWD se refere à produção do perfil, sendo o responsável pela avaliação da formação geológica.

A transmissão dos sinais digitais, gerados pela telemetria, é realizada através de modulação. Existem diversos tipos de modulação, que podem ser utilizados nesse processo. Os principais são: modulação em amplitude, em frequência, em fase, Manchester, tempo entre pulsos e NRZ.

Atualmente, a telemetria por pulsos de lama é o processo mais utilizado para a transmissão de dados de uma perfuração. Porém, estudos aprofundados e grandes investimentos em pesquisas estão sendo realizados e acredita-se que, em curto período de tempo, haverá novos modelos para transmissão de dados em tempo real, durante a perfuração.

Cabe mencionar as mudanças nos sensores e ferramentas que realizam as medições. Estudos cada vez mais aprofundados de novas tecnologias para cada parte dos sistemas de medição, tanto para o MWD, quanto para o LWD, estão constantemente sendo realizados. (HONÓRIO, 2007).

É importante ressaltar, a importância da teoria revista e os conceitos detalhados nesse trabalho, do ponto de vista acadêmico. Tal estudo pretende engrandecer o processo de ensino/aprendizado na área de engenharia elétrica. Por tratar-se de uma área bastante específica, seus principais conceitos não costumam fazer parte do conteúdo programático das disciplinas que compõem o currículo de um curso de engenharia elétrica. Por esse motivo, esse trabalho procurou preencher a lacuna existente na área, relativa à transmissão de informações durante a perfuração de poços de petróleo e gás.


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7. REFERÊNCIAS

ARTUZI. Técnicas de Modulação, 2001. Disponível em:<http://www.eletrica.ufpr.br /artuzi/apostila/sumario.html#cap6>. Acesso em: 20/07/2009.

HONÓRIO, M. C. Controle da Qualidade dos Dados Transmitidos Através do Fluido de Perfuração. 2007. Tese (Mestrado em Engenharia da Energia) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá/MG.

LEE, E. A.; MESSERCHMIDT, D. G. Digital Communication. Kluwer Academic Publishers, 2ª Edição, 1994.

MALBURG, M. M. Trabalho final de rede I, Disponível em: <http://www.gta.ufrj.br/ grad/04_2/Modulacao/ >. Acesso em: 01/11/2009.

PROAKIS, JOHN G., Digital Communications. McGraw-Hill 3ª edição, New York, 1995.

ROCHA, Luiz Alberto. Perfuração Direcional. Rio de Janeiro: Interciência, 2008.

WIKIPEDIA, agosto de 2009, Manchester Code. Disponível em:http://en. wikipedia. org/w/index.php?title=Manchester_code&action=history>. Acesso em: 12/10/2011.

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vEíCULO ELÉTRICO O CARRO SAUDÁvEL

Sidnei P. P. Junior1

Sebastião L. Rentes1

João C. O. Aires1

José O. R. P. Guimarães1

Cícero V. de Abreu1

1 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia ElétricaUniversidade Gama FilhoCurso de Engenharia MecânicaEndereço: Rua Manoel Vitorino, 553 - PiedadeCEP: 20740-900 – Rio de Janeiro – Rio de [email protected]@[email protected]@[email protected]

rEsumo: O projeto mostra o desenvolvimento de um protótipo de um veículo puramente elétrico, onde foi substituído o motor a combustão de um Mini Bugy fapinha, modelo Xingu, 1998, por um motor elétrico de indução de 2 CV, 4 pólos, 220 VCA, trifásico, acionado por um inversor de freqüência com controle vetorial de velocidade e um banco com 23 baterias de chumbo acido, onde se obteve um custo de R$ 0,12 / km, contra os R$ 1,50 / km do mesmo veículo movido com o motor original a combustão de 3,5 HP. O sistema de frente / ré foi feito no próprio inversor, sem precisar de caixa de engrenagem ou outro artifício mecânico, sendo o acelerador um pedal adaptado a um potenciômetro de 5 K.


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Para que o projeto fosse implantado foi necessário o estabelecimento de um programa de trabalho multidisciplinar envolvendo professores e laboratórios dos departamentos de engenharia mecânica e elétrica, tendo esta última uma efetiva participação das ênfases eletrotécnica e eletrônica.

Da área de conhecimento da engenharia mecânica foram aplicados os cálculos de forças trativas e resistivas, potências trativa e resistiva, resistências de rampa, aerodinâmica, transmissão, torque, rotação do motor e muitos outros. Já na área de conhecimento da engenharia elétrica foram aplicados conhecimentos de máquinas elétricas de corrente contínua e alternada, de inversores de freqüência, de baterias e seus respectivos carregadores, além da teoria geral de eletrônica e circuitos elétricos.

Constatou-se a possibilidade melhorar a eficiência do protótipo através da utilização de inversor, motor e bancos de baterias e as baterias especificamente projetadas para a utilização veicular. Por exemplo, as baterias de chumbo ácido foram adaptadas, pois as mesmas são fracionárias e não tracionarias como deveriam. O inversor da VOGES que foi usado possibilita o aproveitamento da energia regenerativa quando o motor CA está sendo desacelerado, mas nesse projeto não era o objetivo, reforçando ainda mais a possibilidade de reduzir o custo do quilômetro rodado. O motor CA, embora de uso industrial, aplicado ao projeto apresentou um resultado de custo benefício que se tornou mais viável ao emprego nos carros elétricos, contrariando a diversos projetos desses veículos com motor de corrente contínua.

palavras-ChavE: Veículos Elétricos, Propulsão veicular e Sustentabilidade

1. INTRODUÇÃO

Iniciando com a história desse veículo que foi o carro mais vendido em 1900 e passando por toda a sua trajetória, foi verificado que o maior problema desse carro ainda, nos dia de hoje, são as baterias.

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Nesse trabalho foi pesquisado todo o tipo de veículos elétricos existente, para a escolha do protótipo mais apropriado para um modelo mais saudável, que poderá ser a escolha correta para se ter menos poluição, menor custo e facilidade na montagem.

O Modelo usado é o Veículo totalmente elétrico, onde a fonte de energia são baterias e a tração é elétrica – motor elétrico.

Esse modelo de carro elétrico é o mais indicado para apresentar os resultados satisfatórios ao meio ambiente, pois não queima combustível fóssil, gera pouco ruído, e é mais eficiente na conversão de energia.

Para melhor conhecer o projeto vide o diagrama em blocos do carro proposto na Figura 1.:

Figura 1. Diagrama em bloco do carro elétrico

De acordo com o diagrama acima, foi escolhido para a montagem de um protótipo o MINE BUGY, Fapinha, modelo XINGU – ano 1998 (Figura 2), comprado depois de uma pesquisa na Internet. O projeto foi dividido em duas partes, Elétrico e Mecânico; no projeto mecânico, foi verificada a relação de Força Trativa e Resistiva para chegar a uma potência de motor que melhor atendesse à estrutura do Mine Bugy, no projeto elétrico foi desenvolvida toda à parte de controle do veículo. Na escolha do motor, optou-se por um de corrente alternada – CA com inversor de freqüência, por apresentar baixo custo, robustez, facilidade de manutenção e energia regenerativa. O motor de CC, possui um custo de aquisição alto e maior dificuldade de manutenção, embora tenha uma maior eficiência no controle de velocidades baixas. A tecnologia dos inversores com controle vetorial viabiliza a escolha do motor CA.


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O motor selecionado foi um Motor de Indução 2 CV, 1,5 KW, 220 VCA, 4 pólos, trifásico.

Figura 2. Mini bugy fapinha, modelo Xingu

Para o suprimento do motor a energia virá de um grupo de 23 baterias de 12 Vcc cada e 10 Ah, totalizando 276 Vcc. Cada bateria será carregada individualmente ao mesmo tempo, para isso cada bateria terá o seu carregador, este processo de carregamento se deve ao fato de facilitar a identificar uma bateria danificada durante a recarga.

O sistema de frente / ré será feito no próprio inversor, sem precisar de caixa de engrenagem ou outro artifício mecânico. O acelerador será um pedal adaptado a um potenciômetro de 5 K.

Dados do veículo elétrico de projeto

Peso do veículo - com o peso de duas pessoas 298,4 Kg

Velocidade Máxima 8,41 Km/h

Autonomia 62min – 6,4 km

Tempo de Recarga 4 h

Custo do KM estimado R$ 0,12 / km

Custo do KM estimado – motor a combustão R$ 1,50 / km

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2. PROJETO MECÂNICO

No projeto de transmissão optou-se por manter a relação original do carro para não precisar fazer grandes alterações mecânicas e manter as características de velocidade e potência do carro bem próximo do original. Com isso foram efetuados todos os cálculos de comprimento das polias, rodas, relação da transmissão, torque nas rodas, rotação de saída da transmissão, força trativa, resistiva; potência trativa, resistiva; resistência de rampa, resistência aerodinâmica e resistência mecânica.

Gráfico 1. Potências totais necessárias

Gráfico 2. Força total necessária


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3. PROJETO ELÉTRICO

Motor elétrico e inversor de frequência

Após a definição do tipo de motor elétrico a ser aplicado ao projeto partiu-se para o dimensionamento. Como o motor original do mini bugy era de 3,5 HP a gasolina, utilizou-se o método das tentativas. Com os dados fornecidos pelo fabricante Voges (curva velocidade vs. torque e velocidade vs. potência do motor com inversor), nas potências de 2 HP, 3 HP, 5 HP e 10 HP, chegou-se a conclusão que o motor que melhor atende ao projeto é o de 2 HP, 4 pólos, 220 Vca, trifásico, conforme gráficos 2 e 3.

Figura 3. Motor Voges

Grupo de baterias

A bateria é um acumulador recarregável de energia, e tem por função armazenar energia sob a forma química, que será transformada em energia elétrica quando o veículo dela solicitar.

As baterias são o coração de um carro elétrico. Diferentemente das baterias dos carros a combustão, que servem principalmente para ligar o motor e acessórios como o rádio ou o condicionador de ar, a bateria de um carro elétrico serve para tudo. Em primeiro lugar, ela aciona um controlador, que por sua vez envia energia para o motor elétrico. Então, ela precisa ser potente e durar o bastante para levar os motoristas aonde eles precisam ir com um mínimo de recarga. Até recentemente, nenhuma bateria foi fabricada que pudesse tornar os carros elétricos competitivos com os movidos à gasolina. Porém, Isso está começando a mudar. Os carros

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elétricos não só tornaram-se viáveis, mas espera-se que agora eles comecem a sair das linhas de montagem dos grandes fabricantes de automóveis.

Para o dimensionamento das baterias, considerou-se os seguintes dados:

• Potência nominal do motor – 1,50 kW;

• Corrente de alimentação – 9 A;

• Tensão no barramento CC do inversor – de 215 a 390 Vcc;

• Tensão de corte de cada bateria – 10,5 V,

Para atender a tensão mínima no barramento CC do inversor é necessário um número mínimo de 21 baterias, ligadas em série. Quando a bateria chega à tensão de corte, ela poderá entrar em curto entre as placas, portanto, a tensão das baterias nunca deve chegar a esse nível. Deve-se, nesse caso, usar um fator de proteção de 10% para que a tensão de corte das baterias, não seja atingida. A tensão nas baterias passa então a ser:

V55,111,15,10 =× . O fabricante do inversor sugere que a alimentação no barramento CC seja de aproximadamente 270 Vcc, partindo do princípio que essa energia será fornecida por baterias. Para atingir a tensão sugerida pelo fabricante deve-se utilizar, portanto, 23 baterias de 12 Vcc cada uma, e deverão ser ligadas em série.

Trajeto e Dimensionamento das baterias

Considerando a Figura 4:

- Trajeto estipulado: ;

- Velocidade média estimada para o trajeto, vide tabela 5 – 8, 41 km/h

- Tempo de realização do percurso: .

onde:

T = tempo de trajeto [hora];

S = trajeto estipulado [km];

V = velocidade média do veículo [km/h].

Com uma margem de segurança de 20 % no tempo teórico do percurso, devido às condições de transito, o banco de baterias fica com uma autonomia mínima de aproximadamente 21,40 min x 1,2 = 26,00 min, para realização de todo o trajeto proposto, que é de aproximadamente 3,0 km.


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Fonte: www.google.com.br/maps

Figura 4. Trajeto estipulado para testes - maio 2011

Os dados do percurso foram enviados para o fabricante de baterias, que forneceu apoio técnico ao projeto e indicou o modelo RTX12-BS T2. Vide figura 5.

Carregadores das baterias

As baterias devem ser recarregadas isoladamente, ou seja, usar um carregador individual para cada bateria, com isso ter-se-á um monitoramento mais eficiente da recarga de todas as baterias, facilitando na identificação de uma bateria problemática, o que não acontece quando recarrega-se todas ao mesmo tempo, seja em série ou paralelo.

Fonte:www.raiom.ind.br

Figura 5. Especificações técnicas da bateria

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Figura 6. Carregador de bateria

Figura 7. Diagrama geral

A figura 6 mostra o diagrama elétrico do carregador individual de cada bateria, que se baseia em um simples circuito de uma fonte retificadora em ponte com filtro, uma ventoinha para refrigeração e um circuito de indicação de bateria carregada descarregada. A tensão na saída do carregador, quando o mesmo está vazio é de aproximadamente 14 V, no momento em que é ligado a uma bateria descarregada, essa tensão cai para 12 V, fazendo com que o led de sinalização fique com diferencial de potencial em seus terminais próximo de zero, nessa situação o mesmo fica apagado. Quando a bateria estiver à plena carga a tensão nos terminais do carregador irá se aproximar de 13,5 V e a tensão nos terminais do led será de aproximadamente 1,5 V, essa situação o led acenderá indicando a carga completa da bateria.

Este tipo de carregador não trabalha em flutuação, sendo assim todo período de carga deverá ser monitorado.


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A figura 7 mostra o diagrama geral do grupo de baterias e seus respectivos carregadores.


Segundo dados do DENATRAN a frota de veículos movidos à combustão, no Brasil, em dezembro de 2010 era de 64,817 milhões, que emitem anualmente 171,1 milhões de toneladas de CO2 e seriam necessários 945 mil quilômetros de Mata Atlântica para neutralizar essas emissões. Isso representa 11,1 % da superfície do país.

Estudos apresentados nesse trabalho, mostram a viabilidade econômica e ambiental do veículo elétrico, que será uma das soluções encontradas para ajudar a equacionar esse grande caos ambiental proveniente de veículos movidos por motores a combustão no Brasil. O veículo puramente elétrico não emite CO2, ruídos, e tem grande eficiência na conversão da energia além de ter baixo custo de manutenção, necessitando ainda de estudos que melhorem a sua performance no seu principal problema, as baterias que possuem baixa capacidade de carga, embora existam tecnologias para melhorar essa deficiência, como as células de hidrogênio, as células fotovoltaica, os super capacitores e baterias desenvolvidas com alto rendimento como as de Lítio, que possuiu maior capacidade de carga e menores dimensões em relação às de chumbo acido.

O projeto executado mostra o protótipo de um modelo de veículo puramente elétrico, onde foi substituído o motor a combustão de um Mini Bugy fapinha, modelo Xingu, 1998, por um motor elétrico de indução de 2 CV, 4 pólos, 220 VCA, trifásico, acionado por um inversor de frequência com controle vetorial de velocidade e um banco com 23 baterias de chumbo acido, onde se obteve um custo de R$ 0,12 / km, contra os R$ 1,50 / km do mesmo veículo movido com o motor original a combustão de 3,5 HP.

Para que o projeto fosse implantado foi necessária a formação de um grupo multidisciplinar envolvendo professores e alunos dos cursos de Engenharia Mecânica, Eletrotécnica e Eletrônica, além do Apoio de fabricantes de Motores e Baterias (Figura 8).

O interesse e o apoio demonstrado por alunos professores e fabricantes permitem confirmar que o veículo elétrico é realmente O CARRO SAUDÁVEL.

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Figura 8. Equipe de alunos, professores e fabricantes

5. REFERÊNCIAS

RENTES, Sebastião Lucas; PACHECO JUNIOR, Sidnei Pinto. veículos elétricos – O carro saudável. Monografia apresentada à Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica da UGF em junho de 2011.

UNIVERSIDADE GAMA FILHO: Normas para a elaboração e apresentação dos trabalhos escritos de TCC. Jan 2011.

PEREIRA, Mário Jorge. Energia: eficiência e alternativas. Rio de Janeiro: Ciência Moderna Ltda., 2009.

KOSOW, Irwing L., 1919. Máquinas elétricas e transformadores. 15º ed. São Paulo: Globo, 2005.

SOARES, Ronaldo Alves. Conversão eletromecânica de energia. Santos: Universitária Leolpodianum, 2008.

CIPELLI, Antônio Marco Vicari; SANDRINI Waldir João. Teoria e desenvolvimento de projetos de circuitos eletrônico. 6º ed. São Paulo: Érica, 1982.

NETO, José Alves Moreira. Apostila Técnica de baterias. Minas Gerais: Industria de Baterias Raion, 2011.

PELLINI, Eduardo Lorenzetti; GOLDEMBERG, Clovis; LEBENSZTAJN, Luiz. A evolução do carro elétrico. São Paulo: PEA/EPUSP, 2005.


196

ABVE – ASSOCIAçãO BRASILEIRA DE VEíCULOS ELÉTRICOS. Roteiro para difusão dos veículos elétricos, 2005.

INEE – INSTITUTO NACIONAL DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA. Raod Map, 2005.

WEG EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS S.A. Catálogo Técnico, Disponível em: www.weg.net. Acesso em: 13 nov. 2010.

VOGES AUTOMAçãO – Guia Rápido - Commander SK. 7º ed. Disponível em: www.voges.com.br – Acesso em 02 fev. 2011

APÊNDICE

Resultados dos testes

Teste de velocidade máxima – Repetido 5 vezes

• S = 75 metros

• Carga = 82 Kg

• Velocidade média máxima = 2,35 m/s – 8,46 km/h

• Velocidade máxima de projeto = 2,34 m/s – 8,4 km/h

Teste de rampa – Repetido 5 vezes

• S = 15 metros

• Carga = 82 Kg

• Ângulo de inclinação = 6º

• Velocidade Média Máxima = 1,96 m/s – 7,07 km/h

Teste de carga máxima em rampa – rampa do teste anterior

• Carga = 180 Kg – Velocidade = 1,67 m/s – 6,01 km/h

• Carga = 240 Kg – Velocidade = 1,48 m/s – 5,33 km/h

• Carga = 300 Kg – Não Subiu (motor patinando)

197

SISTEMAS DE TELECONTROLE NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PARA CONTROLE E ACESSO REMOTO

Rogerio M. L. SilvaEric Giordano

Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino, 625 – Piedade - 20940-900 - Rio de Janeiro – [email protected]@hotmail.com.com.br

rEsumo: Este trabalho tem por objetivo discutir o uso dos sistemas de telecontrole na automação industrial, como método para acesso remoto por parte das equipes de manutenção e operação nos equipamentos descentralizados ou em locais onde não haja a presença física diária de equipes de manutenção e operação.

palavras-ChavE: Telecontrole, Acesso Remoto, Comunicação de dados.


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1. INTRODUÇÃO

Equipes de manutenção e operação na planta ou em salas de controle?. Esta pergunta tem sido feita com maior frequência com a evolução dos sistemas de controle em automação industrial e com a evolução dos sistemas de telecomunicações.

O fato é que independente da resposta, as necessidades e os requisitos mínimos para controle dos processos industriais são os mesmos: confiabilidade de informação, disponibilidade do sistema, capacidade de parametrização e diagnóstico dos equipamentos que estão sendo operados.

É exatamente neste ponto que está o foco dos sistemas de telecontrole, substituindo estas atividades em campo por operações remotas.

A demanda de operações realizadas remotamente aparece como maior frequência em alguns segmentos, tais como no de saneamento e águas, onde a operação de sistemas de tratamento de esgotos ou de tratamento de água tem como início uma sala de controle, onde estará localizado o controlador principal, e seguindo com comunicações sem fio, tais como GPRS e rádio modem, até suas remotas a longas distâncias. Nestes ambientes, tipicamente não é possível a passagem de cabos em função da topografia do local, das distâncias envolvidas ou até mesmo pela característica do processo.

Um dos fatores limitadores para a tecnologia de telecontrole está na necessidade de haver cobertura das operadoras de telefonia celular para aplicações com GPRS e EGPRS, na existência de linha telefônica para os casos de comunicação via modem e por último, de visada, para os casos de comunicação via rádio modem, sendo que para este é necessário haver um processo de certificação da ANATEL, para garantir que a frequência utilizada não interfira nas demais da região, evitando problemas como por exemplo de interferência nas comunicações aeroportuárias, ou entre aviões e aeroportos e etc.

Como exemplos aplicações para os sistemas de telecontrole na automação industrial podemos citar:

• Abastecimento de água, tratamento de água ou controle ambiental.

• Monitoramento dos sistemas de abastecimento de energia para medir consumo e controle de custos.

• Controle de iluminação em aeroportos.

• Monitoramento remoto de sistemas de controle da máquina e

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equipamentos de automação (sistemas de ar condicionado, sistemas de calefação e outros).

2. ARqUITETURA TíPICA

Na Figura 1, é mostrado algumas possibilidades de comunicação entre os controladores centrais com subestações remotas, via linhas dedicadas, ligações telefônicas ou sistemas de rádio, sendo que nas fábricas mais modernas, utilizam-se cada vez mais tecnologias baseadas em TCP/IP, como por exemplo ADSL ou GPRS.

Figura 1. Arquitetura típica de um sistema de telecontrole


200

Uma das facilidades dos sistemas de telecontrole, é que sua tecnologia apesar de ser aplicada neste caso para sistemas de automação industrial pode ser facilmente configurada por pessoal técnico da área de TI, pois os protocolos de comunicação em geral são os mesmos utilizados nos sistemas de comunicação sem fio dos sistemas de informática.

Unindo a robustez e a eficiência dos hardwares dos sistemas de automação industrial e a conveniência de utilização dos protocolos abertos de mercado, os sistemas de telecontrole permitem conexões seguras nas transmissões e recepções de dados.

Na Figura 2, a comunicação da estação de operação com o CLP é feita via modem de linha discada. Uma das vantagens deste sistema é ampla cobertura das centrais telefônicas, garantindo um baixo custo de comunicação e eficiência na transmissão dos dados e manutenções remotas.

Figura 2. Comunicação via modem

Na Figura 3, a comunicação da estação de operação com o CLP é feita com a tecnologia GSM (Global System for Mobile) ou sistema global para celulares / GPRS (General Packet Radio Service) ou Serviço de Rádio de Pacote Geral. O GPRS é uma tecnologia que aumenta as taxas de transferência de dados nas redes GSM existentes. Esta permite o transporte de dados por pacotes (Comutação por pacotes). O GPRS oferece uma taxa de transferência de dados muito mais elevada que as taxas de transferência das tecnologias anteriores, que usavam comutação por circuito, que eram em torno de 12kbps. Já o GPRS, em situações ideais, pode ultrapassar a marca dos 170kbps. No entanto na prática, essa taxa está em torno dos 40 kbps.

201


Figura 3. Comunicação via GSM / GPRS

3. COMUNICAÇÃO

Comunicação é um evento controlado. Se ocorre um evento, os operadores do sistema são informados imediatamente e podem intervir no processo rapidamente (por exemplo, usando comandos ou entradas de setpoint). Paralelo a isso, eventos importantes podem ser enviados para o celular por SMS, se necessário também com um aviso direto a estação emissora.

Se a função de telecontrole exigir uma maior disponibilidade da conexão remota ou se o volume de dados a serem transmitidos exigirem uma maior largura de banda, com os componentes adequados, redes baseadas em IP podem ser usadas. O uso destas redes, no entanto, exigem a implementação de reforço das medidas de segurança (firewall, VPN). Isso ocorre porque conexões na empresa “Intranet” não podem ser usados exclusivamente. Conexões via DSL (Digital Subscriber Line),, GPRS, UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ou EGPRS (Enhanced general packet radio system) também deve ser usado. Em comparação com aplicações menos caras, tais como GPRS, UMTS tem uma largura de banda muito maior que permite que os dados de massa ou fotos sejam transmitidos. É também permitido que vários terminais de dados sejam acessados e tratados em paralelo.


202

Figura 4. Modelo de rede de comunicação

As taxas de comunicação variam de GPRS de: 13,4 a 54 Kbit/s, e na comunicação EGPRS de: 53,5 a 208 Kbit/s.

4. PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO

O protocolo de comunicação de telecontrole mais utilizado é o IEC60870-5 Part 101, sendo que diversos fabricantes possuem seus próprios protocolos.

5. COMPATIbILIDADE ELETROMAGNÉTICA

Os equipamentos de telecontrole, por gerarem ondas eletromagnéticas, devem ser certificados conforme norma internacional IEC 61000-4-3, referente a irradiação (campos eletromagnéticos) e pela IEC 61000-4-6 para rádio frequência.

6. CONCLUSõES

Os sistemas de telecontrole reduzem os custos operacionais de manutenção de uma planta industrial e nas máquinas que requerem

203


manutenção remota, uma vez que não existe a necessidade de manter equipes especializadas, dedicadas a cada uma das localidades.

Com este tipo de suporte remoto, é possível viabilizar a exportação de máquinas (fortalecendo os fabricantes nacionais) e dar suporte a plantas industriais com especialista, aumentando a disponibilidade das plantas.

Os problemas que antes impediam o uso de comunicação remota estão sendo superados pelas novas tecnologias de transmissão de dados e pelos protocolos de comunicação que asseguram o reenvio de dados em caso de falhas de comunicação.

7. REFERÊNCIAS

IEC 60870-5, Protocolo de comunicação. Disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/IEC_60870

IEC 61000 EMC, Compatibilidade Eletromagnética. Disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_IEC_standards. Acesso: 22/05/2011

SIEMENS AUTOMATION, Telecontrole. Disponível em: www.industry.siemens.com.br/.../telecontrole/.../telecontrole.aspx. Acesso em: 01/06/2011.

204

AvALIAÇÃO qUANTITATIvA DE UMA PROPOSTA PEDAGÓGICA NO ENSINO DA MATEMÁTICA

Viviane S. da RosaEdezio P. SacramentoSimone D. RamosCesar L. FarahPedro Paulo S. Freire

Universidade Gama FilhoCurso de Licenciatura em MatemáticaRua Manoel Vitorino, 553 – PiedadeCEP 20740-900 - Rio de Janeiro – [email protected]@[email protected]@[email protected]

rEsumo: Este artigo apresenta uma visão do projeto de Extensão em Educação Matemática, da UGF, “A Escola vai à Escola”. É fato que o uso do material concreto é de fundamental importância no processo ensino-aprendizagem. Este trabalho tem por objetivo enfatizar que quando se busca minimizar as deficiências nos conteúdos matemáticos básicos que não foram assimilados no período desejado, esta ferramenta se torna indispensável. O caráter lúdico que se busca desenvolver nas metodologias traz por si só a possibilidade de perceber que aprender

205


Matemática pode ser uma atividade realmente agradável e fascinante. Assim que o aluno vivencia esta nova realidade, começa automaticamente a desconstruir sua crença negativa causada pela didática tradicional. Em especial, relata-se uma avaliação quantitativa que comprova estatisticamente a melhoria no rendimento dos alunos envolvidos no Projeto. Esta proposta garante ao Projeto a certeza de estar contribuindo para que a UGF exerça o seu papel social na educação.

palavras-ChavE: Educação Matemática, Avaliação quantitativa, Jogos educacionais, Metodologia lúdica.

1. INTRODUÇÃO

Com a proposta de oferecer apoio e complementação aos alunos do ensino fundamental com dificuldades em matemática, a UGF, por meio de uma parceria com a Rede Municipal de ensino, selecionou quatro escolas da comunidade. A Escola Municipal Goiás foi eleita, segundo o critério de proximidade, a pioneira desse projeto de extensão. Sob a orientação dos coordenadores do Projeto “A Escola vai à Escola”, uma equipe de estagiários realizou nos anos de 2009 e 2010 encontros semanais, na UGF, nos quais desenvolveram as seguintes atividades: elaboração e aplicação de um formulário de inscrição e de um teste sondagem, análise de Erros, criação e aplicação de material didático, aplicação de exercício e levantamento de erros cometidos pelos alunos nesses exercícios. Tais atividades propiciaram, aos estagiários, condições de identificar metodologias adequadas a cada conteúdo, possibilitando assim melhor desempenho da prática pedagógica dos alunos de Licenciatura em Matemática da UGF.

2. TESTE SONDAGEM

Após a aplicação do Teste Sondagem e posterior análise de erros foram selecionados os seguintes conteúdos:


206

a. Operações com números inteiros;

b. Operações com números racionais;

c. Propriedades da potenciação;

d. Expressões numéricas envolvendo potenciação e as quatro operações básicas;

e. Fatoração de polinômios;

f. Simplificação de expressões algébricas;

g. Estudo de ângulos;

h. Área de figuras planas.

Tendo em vista que tais conteúdos, em geral, são abordados de forma mecânica e abstrata, buscou-se desenvolver de forma lúdica, através de pesquisas bibliográficas, metodologias para que o aluno, utilizando sua criatividade, possa construir o conhecimento, de forma interessante e agradável. Em especial, o jogo foi utilizado como ferramenta fundamental para o aprendizado dos conceitos envolvidos.

A seguir, este artigo faz um relato das atividades que foram desenvolvidas visando a abordagem dos três primeiros conteúdos acima mencionados.

3. CONSTRUINDO CONCEITOS ATRAvÉS DE JOGOS

3.1. Andando sobre a reta

Com a finalidade de trabalhar o conceito de simetria e em seguida as operações de adição e subtração com números inteiros, foi desenvolvida

uma atividade onde os alunos caminhavam sobre a reta numérica desenhada no chão “Figura 1”.

Figura 1

207


3.2. O baralho dos inteiros

Visando trabalhar as operações de multiplicação e divisão de números inteiros, foi feita uma adaptação do Jogo Uno a tais conceitos.

O jogo era composto de dois participantes onde cada um retirava uma carta e a entregava ao seu adversário, sem visualizá-la. Além disso, convencionou-se que as cores vermelha e amarela seriam associadas a números positivos, enquanto que as cores azul e verde a números negativos. Uma vez definida, pelo estagiário a operação e o seu respectivo resultado, cada aluno deveria identificar a carta retirada “Figura 2”.

Figura 2

3.3. O bingo de frações

Objetivando o ensino de frações, duas estagiárias criaram durante o Trabalho de Conclusão de Curso, o Bingo de Frações.

Neste jogo, a turma foi dividida em 10 grupos, 9 grupos com 4 alunos e 1 grupo com 5 alunos. Cada grupo recebeu uma cartela de “bingo”, feijões, uma folha de rascunho e lápis para fazer os cálculos “Figura 3”.

Figura 3


208

O Bingo continha 52 pedras e, cada pedra sorteada estava relacionada a uma operação com frações. O resultado simplificado de cada operação deveria constar na cartela do bingo “Figura 4”.

Figura 4

3.4. O jogo da corrida

Com o intuito de contextualizar as propriedades de potenciação, os estagiários criaram o Jogo da Corrida.

A turma foi dividida em 6 grupos de 4 alunos.

Baseado no jogo Ludo, foram desenhados vários caminhos no chão, sobre os quais, os grupos, na medida em que acertavam as questões envolvendo potência, avançavam um nível, ou seja, uma casa. O grupo vencedor foi o que atingiu primeiro a linha de chegada “Figura 5”.

Figura 5

209


Para ressaltar a importância do uso do material concreto como ferramenta para o ensino da Matemática, este artigo ilustra, em particular, a avaliação quantitativa do rendimento dos alunos obtida no Bingo das Frações.

4. AvALIAÇÃO qUANTITATIvA DO bINGO DE FRAÇõES

Para obtenção de dados estatísticos que permitissem a avaliação quantitativa dessa atividade, foi aplicado aos 41 alunos envolvidos no projeto, um Teste Diagnóstico anteriormente (TDA) e posteriormente (TDD) à mesma. Este teste contém operações de soma, subtração, multiplicação, divisão de frações e problemas do cotidiano dos estudantes.

Em seguida, são apresentados o Teste Diagnóstico e o estudo estatístico da performance de cada aluno, bem como a performance por questão da turma em geral.

4.1. Teste diagnóstico

Resolva as questões abaixo:

1) 52

+ 92

= 2) 92

– 91

= 3) 32

+ 32

= 4) 54

- 43

=

5) 32

x 3 = 6) 53

x 53

= 7) 53

: 4 = 8) 61

: 83

=

9) O resultado de 31

de 54

pode ser representado por:

10) Giane leu 61

de um livro de 120 páginas. Quantas páginas ela leu?

11) De uma escola de 720 alunos, 61

foi aprovado. Quantos alunos foram aprovados?


210

12) Adriano ganhou 2

–––15

de um pacote de 60 balas. Quantas balas ele ganhou?

13) Lucas leu 40 páginas que representam 51

do livro que ele precisa ler até o dia da prova. Quantas páginas têm o livro?

4.2. Performance por aluno

As tabelas abaixo apresentam o percentual de acertos de cada aluno obtido no teste diagnóstico aplicado antes (TDA) e depois (TDD) da atividade avaliada. Nestas tabelas, os 41 alunos são representados por A

1, A

2,..., A

41

respectivamente.

Tabela 1. Acertos (%)

Aluno TODA TDD

A1

23,1 61,5

A2

23,1 61,5

A3

23,1 53,8

A4

38,5 100,0

A5

46,2 92,3

A6

15,4 61,5

A7

23,1 61,5

A8

30,8 61,5

A9

15,4 76,9

A10

15,4 46,2

A11

23,1 61,5

A12

30,8 61,5

A13

30,8 84,6

A14

15,4 61,5

A15

46,2 84,6

211


Aluno TODA TDD

A16

15,4 23,1

A17

7,7 30,8

A18

15,4 38,5

A19

76,9 100,0

A20

46,2 61,5

A21

15,4 53,8

A22

15,4 38,5

A23

7,7 23,1

A24

30,8 15,4

A25

46,2 46,2

A26

23,4 30,8

A27

46,2 46,2

A28

23,1 76,9

A29

23,1 84,6

A30

30,8 38,5

A31

38,5 84,6

A32

0,0 61,5

A33

46,2 76,9

A34

30,8 53,8

A35

38,5 46,2

A36

23,1 76,9

A37

30,8 38,5

A38

7,7 76,9

A39

15,4 53,8

A40

23,1 53,8

A41

23,1 69,2


212

Os dados da “Tabela 1” podem ser ilustrados em um gráfico como mostra a “Figura 6”.

Figura 6. Representação gráfica da “Tabela 1”

Após a análise e comparação dos dados na “Tabela 1”, concluiu-se que:

1 Dos 41 avaliados no TDA, apenas um aluno, A19

, obteve maior número de acertos do que erros, ou seja, foi o único a acertar mais de 50% do teste.

2 Houve um aumento significativo dos resultados, ou seja, uma relevante melhora nas avaliações. No TDD, dos 41 avaliados, 28 obtiveram aproveitamento acima 50%, 10 , apesar de obterem resultados abaixo de 50%, tiveram maior número de acertos do que no primeiro teste, 2 continuaram com o mesmo aproveitamento e apenas um obteve menor número de acertos do que na primeira avaliação.

4.3. Performance por questão

De forma análoga à tabela anterior, a próxima tabela apresenta o percentual de acerto de todo o grupo de alunos em cada questão do TDA e TDD. Nestas tabelas as 13 questões são representadas por Q

1, Q

2,...,Q

13

respectivamente.

213


Tabela 2. Acertos (%)

Questão TDA TDD

Q1

85,4 97,6

Q2

78,0 85,7

Q3

17,1 39,0

Q4

7,3 39,0

Q5

7,3 56,1

Q6

31,7 65,8

Q7

14,6 63,4

Q8

12,2 58,5

Q9

0,0 65,8

Q10

31,7 78,0

Q11

29,3 61,0

Q12

7,3 36,6

Q13

26,8 26,8

Assim como na seção 4.2, os dados da “Tabela 2” estão ilustrados graficamente na “Figura 7”.

Figura 7. Representação gráfica da “Tabela 2”


214

Após o estudo da “Tabela 2”, observou-se que:

1 Os estudantes têm facilidade com multiplicação de frações e as demais operações envolvendo frações de mesmo denominador. A dificuldade maior consiste em operar frações com denominadores diferentes, assim como, na interpretação de problemas.

2 A questão Q9 mereceu atenção especial, pois verificou-se que os

alunos não sabiam que a expressão “de” em uma operação representa a operação de multiplicação. No TDA , dos 41 discentes avaliados, apenas 12 tentaram fazer a questão, mas nenhum deles obteve acerto. Enquanto que no TDD, a mesma obteve 65,8% de acertos e apenas 4 não tentaram fazê-la.

3 No TDD, todas as questões apresentaram maiores acertos se comparadas com o primeiro Teste Diagnóstico, exceto a última questão que apresentou o mesmo percentual.


Minimizar as deficiências nos anos do segundo segmento do Ensino Fundamental é papel primordial do Projeto de Extensão em Educação Matemática da UGF. Oferecer, a comunidade, a oportunidade de rever conteúdos matemáticos básicos que não foram assimilados na frequência desejada é de fundamental importância, uma vez que, contribui fortemente para um melhor rendimento escolar, o que consequentemente, traz como retorno uma queda na evasão escolar.

Além disso, o Projeto propicia ao aluno do curso de licenciatura, a possibilidade de aprimorar a sua formação prático-teórico em Educação Matemática, atuando assim, com significativa relevância, na sua complementação pedagógica.

Em especial, a avaliação quantitativa do Bingo das Frações, apresentada neste artigo, comprova estatisticamente a melhoria no rendimento dos alunos envolvidos no Projeto.

Convém ressaltar a importância da utilização do material concreto no processo ensino-aprendizagem, pois interagindo com este material, os alunos aprendem de forma mais interessante e agradável, explorando

215


a construção do conhecimento dentro da concepção construtivista de Piaget e Vygotsky.

Com esta proposta e na certeza de contribuir para que a UGF ratifique o seu papel social na educação, o Projeto dará continuidade a este trabalho, buscando desenvolver, de forma lúdica, metodologias adequadas a cada conteúdo.

6. REFERÊNCIAS

FIORENTINI, Dario; MIORIM, Maria Ângela. Uma reflexão sobre o uso de materiais concretos e jogos no ensino da Matemática. Boletim da SBEM, n. 7, de julho-agosto de 1990.

GILMAR. Matemática é arte. Jogo Matemático, Trilha das equações. Disponível em <htpp://www.uniblog.com.br/gilmar_matematica/338671/jogo-matematico.html>. Acesso em: 22 set. 2009.

LA TAILLE, Yves; OLIVEIRA, Martak; DANTAS, Heloísa. Piaget, vygotsky, Wallon: teorias psicogenéticas em educação. São Paulo: Summus, 1992.

MARTINS, João Carlos. vygotsky e o Papel das Interações Sociais na Sala de Aula: Reconhecer e Desvendar o Mundo. São Paulo, 1997. Dissertação (Doutorado) – Universidade Católica – PUC.

NEVES, Edna Alves. Jogos Matemáticos como Recursos Didáticos. Disponível em: <http://www.meuartigo.brasilescola.com/matematica/jogos-matematicos-como-recursos-didáticos.htm> . Acesso em: 17 out. 2009.

PEDROSA, M.; SANTOS, V. O ensino de Frações através de Jogos. Rio de Janeiro, 63 p., 2009. Monografia – Universidade Gama Filho.

SANTOS, Vânia Maria P. dos; RESENDE, Jovana F. de, Números : linguagem universal. Rio de Janeiro: Editora UFRJ, 1996.

216

GEOMETRIA NÃO-EUCLIDEANA HIPERbÓLICA

Gisélia C. E. de AlmeidaCésar R. M. da Costa

Universidade Gama FilhoCurso de Licenciatura em MatemáticaRua Manuel Vitorino s/nº PiedadeCEP 20740-900 – Rio de Janeiro - [email protected]@hotmail.com

rEsumo: Este artigo apresenta uma visão histórica da criação da geometria não-euclideana, hiperbólica, a partir da negação do quinto postulado de Euclides, abordando aspectos importantes inerentes a geometria hiperbólica em contraste com a geometria euclidiana. Não se fará demonstrações matemáticas rigorosas. A intensão é apresentar o mundo hiperbólico e algumas de suas propriedades e definições.

palavras-ChavE: Geometria Não-Euclidiana, GNE, Geometria Hiperbólica.

217


1. INTRODUÇÃO

A Matemática, ciência que é uma aquisição cultural da humanidade, construída pelo esforço intelectual humano através de mais de vinte séculos de desenvolvimento, tem, historicamente, dentre todos os seus ramos, a Geometria. A Geometria tem sido o ramo da Matemática que mais foi sujeito a altos e baixos: do apogeu na Grécia clássica ao seu desprestígio na época da queda do Império Romano. No entanto, recuperou parte de seu prestígio na Arábia e na Renascença Européia. No século dezessete quando uma nova era parecia que iria se iniciar, ela, a Geometria, voltou a cair no esquecimento, pelos pesquisadores matemáticos, por quase mais dois séculos, permanecendo à sombra dos ramos mais fecundos da Nova Análise.

Na antiguidade, Euclides de Alexandria, III séc. a.C., reúne em sua obra Os Elementos, composta de treze livros, um texto cobrindo toda a matemática elementar - Aritmética - no sentido da Teoria dos Números -, Geometria Sintética - de pontos, retas, círculos e esferas - e Álgebra. A Álgebra não no sentido simbólico, como é concebida modernamente, mas “um equivalente em roupagem geométrica”, segundo Boyer (1974). Esta Geometria, através dos séculos, passou a ser conhecida como Geometria Euclidiana, desenvolvida sobre o plano, superfície infinita com curvatura zero, Ω=0. Nela, Euclides enuncia cinco postulados, que são verdades evidentes por si só, não sendo necessário demonstrá-las. São os postulados: 1. “Traçar uma reta de qualquer ponto a qualquer ponto”; 2. “Prolongar uma reta finita continuamente em uma linha reta”; 3. “Descrever um círculo com qualquer centro e qualquer raio”; 4. “Que todos os ângulos retos são iguais”; 5. “Que, se uma reta cortando duas retas faz os ângulos interiores de um mesmo lado menores que dois ângulos retos, as duas retas, se prolongadas indefinidamente, se encontram desse lado em que os ângulos são menores que dois ângulos retos” - postulado das paralelas -, Figura 1.

Figura 1. Representação do Quinto Postulado de Euclides


218

Coutinho (2001) afirma que o desconforto com o quinto postulado de Euclides já havia levado o matemático francês D´Alembert (1717-1783) a afirmar: ”A definição de reta e de retas paralelas, na obra de Euclides, constituem o escândalo da geometria”. Assim, em certo momento do desenvolvimento da História da Ciência, matemáticos incentivados por afirmações de alguns filósofos, liderados por Kant, argumentaram: “Se é verdade que existe uma única geometria, certos postulados ou noções comuns seriam teoremas, isto é, seriam consequência lógica de proposições primeiras”. A partir de tal desafio, seguindo a linha deste raciocínio, matemáticos criativos e dotados de mentes férteis, passaram a tentar demonstrar o quinto postulado como consequência dos quatro anteriores. O que não foi possível, porque ele não é consequência lógica dos anteriores. Contradizendo-o, criaram novas geometrias tão boas e consistentes como a Euclidiana, que passaram, então, a ser denominadas de Geometrias Não-Euclidianas: Geometria Hiperbólica e a Geometria Esférica ou Elíptica. Aqui, explorar-se-á a hiperbólica.

2. GEOMETRIA HIPERbÒLICA

Nikolai Ivanovich Lobachevsky, o Copérnico da Geometria, o russo que revolucionou a geometria criando um novo ramo, a Geometria de Lobachevsky, mostrou que a Geometria Euclidiana não era a verdade absoluta que, por séculos, se admitira ser. Em 1823, em relação ao quinto postulado ou postulado das paralelas de Euclides, afirmara que “nunca foi descoberta uma prova rigorosa de sua validade”, segundo Boyer (1974: p. 396). De 1826 a 1829 fica convencido da impossibilidade de provar o postulado como consequência dos quatro anteriores. Neste mesmo ano, torna-se o primeiro matemático a dar o passo revolucionário ao publicar uma geometria construída sobre uma hipótese contraditória ao postulado das paralelas, enunciando: “Por um ponto C fora de uma reta AB pode-se traçar mais de uma reta do plano que não encontra AB”, Figura 2, conhecido como postulado de Lobachevsky.

Figura 2. Postulado de Lobachevsky

219


Constrói uma Geometria que foge ao senso comum, que ele mesmo a denomina de “Geometria Imaginária”. Assim, com seu postulado “deduziu uma estrutura geométrica harmoniosa sem contradições lógicas inerentes”.

Outrossim, János Bolyai, o húngaro que em 1829, desenvolveu o que denominou de “Ciência Absoluta do Espaço”, hipotetizando que “por um ponto fora de uma reta podem ser traçadas infinitas retas do plano, não só uma, cada uma paralela à reta dada”, figura 3.

Figura 3. Representação do Postulado de Bolyai

Os estudos das Geometrias Não-Euclidianas exigiu muita coragem destes dois homens. O ambiente científico de então, pressionava-os opondo-se as novas ideias. A pressão era tamanha que o pai de Bolyai, relatam Coutinho ( p.39) e Boyer (p. 397), escreveu a seu filho, quando soube de suas intenções: “Pelo amor de Deus, eu lhe peço, desista! Tema, tanto isto quanto as paixões sensuais, porque isso também pode tomar todo o seu tempo, e privá-lo de sua saude, paz de espírito e felicidade na vida”. No entanto, em 1823, Bolyai estava convicto de suas ideias e dos resultdos obtidos através de seus estudos, embora não os tenha, em vida, publicado. Tanto que, por ocasião de sua morte, consta no registro feito na igreja: “Sua vida passou inutilmente”. Sua solidão era tamanha que participaram de seu funeral apenas três pessoas, tendo sido enterrado em cova coletiva sem lápide, apesar de ter produzido mais de 20.000 páginas manuscritas de trabalhos sobre matemática (ON: p. 2).

A geometria de Lobachevsky e Jáno Bolyai é desenvolvida sobre superfície de curvatura negativas, Ω < 0. Surge, então, a necessidade de determinar uma superfície que melhor a represente, satisfazendo o postulado. A superfície que melhor a representa com curvatura negativa, embora seu nome geometria hipérbólica, não é o Hiperbolóide de Revolução, Figura 4, mas a superfície semelhante a uma sela de cavalo, Figura 5.


220

Figura 4. Hiperbolóide de revolução.

Seara da Ciência

Figura 5. Sela

Esta superfície tem propriedades interessantes. Duas curvas contidas nela, se cruzam com curvaturas para lados opostos, fazendo a curvatura ser negativa, Ω < 0.

Beltrami (1835-1900), afirma Boyer (1974: p. 340), preferiu outra superfície, que ele determinou, em 1868, ser mais conveniente que a sela, para representar a Geometria Hiperbólica e nomeou-a de pseudoesfera. Mais tarde ficou conhecida como “pseudoesfera de Baltrami”, foto 1.

221


Foto1

Para penetrar neste novo mundo geométrico, o mundo hiperbólico, que agora se descortina, será necessário que se construa na pseudoesfera de Beltrami alguns elementos geométricos, definindo-os e representando-os. Nela, valem todos os outros quatro.

A concepção de ponto na Geometria Hiperbólica é a mesma da Euclidiana. Na figura 6, a seguir, estão representados os pontos, A, B e C e o segmento de reta AB, que é a curva que une os dois pontos A e B

Figura 6.Segmento de Reta na Pseudoesfera


222

2.1. H- Retas

Define-se na pseudoesfera de Beltrami, uma reta como a curva que tem a menor distância entre dois pontos da superfície, denominada de geodésica, aqui nomeadas “h-retas”. Portanto, há infinitas h-retas, em diversas direções, na pseudoesfera, Figura 7.

Figura 7. “H-Retas” são Geodésicas

Na Geometria Hiperbólica como na Euclidiana, duas retas que não têm um ponto em comum, são paralelas. Na Geometria Hiperbólica, diz-se, no entanto, que elas se encontram em um ponto ideal. Entende-se por ponto ideal, nesta geometria, o ponto no qual se encontram duas h-retas paralelas.

2.2. H-Triângulos

Como consequência do postulado de Lobachevsky, tem-se que um triângulo hiperbólico tem a soma de seus ângulos internos menores que 180º como pode ser visualizado na Figura 8. Aqui não serão feitas demonstrações rigorosas, no sentido matemático, destes resultados, apenas serão explorados intuitivamente. Consulte Coutinho nas referências.

223


Figura 8. Triângulo Ordinário Hiperbólico na Pseudoesfera

Na pseudoesfera de Beltrami as três geodésicas ou “h-retas - que concorrem duas a duas, em três pontos distintos, A, B e C não colineares - formam um triângulo ABC, denominado de triângulo ordinário hiperbólico, Figura 9. A Figura 9 apresenta uma representação do triângulo hiperbólico no plano euclidiano. Observe que a forma do triângulo está preservada nesta representação

Figura 9. Triângulo Ordinário Hiperbólico ABC

Para medir os ângulos internos do triângulo hiperbólico ABC – h-triângulo -, toma-se a partir de cada vértice, as tangentes aos lados passando, pelo vértice, e mede-se o ângulo formado pelos pares de tangentes, Figura 10.


224

Figura 10. Ângulo Interno do Triângulo Ordinário Hiperbólico

Portanto, o ângulo B terá sua medida igual a medida do ângulo formado pelas tangentes aos h-lados BA e BC, passando pelo vértice B. Portanto, a soma dos ângulos a, b, c é menor que 180º, isto é: a + b + c < 180º, figura 10.

2.3. Diferença Angular - δ

Entende-se por diferença angular a diferença entre 180° ou π, pi, e a soma dos ângulos internos do triângulo ordinário hiperbólico. A letra grega δ - delta - é usada para representar a diferença angular. Portanto, δ = 180° - (a + b + c) ou δ = π - ( a + b + c), considerando a, b, e c as medidas dos ângulos internos do triângulo ordinário hiperbólico ABC, h-triângulo ABC.

A diferença angular δ de um triângulo ordinário hiperbólico está relacionada com sua área. Na figura 11, o h-triângulo ABC, lados

em h-retas, tem a soma dos seus ângulos internos, igual a: 12,5° + 19,5° + 19,0° = 50,6°. O triângulo euclidiano ABC, lados , tem a soma de seus ângulos internos, igual a 180°. Portanto, a diferença angular, δ, está representada na região de cor escura entre o triângulo euclidiano ABC e o h-triângulo ABC, igual a 129,4° = 180° - 50,6°.

225


Figura 11. Diferença Angular

Na Geometria Hiperbólica – H-Geometria -, o tamanho e a forma dos triângulos não são independentes. Todos os triângulos com a mesma forma têm necessariamente a mesma área. No entanto, se os ângulos de dois h-triângulos são congruentes, dois a dois, os dois triângulos não são semelhantes, como na Geometria Euclidiana, mas congruentes. Na Geometria Hiperbólica não há figuras semelhantes. Ademais, dois triângulos são congruentes se os três correspondentes pares de ângulos são congruentes.

2.4. H- Retas Paralelas

O mundo hiperbólico reserva muitas surpresas. Dentre elas, se existirem pelo menos duas retas, L

2 e L

3, paralelas a L

1, então

entre

L2 e L

3 existe uma infinidade de

retas paralelas a L1, Figura 12.

Figura 12. H-Paralelas na Pseudoesfera


226

2.5. quadriláteros

O jesuita italiano Saccheri (1667-1733) em seu esforço para demonstrar o quinto postulado, constrói um quadrilátero biretangular isósceles, isto é, com dois ângulos retos na base e dois lados congruentes – com mesma medida -, atualmente, conhecido como “quadrilátero de Saccheri”, figura 13. Coutinho (pp. 53-55) prova que os dois ângulos A e D, do topo AD, são agudos. Portanto, a soma dos ângulos internos é menor que 360º; diferente da soma dos ângulos internos dos quadriláteros na Geometria Euclidiana.

Figura13. Quadrilátero de Saccheri na H-Geometria

Portanto, um quadrilátero qualquer na H-Geometria tem a soma de seus ângulos internos menor que 360°. Como consequencia do teorema de Lobachevsky na H -Geometria não há quadrados, Figura 14.

Figura 14. Não há quadrados na H-Geometria

227


A pseudoesfera de Beltrami apresenta duas deficiências que não a tornam a melhor superfície para fazer as representações da Geometria Hiperbólica – H-Geometria: 1. As “retas” sobre ela não são infinitas, como deveriam ser; 2. Nela existem círculos que não podem ser deformados até se tornarem um ponto.

2.6. Disco de Poincaré

O modelo do Disco ∑ - disco sigma - de Poincaré (1854-1912) é sugerido com o objetivo de sanar as dificuldades. Poincaré desenvolveu este modelo para a Geometria de Lobachevsky dentro de uma moldura euclidiana, o disco ∑ de Poincaré, sem a circunferência, é infinito, e passa a ser o “plano” de Lobachevsky. As representações dos elementos geométricos da Geometria Hiperbólica preservam a forma e os ângulos dos objetos. No Disco de Poincaré as “retas”, geodésicas, são arcos de círculos perpendiculares a círcunferência, Figura 15, isto é, o ângulo entre as tangentes – tangente à circunferência e a tangente à geodésica - é reto. São denominadas de retas hiperbólicas ou h-retas, Figura 15.

Figura 15. Disco ∑ de Poincaré

Como na Geometria Hiperbólica não há quadrados, nem retângulos, para avaliar área, utiliza-se o triângulo como unidade de área e a definição dada por Coutinho: “dois polígonos são equivalentes se podem ser divididos no mesmo número finito de pares de triângulos congruentes”.


228

A área dos h-triângulos não obedece a lei euclidiana:2alturaxbase

triânguloÁrea = ;

Como Não há quadrados nem retângulos na H-Geometria, então se um quadrilátero tem quatro lados e quatro ângulos iguais, então todos oa ângulos são menores que 90°;

Se um círculo dentro do Disco Σ de Poincaré fosse cortado com uma tesoura, e transportado para o mundo euclidiano, ele assumiria a forma de uma sela como pode ser visto na Figura 16.

Figura 16. sela

2.6. H-Geometria na Natureza

As estrelas-do-mar são animais marinhos com corpo duro e rígido que pode ser liso, granuloso ou com espinho, apresentando cinco pontas ocas. A forma de seu corpo é assemelhada à pseudoesfera de Beltrami. Sua geometria corporal tem as características dos espaços curvos, foto 2.

Foto 2. estrela-do-mar

http://pt.wikipedia.org/wiki/Estrela-do-mar

2.7. H-Geometria nas Artes

O arquiteto holandês Mauritius Cornelius Escher (1898-1970) dedidcou sua vida as artes gráficas. Embora não fosse afeito a Matemática, Escher impressionou os matemáticos com sua arte. Usou o disco Σ de Poincaré

229


em algumas de suas gravuras, figura 17. Os peixes habitantes do Disco Σ de Poincaré são seres de duas dimensões, achatados à superfície do Disco Σ, os “ chatóides” ou “poincaretas” (SEARA).

Figura 17. Círculo Limite Ide Escher

http://www.seara.ufc.br/donafifi/hiperbolica/hiperbolica6.htm

3. REFERÊNCIAS

BOYER, Carl. História da Matemática. Trad. Elza Gomide. São Paulo: Edgard Blücher, 1974.

COUTINHO, L.. Convite Às Geometrias Não-Euclidianas. Rio de janeiro: Interciência, 2001.

DELAI, S. e FRANCO, V. S.. Introdução às Geometrias Não-Euclidianas. Disponível em:http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/236-2.pdf?PHPSESSID=2009050608420196 . Acesso em: 1.jul.2009.

KUBRUSLY, R. S.. Geometrias Não-Euclidianas: Uma breve introdução às Geometrias Hiberbólicas. Disponível em: http://www.dmm.im.ufrj.br/~risk/diversos/ gne.html. Acesso em: 2.jul.2009.

NÓBRIGA, J. C.. APRENDENDO MATEMÁTICA COM O CAbRI-GÉOMèTRE II E II-PLUS. 1 ed., v. Único, Brasília: edição do Autor, 2007.

ON - OBSERVATÓRIO NACIONAL. A Geometria dos Espaços Curvos ou Geometria Não-Euclidiana. Disponível em: http://www.miniweb.com.br/ciencias/ artigos/a_geometria_dos_espacos_curvos.pdf . Acesso em : 30.jun.2009.

230

SUPERFíCIES DE WEINGARTEN E O TEOREMA DE HOPF

Michele C. da Silva

Universidade Gama Filho (UGF)Curso de Licenciatura em MatemáticaRua Manoel Vitorino 553, PiedadeCEP 20740-900 – Rio de Janeiro – [email protected]

rEsumo: Este trabalho estuda condições sobre as quais superfícies fechadas e de gênero zero são isométricas a uma esfera. Serão consideradas superfícies dotadas de uma relação W entre as curvaturas principais, as chamadas Superfícies de Weingarten. Estas superfícies foram estudadas por Heinz Hopf em um artigo de 1951, no qual nos concentramos.

palavras-ChavE: curvaturas principais, Superfície de Weingarten, analiticidade.

231


1. INTRODUÇÃO

Nossa pergunta inicial é se existem, além das esferas, outras superfícies fechadas com curvatura média H constante. Onde,

(1)

1k , 2k são as curvaturas principais da superfície. Supõe-se .

Até então, a resposta era dada por um teorema de Liebmann, publicado em 1900 no Mathemastische Annalen, e era limitada a ovalóides. Estes são superfícies em R², compactas, conexas e com curvatura Gaussiana,

(2)

positiva. O Teorema de Liebmann diz que as esferas são os únicos ovalóides com curvatura média constante.

O intuito inicial de Hopf era demonstrar o seguinte teorema:

Teorema 1: Dentre todas as superfícies imersas em R³ fechadas com gênero zero, as esferas são as únicas com curvatura média constante.

Neste teorema, diferentemente de Liebmann, cabem nas hipóteses superfícies não convexas de gênero zero.

Na demonstração do Teorema 1, Hopf aplica o Teorema de Poincaré (1885), que afirma que a soma dos índices de um campo vetorial com pontos singulares isolados em uma superfície compacta S é 2-2g. Hopf observa ainda que o mesmo método pode ser aplicado em superfícies com uma hipótese mais fraca que a de curvatura constante. Surge então, a perspectiva de resultados novos, além do mencionado no Teorema 1.

No mesmo artigo, Hopf faz uso do Teorema de Poincaré para mostrar o teorema seguinte. Este teorema “local” possui o Teorema 1, “global” como resultado.

Teorema 2: Seja F um pedaço de superfície imersa em R³ com curvatura média constante que não seja um pedaço de esfera ou plano. Seja p um


232

ponto umbílico de F, ou seja, um ponto onde 2kk =1 . Então, p é um ponto umbílico isolado e seu índice é negativo.

No caso de uma superfície compacta de gênero zero, segue-se do Teorema de Poincaré que a soma dos índices de todos os seus pontos umbílicos isolados é positiva e, portanto, algum desses pontos deve possuir índice positivo. Decorre então do Teorema 2 que, nas hipóteses do Teorema 1, devemos ter uma esfera.

Além do Teorema já mencionado anteriormente, também se deve a Liebmann outro teorema que diz que as esferas são as únicas superfícies com curvatura Gaussiana K constante e, neste caso, não precisamos considerar somente os ovalóides. De fato, como numa superfície fechada existem pontos com 0k > , segue da constância de K que este será positivo em qualquer ponto da superfície e teremos assim um ovalóide.

Os dois teoremas de Liebmann citados podem ser provados explorando-se o fato de que em tal superfície uma curvatura principal atinge seu máximo e a outra atinge seu mínimo no mesmo ponto. A mesma demonstração ainda vale quando a soma 21 kk + é uma constante e vale também para o teorema seguinte.

Teorema 3: Em um ovalóide, que não é uma esfera, uma curvatura principal não pode ser uma função monótona decrescente da outra.

A descoberta deste teorema se deve a S. S. Chern, em 1945. No mesmo artigo, Chern afirmou que um teorema análogo para função monótona crescente não é válido. Um exemplo disto é dado pelo elipsóide de revolução. Considere uma elipse com eixos de comprimento 2a e 2b, com a > b, e gire-a em torno do eixo menor. Se escrevermos as equações paramétricas da elipse como

x= a cost, z= b sent, (3)

obtemos para as curvaturas principais do elipsoide

(4)

e (5)

233


Donde observamos que e , ou seja, 2k é uma função

monótona decrescente de 1k .

Após generalizar o teorema que trata da curvatura média H constante de ovalóides para qualquer superfície de gênero zero, a pergunta natural de Hopf dizia respeito à possibilidade de generalizar o Teorema 3 da mesma forma. A resposta foi positiva, pois Hopf conseguiu demonstrar o teorema para uma classe de superfícies conhecida como Superfícies de Weingarten. Estas são superfícies nas quais existe uma relação .

As Superfícies de Weingarten são interpretadas da seguinte maneira:

“Considere, além de um pedaço de superfície F, um plano no qual 1k e

1k são coordenadas ortogonais e cada ponto p pertencente a F corresponde a um ponto do plano cujas coordenadas são as curvaturas principais em p. Quando existe uma relação W entre 1k e 2k , a imagem é uma curva.”

Considerando a questão de superfícies fechadas, Hopf levanta então a seguinte questão geral:

“Que Superfícies de Weingarten fechadas existem?”

Para ter uma ideia da resposta, vamos considerar alguns exemplos. Primeiro, as superfícies fechadas de rotação, pois como 1k e 2k são constantes em qualquer circulo de rotação, a imagem no plano 21 kk × é a mesma imagem de um meridiano e, portanto, é uma curva. Segundo, as superfícies tubulares fechadas, isto é, superfícies geradas quando consideramos uma curva fechada no espaço e, em cada ponto, colocamos um disco de raio r (suficientemente pequeno) ortogonal à curva, com centro do disco na curva; nestas superfícies, uma curvatura principal é constante e a imagem do plano 21 kk × está em uma linha paralela a um dos eixos. No primeiro caso, obtemos superfícies de gênero 0 ou 1 e, no segundo, superfícies de gênero 1.

Um dos problemas proposto por Hopf, e ainda em aberto, é se estas são as únicas Superfícies de Weingarten fechadas que existem.

O Teorema 1 diz que nenhuma Superfície de Weingarten fechada de gênero zero, além da esfera, possui diagrama que faça um ângulo de 45 graus com o eixo coordenado 1k e seja ortogonal à reta 21 kk = .

A demonstração do Teorema 1 segue do Teorema 2 porque puderam ser feitas algumas afirmações sobre os pontos umbílicos das superfícies com curvatura média constante. No plano 21 kk × , um ponto umbílico corresponde a um ponto da diagonal, isto é, da reta de equação 21 kk = .


234

Considerando, portanto, uma curva do diagrama que passa por este ponto, chegaremos a conclusões semelhantes às obtidas no Teorema 2 . Com estas conclusões é possível provar o teorema seguinte.

2. TEOREMA DE HOPF

Teorema de Hopf: Considere uma imersão em R³ de uma superfície abstrata S, fechada, de gênero zero e analítica. Suponha que ela seja uma superfície de Weingarten com a propriedade

(6)

nos pontos umbílicos. Então, S é isométrica a uma esfera com a métrica induzida.

O interesse por este tema foi além do trabalho de Hopf. Dois outros artigos, um de Chern de 1955, e outro de Hilário Alencar, Manfredo do Carmo e Renato Tribuzy estão relacionados a este assunto. O artigo de Hopf se coloca como ponto de partida para uma discussão sobre superfícies dotadas de propriedades envolvendo as curvaturas principais 2k e 2k .

3. REFERÊNCIAS

1. Alencar, H., do Carmo, M., Tribuzy, R. A theorem of H. Hopf and the Cauchy-Riemann Inequality. Communications in Analysis and Geometry, v. 15, No 2, p. 283-298, 2007

2. Chern, S.S. Some new characterizations of the Euclidean sphere. Duke Math. J., v. 12, p. 279-290, 1945

3. Chern, S. S. On Special W-Surfaces. Proceedings of the American Mathematical Society, v. 6, No 5, p. 783-786, 1955

4. Do Carmo, M. Differential Geometry of the Curves and Surfaces. Englewood Cliffs, Prentice Hall, 1976

235


5. Hartman, P., Wintner, A. Umbilical points and W-Surfaces. American J. Math. 76, p. 502-508, 1954

Hopf, H., Über Flächen mit einer Relation zwischen den Hauptkümmungen. Mathemastiche Nachrichten 4, p. 232-249,1951

236

ANÁLISE DAS TENSõES ATUANTES EM UM SISTEMA DE TUbULAÇõES

Daysianne I. S. Mendes1

Amândio M. C. Junior1

1 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia MecânicaRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – RJ

rEsumo: Este trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento mecânico de um sistema de tubulações industriais, por meio da análise das tensões atuantes no mesmo, respeitando as principais normas nacionais e internacionais, para que o projeto de tubulações seja desenvolvido da forma mais segura possível. Assim, foi realizada uma análise matemática e uma análise computacional, pelo método de elementos finitos, de um caso didático de um conjunto de tubulações tendo hidrocarboneto como fluido de operação. Foi possível perceber que os resultados da modelagem matemática tiveram uma diferença considerável dos obtidos na modelagem computacional. Concluiu-se que a tensão devido à expansão térmica da tubulação era um fenômeno bastante relevante, e que o sistema, conforme especificado, iria operar com segurança.

palavras ChavE: Análise de tensões, Tubulação, Método de elementos finitos.

237


1. INTRODUÇÃO

Nas indústrias de processos, as tubulações são de grande importância para o processamento do fluido, pois são elas os elementos físicos de ligação entre os equipamentos (vasos de pressão, trocadores de calor, reatores, bombas, tanques e etc.), ou seja, por onde circulam os fluidos de processo e de utilidades. Nessas indústrias, o valor das tubulações representa em média 20 a 25% do custo total da montagem de todos os equipamentos, e o projeto das tubulações vale, em média, 20% do custo total e cerca de 50% da hora/homem do projeto da indústria.

A análise das tensões atuantes nos sistemas de tubulações é uma etapa muito importante do projeto, pois através dela é possível determinar se o sistema será capaz de funcionar com segurança necessária. Um projeto de tubulação aceitável compreende, entre outras coisas, um traçado e detalhamento que garantam uma flexibilidade suficiente de forma que, em qualquer condição de operação, as forças e os movimentos transmitidos aos pontos fixos, bem como as tensões internas na tubulação, estejam dentro dos limites admissíveis. E também, que tenha garantia de uma operação confiável e segura, pelo menos dentro da vida útil esperada. Este trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento mecânico de um sistema de tubulação, composto por dois tubos conectados a uma bomba de processamento de hidrocarbonetos, quando o mesmo está em funcionamento.

Foi realizada uma pesquisa bibliográfica em livros técnicos, normas nacionais e internacionais, artigos técnicos e na Internet. Foram realizados cálculos matemáticos e modelagens computacionais a fim de determinar as tensões atuantes no sistema de tubulações. Em seguida, os resultados foram comparados aos valores admitidos pela norma ASME B31.3.

2. CLASSIFICAÇÃO DAS TENSõES ATUANTES EM TUbULAÇõES

As tensões que atuam em um sistema de tubulações são classificadas em primária, secundária e de pico. (BAILONA et al.,2006)

Tensões primárias são aquelas geradas pela imposição de cargas mecânicas (forças); ou seja, são as tensões de compressão, tração, flexão, cisalhamento ou torção criados no sistema quando este alcança o equilíbrio


238

entre as diversas forças e momentos, de procedência interna e externa. As tensões primárias que se devem a ação de forças e momentos externos são, entre outras, as tensões circunferentes e longitudinais devidas à pressão interna, e as de flexão e torção devidas ao peso próprio, sobrecargas diversas, gelo, ventos ou movimentos sísmicos, Normalmente, o nível de tensões primárias é um indicativo expressivo da capacidade real de um sistema de tubulação de resistir, com segurança, às cargas impostas. Um tubo sob ação de tensões primárias, que em toda a sua seção transversal exceda seu limite de resistência somente poderá ter seu colapso evitado se a carga sobre ele for removida ou se o tubo for reforçado. Não haverá conformação do sistema para acomodar estas tensões. Tensões primárias são responsáveis por deformação e rupturas de caráter plástico.

Tensões secundárias são produzidas em uma estrutura quando esta tem restringida sua movimentação causada pela expansão térmica. Estas tensões são também chamadas de autocontidas ou autorrestringidas (self-limited), porque isoladamente não causam falhas em materiais dúcteis no caso de imposição de cargas simples. Se o limite de resistência do material é excedido, ocorre somente uma deformação local, a qual resulta em uma redistribuição da carga e uma conseqüente redução da tensão nas condições operacionais. Porém, se a aplicação da carga é cíclica, elas passam a constituir uma fonte potencial de falha por fadiga. Tensões secundárias respondem pela ocorrência de falhas em situações de instabilidade plásticas.

Tensões de pico são aquelas que são restritas a uma pequena distância de sua origem; praticamente não geram deformação alguma, e por isto alcançam atos valores. Tipicamente, são geradas por gradientes térmicos em paredes de tubos ou por concentradores de tensão tais como conexões ou pontos de solda. Como estas tensões não provocam deformações significativas, elas não podem ser responsáveis por rupturas de caráter plástico. Porém, se a aplicação da carga é cíclica, o material é submetido a grandes esforços localizados, constituindo assim outra fonte potencial de falha por fadiga.

3. CARACTERíSTICAS DAS TUbULAÇõES

As características da Linha 4”-HC-50-001 (sucção da bomba) são: Diâmetro nominal: 4”; Espessura do tubo: 6,02 mm (SCH 40); Material: ASTM A106 Gr B; Temperatura de operação: 40°C; Temperatura de

239


projeto: 120°C; Pressão de operação: 9,8 kPa; Pressão de projeto: 343,23 kPa; Pressão de teste: 5,25 kgf/cm² = 514,845 kPa; Densidade do fluido: 700kg/m³.

As características da Linha 3”-HC-50-002 (descarga da bomba) são: Diâmetro nominal: 3”; Espessura do tubo: 5,48 mm (SCH 40); Material: ASTM A106 Gr B; Temperatura de operação: 40ºC; Temperatura de projeto: 120°C; Pressão de operação: 608,01 kPa; Pressão de projeto: 1098,34 kPa; Pressão de teste: 1647,51 kPa; Densidade do fluido: 700kg/m³.

Como a tubulação sofre teste hidrostático, nos cálculos onde é necessário o valor de pressão, foi utilizada a pressão de teste, e onde é necessário o peso específico do fluido, foi utilizado o peso da água, pois é maior que o peso do fluido da tubulação.

Para o cálculo das tensões devido a carga peso é importante conhecer o traçado e o peso dos componentes da tubulação, conforme as Tabelas 1 e 2.

Tabela 1. Pesos aproximados dos principais componentes da linha 4”-HC-50-001. (Fonte: MENDES, 2011)

Descrição Comprimento [m] Peso vazio [N] Peso Linear[N/m]

Tubo de 4" SCH40 por trecho - 238,57

Válvula (c/ flange) 0,381 653,95

Tabela 2. Pesos aproximados dos principais componentes da linha 3”-HC-50-002. (Fonte: MENDES, 2011)

Descrição Comprimento[m] Peso vazio [N] Peso Linear[N/m]

Tubo de 3" SCH40 por trecho - 157,61N


240

As Figuras 1 e 2 mostram os isométricos simplificados das tubulações.

Figura 1. Isométrico simplificado da linha 4”-HC-50-001. (Fonte: MENDES, 2011)

Figura 2. Isométrico simplificado da linha 3”-HC-50-002. (Fonte: MENDES, 2011)

4. RESULTADOS E ANÁLISE DOS RESULTADOS

Para a modelagem computacional, foi utilizado o software Ansys APDL v.10 versão educacional disponibilizado pela Universidade Gama Filho. O elemento utilizado na modelagem foi o PIPE 16, e a mesma foi feita a partir dos dados básicos das linhas: diâmetro externo, espessura do tubo, peso

241


por metro linear de tubo vazio, peso específico do fluido (água), módulo de elasticidade na temperatura de projeto e módulo de poisson do material.

Para a linha 4”-HC-50-001 foram criados sete nós e a partir destes os elementos. Em seguida foram aplicadas as cargas e restrições conforme o isométrico da linha (Figura 1). O modelo criado pode ser visto na Figura 3.

Figura 3. Modelo da linha 4”-HC-50-001. (Fonte: MENDES, 2011)

Depois de especificadas as cargas e restrições, foi possível o cálculo das tensões longitudinal e tangencial. Os valores encontrados encontram-se nas Figuras 4 e 5, respectivamente, e na Tabela 3.

Figura 4. Resultado do cálculo de tensões longitudinais na linha 4”-HC-50-001. (Fonte: MENDES, 2011)


242

Figura 5. Resultado do cálculo da tensão radial na linha 4”-HC-50-001. (Fonte: MENDES, 2011)

Tabela 3. Resultado do cálculo de tensões nalinha 4”-HC-50-001 (Fonte: MENDES, 2011)

TENSãO (MPa)ELEM LONGITUDINAL TANGENCIAL

1 -7,19 2,762 -13,51 2,763 8,51 2,764 4,78 2,765 -4,34 2,76

6 12,71 2,76

Para a linha 3”-HC-50-002 foram criados seis nós e a partir destes os elementos, o modelo pode ser visto na Figura 6. Em seguida, foram aplicadas as cargas e restrições(Figura 7), conforme o isométrico da linha (Figura 2).

243


Figura 6. Modelo da linha 3”-HC-50-002. (Fonte: MENDES, 2011)

Figura 7. Modelo da linha 3”-HC-50-002 com cargas e restrições. (Fonte: MENDES, 2011)

Depois de especificadas as cargas e restrições, foi possível o cálculo das tensões longitudinal e tangencial. Os valores encontrados encontram-se nas Figuras 8 e 9, respectivamente, e na Tabela 4.


244

Figura 8. Resultado do cálculo de tensões longitudinais na linha 3”-HC-50-002. (Fonte: MENDES, 2011)

Figura 9. Resultado do cálculo da tensão radial na linha 3”-HC-50-002. (Fonte: MENDES, 2011)

Tabela 4. Resultado do cálculo de tensões nalinha 3”-HC-50-002 (Fonte: MENDES, 2011)

TENSãO (MPa)ELEM LONGITUDINAL TANGENCIAL

1 15,6 12,242 1,12 12,243 7,17 12,244 7,47 12,245 1,12 12,24

245


A seguir são apresentados os requisitos mínimos impostos pela norma ASME B31.3 no que se refere a tensões.

Tensões ocasionadas por carga de serviço

A tensão máxima devida à pressão interna ou externa PS não deverá ultrapassar a tensão admissível hS para o material na temperatura de projeto.

(1)

O somatório das tensões longitudinais originadas por cargas de serviço (pressão, peso e etc.), LS ,não deverá ultrapassar o valor de tensão admissível hS para o material na temperatura de projeto.

hL SS ≤∑ (2)

Tensões originadas por cargas ocasionais

O somatório das tensões longitudinais originadas por carga de serviço, e das tensões provocadas por cargas ocasionais, não deverá exceder hS×33,1 . Neste caso não se considera a possibilidade de simultaneidade da ação das cargas ocasionais, tal como a ocorrência simultânea de fortes ventos e terremotos.

∑+∑= ocasionaltotal SSSL (3)

(4)

Tensões ocasionadas por expansão térmica

A tensão secundária deve ser inferior ao limite admissível para tensões de deslocamento ( aS ), de acordo com a seguinte expressão.

(5)


246

Onde:

f : fator de redução para serviços cíclicos dados pela Tabela 5 abaixo.

cS : tensão admissível básica do material na temperatura mínima do ciclo de variação de temperatura, que geralmente corresponde à temperatura ambiente.

hS : tensão admissível básica do material na temperatura máxima do ciclo de variação de temperatura, que é o maior valor que a temperatura pode atingir considerando situações anormais ou eventuais que possam ocorrer.

Tabela 5. Fator de Redução f. (Fonte: ASME B.31.3)

N° de Ciclos Esperados f

Até 7000 1

7001 até 14000 0,9

14001 até 22000 0,8

22001 até 45000 0,7

45001 até 100000 0,6

Acima de 100000 0,5

Utilizando as equações acima foi possível determinar as tensões atuantes no sistema de tubulações, e assim comparar com os valores admitidos pela norma ASME B31.3.

Para o material utilizado, ASTM A106 Gr. B, na temperatura de projeto 120ºC, conforme a norma ASME B31.3, tem-se: ,

, .

Linha 4”-HC-50-001

Tensões ocasionadas por carga de serviço:

Tensão tangencial , onde logo, .

Tensão longitudinal

247


logo, .

Tensões originadas por cargas ocasionais + cargas de serviço:

logo,

Tensões ocasionadas por expansão térmica: .

Linha 3”-HC-50-002

Tensões ocasionadas por carga de serviço:

Tensão tangencial , onde logo,

Tensão longitudinal ,

logo,

Tensões ocasionadas por cargas ocasionais + cargas de serviço:

logo,

Tensões ocasionadas por expansão térmica: .

Portanto, os valores encontrados estão de acordo com os descritos na norma.

5. CONCLUSõES

De acordo com o objetivo geral deste trabalho, que é o estudo do comportamento mecânico de um sistema de tubulação, e com a análise da tensão devido à expansão térmica da tubulação (que atingiu um valor considerável), concluiu-se que este é um fenômeno bastante relevante, e que o sistema, conforme especificado, operará com segurança.

Os valores encontrados na modelagem matemática tiveram uma diferença considerável dos encontrados na modelagem computacional. Isto se deve à diferença no método de cálculo, visto que o Ansys utiliza o método de elementos finitos para solução dos problemas e assim obtém


248

resultados mais precisos do que o método analítico. Para o caso de análise de sistemas mais complexos é necessário realizar a análise computacional das tensões.

6. REFERÊNCIAS

AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS (ASME). ASME Code for Pressure Piping, b 31.3. 2004.

BAILONA, BALTAZAR AGENOR et al. Análise de tensões em tubulações industriais, 1ª Ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2006.

MENDES, D. I. S. Análise das tensões atuantes em um sistema de tubulações. Rio de Janeiro, 2011. Trabalho de Conclusão de Curso - Universidade Gama Filho.

249

MODELAGEM NUMÉRICA DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE IMPLANTES DENTÁRIOS PARA O SUPORTE DE PRÓTESES

Henrique C. C. Pinto1

Amândio M. C. Junior1

1 Universidade Gama FilhoCurso de Engenharia MecânicaRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected]@bol.com.br

rEsumo: Este trabalho tem como base a modelagem numérica do comportamento mecânico de implantes dentários endósseos para o suporte de próteses dentárias funcionais, amplamente utilizados na Odontologia, com o objetivo de verificar a hipótese de que o emprego de um maior número de implantes ajuda a dissipar melhor os esforços sobre a estrutura óssea. Foram coletados dados da bibliografia recente sobre implantes dentários e, através de modelagem numérica utilizando o método de elementos finitos, concluiu-se que é aconselhável evitar usar um implante para suportar mais de uma prótese, devido a momentos fletores e


250

torques que podem sobrecarregar o implante e/ou o osso que o suporta.

palavras-ChavE: Implante Dentário, Modelagem Numérica, Método de Elementos Finitos, Materiais Compósitos.

1. INTRODUÇÃO

Os implantes endósseos são largamente utilizados na Odontologia como suportes de próteses dentárias funcionais, desde a década de 1980. Esses implantes têm como principais objetivos a restauração da função/eficiência mastigatória, prevenção da perda óssea, melhorias estéticas e psicológicas em pacientes parcial ou totalmente desdentados.

Existem diferentes conformações geométricas para os implantes, bem como materiais constitutivos. Os implantes podem suportar uma ou várias próteses, e por este motivo poderão estar sujeitos a carregamentos diferentes daqueles incidentes nos dentes naturais.

Implantes em forma de raiz são projetados para usar uma coluna vertical de osso. Podem ser cilíndricos (ou de ajuste por pressão), dependendo de retenção microscópica e são pressionados em local ósseo preparado; ou roscados, sendo aparafusados no local ósseo e possuem elementos macroscópicos de fixação. Os materiais constituintes geralmente são metais, ligas metálicas, polímeros ou cerâmicas.

Implantes em forma de lâmina utilizam uma dimensão horizontal do osso, sendo achatados e estreitos. (são inseridos através de uma “fenda” escavada no osso). Os materiais constituintes geralmente são metais ou ligas metálicas.

Figura 1. Implante tipo Raiz Figura 2. Implante tipo Lâmina

251


O conhecimento das cargas que incidem nos implantes dentários ajudará ao implantodontista a definir plano de tratamento para o paciente, o tipo e o número de implantes, buscando minimizar o risco de fratura do implante ou do osso circunvizinho e o estresse excessivo nestes tecidos.

2. ObJETIvO

O objetivo deste trabalho é realizar uma análise numérica para verificar a hipótese de que o emprego de maior número de implantes ajuda a dissipar melhor os esforços sobre a estrutura óssea.

3. METODOLOGIA

Para o presente estudo foram realizadas pesquisas bibliográficas, para a coleta de dados sobre implantodontia (práticas mais comuns, termos da área médica, tipos de implantes e materiais usados, forças incidentes em implantes), e modelagens numéricas, para o cálculo de esforços e tensões sobre o modelo de implante escolhido, com o uso do Método de Elementos Finitos (MEF).

4. MODELAGEM

4.1. Forças

As maiores forças naturais que incidem nos dentes e implantes ocorrem durante a mastigação, com tempo de aplicação de 9min por dia. Basicamente, essas forças dirigem-se perpendicularmente ao plano oclusal (ou transversal) e são de curta duração, distribuídas em curtos períodos do dia e medem de 22,25 a 195,8 N.


252

As musculaturas peribucal e da língua, por outro lado, exercem força horizontal mais discreta, porém constante, sobre dentes e implantes. Podem chegar a 22,25 N durante a deglutição

4.2. Tensões e Deformações

Na análise de materiais, deve-se considerar o estado de tensões que defina a falha do material. Se o material for dúctil, geralmente a falha será especificada pelo início do escoamento; se o material for frágil, ela será especificada pela fratura. (Hibbeler, 2004)

Como geralmente os materiais empregados em implantes em forma de raiz ou lâmina são dúcteis, deve-se utilizar o critério da Teoria da Energia de Distorção Máxima (ou Teoria de von Mises-Hencky) para a definição do início do escoamento, de modo a prever-se a faixa máxima de valores para uso desses materiais.

A Teoria da Energia de Distorção Máxima foi proposta por M. Hueber e, posteriormente, redefinida por R. von Mises e H. Hencky, e é expressa por:

(1)

Considerando-se as tensões:

(2)

onde:

σvm

é a tensão de von Mises;

σ1 e σ

2 = tensões principais do estado plano de tensões (são as tensões

normais máxima e mínima);

τxy

é a tensão de cisalhamento.

Sabendo-se que E é a tensão de escoamento, para σ

vm ≤ σ

E não há

escoamento do material.

253


4.3. Mecanismos de suporte e transferência de cargas

Considerando-se o elemento implantado, a concentração das tensões é maior na crista óssea quando há cargas laterais ou transversais, e maior na área apical sob cargas axiais (ou normais). A perda de massa na crista óssea pode ser causada por concentração de tensões naquela área, e é um fator crucial na estabilidade e funcionalidade dos implantes.

Quando são utilizados implantes com rosca, o esforço se concentra em torno do ângulo da rosca. Em elementos de fixação por rosca, supondo-se que a carga seja uniformemente distribuida pela altura h, a tensão de compressão superficial nos filetes da rosca é dada pela Equação (3).

(3)

onde:

d é o diâmetro nominal (maior diâmetro da parte roscada);

dr é o diâmetro de raiz (menor diâmetro da parte roscada);

p é o passo da rosca;

F é a força transmitida;

h é a altura da porca.

Conforme Shigley (1984), a suposição de que a carga seja uniformemente distribuida pela altura h, entretanto, é altamente conservadora e representaria o “melhor” dos casos. Na realidade, a imprecisão no espaçamento dos filetes faz com que praticamente toda a carga seja suportada pelo primeiro filete, próximo à cabeça do parafuso.

Desta forma, conquanto a relação p/h seja usada para que se obtenha a tensão σ de 1 filete, a altura h deverá ser tomada como 1, para que se obtenha a tensão no “pior” dos casos: o de 1 filete suportando a carga.

4.4. Tipos de ossos e materiais para implantes

O osso disponível representa a quantidade de osso para implante na área desdentada a ser tratada.


254

O osso cortical é considerado um material anisotrópico. É formado por lâminas ósseas paralelas e extremamente próximas entre si, constituindo uma substância dura e compacta que confere resistência ao osso.

O osso esponjoso/trabecular é um material não-homogêneo, poroso, de estrutura anisotrópica. É muito menos espesso, já que é formado por lâminas ósseas irregularmente dispostas nos vários sentidos, deixando espaços livres entre si, ocupados pela medula óssea encarregada de elaborar as células sanguíneas. (MEDIPEDIA, on-line).

Os ossos cortical e esponjoso/trabecular são classificados em TIPO 1 a 4, com o tipo 1 bastante compacto e cortical, e o tipo 4 sendo uma fina camada de osso cortical revestindo osso trabecular. Tipo de osso é associado à sua densidade, sendo um conceito internacionalmente adotado.

Tabela 1. Módulos de Elasticidade ósseos

MaterialMódulo de Elasticidade

E(em MPa)*Coeficiente de Poisson*

Osso Cortical 13700 0,3

Osso Trabecular 1370 0,3

*(Cook et al, 1982) , (Borchers, 1983) , (Masahiko et al, 1988), apud BARBOSA et al, on-line)

Tabela 2. Resistência compressiva do Osso Esponjoso

Densidade (g/mm3) Resistência (MPa)Módulo de Elasticidade

E (GPa)

p100% = 1,00 22,57 0,96

p75% = 0,75 13,76 0,57

p50% = 0,50 7,48 0,29

p25% = 0,25 3,71 0,12

(Misch, 1996, p.305)

255


As principais propriedades dos metais e ligas empregados em implantodontia estão condensadas na Tabela 3.

Tabela 3. Propriedades de Metais e Ligas

Propriedades Técnicas dos Metais e Ligas Empregados em Implantes Cirúrgicos*,**

Material Módulo de Elasticidade e GPa

Resistência Tênsil final MPa

Fratura por alongamento (%)

Titânio (Ti) 97 240-550 >15

Titânio-alumínio-vanádio (Ti-Al-V)

117 860-896 >12

Cromo-cobalto-molibdênio (peça fundida)

235 655 >8

Aço inoxidável (aço baixo carbono 316L)

193 480-1000 >30

Zircônio (Zr) 97 552 20

Tântalo (Ta) -- 690 11

Ouro (Au) 97 207-310 >30

Platina (Pt) 166 131 40

* São fornecidos os valores mínimos da publicação do Comitê F4 da American Society for Testing and Materials. GPa = Gigapascal; MPa = Megapascal

** (Comitê F4 da American Society for Testing and Materials, Apud Misch, 1996, p.265)

4.5. Geometria do implante analisado

O implante tipo Raiz é o objeto de estudo deste trabalho.

Ele consiste de um parafuso que é rosqueado no osso, em procedimento realizado pelo Implantodontista. O diâmetro do furo no osso e o torque de aperto na instalação são recomendados pelo fabricante do implante.


256

O seguinte implante servirá de referência para o estudo:

Tabela 4. Implante-padrão

Fabricante: Neodent do Brasil

Dimensões: 4.0 X 17mm (Diâmetro nominal da rosca X comprimento)

Material: Titânio puro grau 4, segundo norma ASTM F67*

Torque de instalação: 32N.cm, [NEODENT, 2011]

*ASTM – American Society for Testing and Materials. F67 é a norma definida para a formação do metal Titânio Puro para implantes cirúrgicos.

Figura 3. Implante-padrão

Fisicamente, as cargas incidem sobre uma peça chamada “Abutment”, que é feita do mesmo material e é montada acoplada à cabeça do parafuso (Figura 4.a). Entretanto, devido ao acoplamento dar-se através de uma rosca interna fina, com baixa tolerância de ajuste, o corpo de implante foi considerado como sendo uma peça única sólida, de comprimento igual à soma dos comprimentos do parafuso e do abutment (Figura 4.b). O implante foi considerado como uma viga rígida bi-apoiada, com os pontos de apoio A na região do fim do parafuso e B no pescoço do parafuso.

257


Figura 4.Raiz e Abutment

Figura 5. Apoios

4.6. Cálculos

Cenário 1

Força: Axial de 100N e Bucolingual de 50N, concomitantes.

(Axial: Força da mordida, agindo no eixo Y (normal). Bucolingual: Força da lingua agindo no eixo X)


258

Cálculo das tensões de von Mises, para o Titânio e o Osso:

Utilizando-se a Equação (1):

Para o Titânio:

Como σvm ≤ σeTi = 240MPa (da Tabela 3), não haverá escoamento.

Para o Osso Esponjoso (densidade 1):

Como σ vm ≤ σe do osso esponjoso = 22,57MPa (da Tabela 2), não haverá escoamento.

Cálculo da Tensão nos filetes da rosca

Da Equação (3):

Para uma rosca M4 X 0,7: - valores obtidos de SHIGLEY (1984, p.212 – tab.6.1)

Cenário 2

Dois pares de forças, agindo sobre o abutment, distantes 10mm entre si: Cada par é composto de 1 força Axial de 100N e 1 força Bucolingual de 50N, concomitantes. (Axial: Força da mordida, agindo no eixo Y (normal). (Bucolingual: Força da lingua agindo no eixo X).

F1, F2 = 50N cada, atuando no eixo x

F3, F4 = 100N cada, atuando no eixo y (é o eixo neutro)

As forças F2 e F4 são as mesmas do Cenário 1.

259


Os apoios A e B estão nos mesmos locais vistos no Cenário 1.

As forças F1, F3 criam a situação de cantilever, ou viga em balanço.

Cálculo das tensões de von Mises, para o Titânio e o Osso:

Utilizando-se a Equação (1):

Para o Titânio:

Como σvm ≤ σeTi = 240MPa (da Tabela 3), não haverá escoamento.

Para o Osso Esponjoso (densidade 1):

Como σvm ≤ σe do osso esponjoso = 22,57MPa (da Tabela 2), não haverá escoamento.

Cálculo da Tensão nos filetes da rosca

Da Equação (3):

Para uma rosca M4 X 0,7: - valores obtidos de SHIGLEY (1984, p.212 – tab.6.1)


260

Modelagem com o MEF

Figura 6 - Sólido de Revolução Figura 7 - Malha

Figura 8 - Tensão Resultante Cenário 1 Figura 9 - Tensão Resultante Cenário 2

5. RESULTADOS

Para este trabalho, optou-se pelo estudo de 2 forças agindo concomitantemente sobre o implante, adotando 2 estudos de casos: Cenários 1 e 2.

No Cenário 1, havia 1 par de forças agindo: uma força Axial de 100N e uma força Bucolingual de 50N, incidentes no mesmo ponto, seguindo a linha de ação do eixo neutro do implante.

No Cenário 2, havia 2 pares de forças agindo: uma força Axial de 100N e uma força Bucolingual de 50N, incidentes no mesmo ponto, seguindo a linha de ação do eixo neutro do implante; e uma força Axial de 100N e uma

261


força Bucolingual de 50N, incidentes no mesmo ponto, sobre a ponta do abutment. Esta posição buscava simular um implante de 1 raiz, suportando 2 próteses, o que criaria uma situação de balanço.

Os resultados obtidos foram:

Tabela 5. Resultados

CenárioTensão Equivalente (ou Tensão de von Mises – σvm, em MPa)

Haveria escoamento?

Tensão no filete da rosca (MPa)

Implante* Osso Implante Osso

Manual MEF Manual

1 60,37 56,68 1,55 Não Não 16,24

2 158,91 129,18 3,10 Não Não 32,48

*os resultados obtidos pelos cálculos manuais e pelo MEF apresentaram as seguintes diferenças: (Caso1: variação de -6,11% , Caso2: variação de -18%).

Da Tabela 5, nota-se que a tensão σvm

no Cenário 2 equivale a 2,63 vezes a tensão no Cenário1, para o implante, e 2 vezes para o osso. Isto mostra que um implante que suporta duas próteses está sujeito a tensões muito maiores, se comparado a um implante que suporta apenas uma prótese.

6. CONCLUSÃO

De acordo com o objetivo deste trabalho, que era realizar uma análise numérica para verificar a hipótese de que um maior número de implantes ajuda a dissipar melhor os esforços sobre a estrutura óssea, concluiu-se que a concentração de cargas em um implante deve ser evitada, e que deve-se evitar usar apenas um implante para suportar mais de uma prótese, devido a momentos fletores e torques que podem sobrecarregar o implante e/ou o osso que o suporta.


262

7. REFERÊNCIAS

BEER, F. P.; JOHNSTON Jr., E.R. Mecânica vetorial para Engenheiros - Estática. 7. ed. Rio de Janeiro: McGrawHill, 2006.

BEER, F. P.; JOHNSTON Jr., E.R. Resistência dos materiais. 3. ed. São Paulo: Makron Books, 1996.

HIBBELER, R.C. Resistência dos materiais. 5. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2004.

LEHMANN, R.B., ELIAS,C.N., GOUVÊA, J.P. Simulação 3D de implantes dentários cilíndricos interligados. Revista brasileira de Odontologia, Rio de Janeiro: RBO, 2006 Vol 63_Num 3 e 4_p 250-254.

LIN C.; KUO Y; LIN T. Effects of dental implant length and bone quality on biomechanical responses in bone around implants: a 3-D non-linear finite element analysis – biomed Eng. Appl. basis Comm., 2005(February); 17:44-49.

MISCH, C.E.: Implante Odontológico Contemporâneo, 1 ed.. São Paulo: Pancast Editora, 1996.

SHIGLEY, E.J.: Elementos de Máquinas 1, 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1984.

STRUB, J.R.;Witkowski, S.;Einsele, F.T.: Aspectos Protéticos em Implantodontia, quintessence books, 1997.

TADA, S; STEGAROIU R.; KITAMURA E.; MIYAKAWA O.; KUSAKARI, H. Influence of Implant Design and Bone Quality on stress/strain distribution in Bone around implants: a 3-dimensional finite element analysis. - The International Journal of Oral and Maxillofacial Implants, 2003; 18: 357-368.

MEDIPEDIA Conteúdos de Saúde [base de dados na internet]. Coimbra, Portugal Disponível em: <http://www.medipedia.pt/home/home.php?module=enciclopedia> Acesso em 14 mar. 2011.

263

GERENCIAMENTO DE RESíDUOS qUíMICOS NOS LAbORATÓRIOS DE qUíMICA DO PROCET DA UNIvERSIDADE GAMA FILHO

Maria L. M. Magalhães1

Rosângela A. de Souza1

1 Universidade Gama FilhoCoordenação de QuímicaRua Manuel Vitorino, 625 – PiedadeCEP 20940-900 – Rio de Janeiro – [email protected]@yahoo.com.br

rEsumo: A Química é uma ciência que oferece um grande número de benefícios à sociedade. Entretanto um dos questionamentos está relacionado aos riscos e danos ambientais causados pela geração de resíduos que são rejeitos determinados pelo homem que não podem fluir diretamente para os rios, solo e ar. O Gerenciamento de resíduos em laboratório é uma prática que consiste em controlar o potencial de impactos ambientais dos resíduos gerados de uma determinada atividade. O presente trabalho tem como objetivo propor e difundir normas e procedimentos para a implantação de uma rotina de gerenciamento


264

de resíduos químicos nos Laboratórios de Química da Universidade Gama Filho. Procurou-se selecionar procedimentos simples e adequados às condições de trabalho desta Instituição de Ensino. A eficiência do programa de gerenciamento proposto está diretamente relacionada à responsabilidade objetiva, ou seja, quem gera o resíduo é responsável por ele, devendo utilizar em laboratório os termos reduzir, reutilizar e reciclar.

palavras-ChavE: Resíduo, Gerenciamento, Registros, Meio Ambiente, Laboratório.

1. INTRODUÇÃO

Resíduos são materiais considerados sem utilidade para o seu possuidor e que não podem ser lançados diretamente nos rios, no solo e no ar. Os resíduos podem ser considerados como qualquer mistura de materiais ou restos destes, oriundos dos mais diversos tipos de atividades antropogênicas (SILVA, 2004). São classificados de acordo com a sua natureza física, sua composição química, e os riscos potenciais que oferecem ao meio ambiente e a saúde pública.

Para retratarmos de forma direta o problema dos resíduos químicos, devemos considerar, em primeiro lugar, que a Química é uma das ciências que mais trouxe benefícios para a sociedade nos últimos tempos. Contudo, uma das questões mais sérias relacionadas ao uso inadequado da Química refere-se aos danos e riscos ambientais causados pela geração de resíduos.

Resíduos químicos são substâncias geradas nas mais variadas atividades industriais e laboratoriais do ramo. Estes resíduos merecem uma preocupação especial devido à complexidade dos seus compostos, e principalmente por apresentarem vários níveis de toxidade, sendo eles de características físico-químicas ou bioquímicas. De acordo com a Resolução CONAMA 358 de 29 de abril de 2005, resíduo químico é todo material ou substância com característica de periculosidade, quando não forem submetidos a processo de reutilização ou reciclagem, que podem apresentar risco à saúde pública ou ao meio ambiente, dependendo de suas características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade e toxicidade.

A importância para o meio ambiente de um padrão de gerenciamento destes resíduos em um laboratório de química justifica-se mediante o fato de que as fiscalizações dos órgãos competentes não possuem respaldo

265


legislativo quanto ao tratamento que realmente deve ser dado (JARDIM, 1998). As deficiências para se estabelecer procedimentos para esta destinação obrigam algumas instituições a recorrerem e se adaptarem a outras leis, como a de Resíduos de Serviço de Saúde (RDC 306/04), Inventário de Resíduos Industriais (CONAMA 313/02), ou as normas internacionais.

2. GERENCIAMENTO DE RESíDUOS NO LAbORATÓRIO DE qUíMICA

2.1. O Gerenciamento de Resíduos químicos nos Laboratórios

O Gerenciamento de resíduos em laboratório é uma prática que consiste em controlar o potencial de impactos ambientais dos resíduos gerados de uma determinada atividade (ROCCA,1993). Esta atividade é considerada com uma prática de Produção Mais Limpa (P+L) na medida em que o gerenciamento de resíduos estabelece formas de conter ou minimizar uma geração demasiada de resíduos, ou até mesmo de buscar outras alternativas para as suas destinações.

A eficiência do programa de gerenciamento está diretamente relacionada à responsabilidade objetiva, ou seja, quem gerou o resíduo é responsável por ele, assim como a utilização dos 3Rs: Reduzir, Reutilizar, Reciclar.

A metodologia aplicada para o gerenciamento dos resíduos químicos consiste em caracterizar, segregar, armazenar e destinar de forma correta e legal os resíduos gerados (CUNHA, 2001). Esta forma de gerenciamento é figura de mérito para qualquer plano de gerenciamento e também propõe uma hierarquia de medidas visando uma otimização da “Unidade Geradora”, com intuito de proporcionar a minimização dos resíduos e a redução dos custos das análises, meta comum a ser cumprida por qualquer tipo de Sistema de Gestão Ambiental (USC 2005).

2.2. Hierarquia no gerenciamento

Inventário

O responsável pelo laboratório deve elaborar um inventário com os resíduos existentes (composição e quantidade) naquele local. Deve-se acumular o mínimo de resíduos no laboratório.


266

Minimização

A minimização consiste em substituir as substâncias perigosas por outras, sempre que possível, e procedimentos de reutilização das “sobras” de um laboratório por outro, quando possível.

Segregação de resíduos perigosos

Definição de grupos de resíduos, ou seja, separação dos perigosos dos não perigosos. Antes da segregação deve se observar a compatibilidade das substâncias químicas que compõem os resíduos. A metodologia aplicada para qualificar os resíduos, foi baseada em um estudo desenvolvido por Souza (2005).

Tratamento e / ou destruição de resíduos no laboratório

Alguns resíduos podem ser tratados ou destruídos no próprio laboratório de acordo com normas específicas.

Destinação final efetuada por empresas especializadas

Etapa final do gerenciamento dos resíduos.

3. CLASSIFICAÇÃO DOS RESíDUOS qUíMICOS

Levando-se em consideração as características físico-químicas, peculiaridades, compatibilidade e o destino final, os resíduos químicos seguem uma determinada classificação.

• Ácidos• Aminas• Bases• Cianetos• Fenóis• Metais pesados em solução• Metais pesados no estado sólido• Pesticidas e outros de alta periculosidade

267


• Solventes Clorados• Solventes não clorados• Outros

4. RESíDUOS DESCARTADOS DIRETAMENTENA PIA OU NO LIXO COMUM

Segundo as normas da ABNT (NBR ISO 14001), o resíduo que não for classificado como perigoso pode ser tratado como lixo comum e, portanto, pode ser descartado no lixo ou esgoto urbano. No entanto, tratando-se de resíduo químico todo cuidado e atenção devem ser tomados. Deve-se sempre verificar a possibilidade de doação, reciclagem ou recuperação e, no caso da melhor opção ser o descarte no lixo comum ou na rede de esgoto, algumas regras devem ser seguidas rigorosamente.

Em geral, podem ser descartados diretamente na pia (após diluição 100 x e sob água corrente) os compostos solúveis em água (pelo menos 0,1g ou 0,1mL / 3 mL de água) e com baixa toxidade. Para os orgânicos é preciso que também sejam facilmente biodegradáveis. Quantidade máxima recomendável: 100 g ou 100 mL, por ponto, por dia.

Compostos com ponto de ebulição menor que 50ºC não devem ser descartados na pia, mesmo que extremamente solúveis em água e pouco tóxicos.

Misturas contendo compostos pouco solúveis em água, em concentrações abaixo de 2%, podem ser descartadas na pia.

4.1. Compostos que podem ser descartados diretamente na pia

Orgânicos

• Álcoois com menos de 5 carbonos• Dióis com menos de 8 carbonos• Glicerol• Acúcares• Aldeídos alifáticos com menos de 7 carbonos


268

• Amidas: RCONH2 e RCONHR com menos de 5 carbonosRCONR2 com menos de 11 carbonos

• Aminas alifáticas com menos de 7 carbonos• Ácidos carboxílicos com menos de 6 carbonos e seus sais de Na, K e NH

4+

• Ésteres com menos de 5 carbonos• Cetonas com menos de 6 carbonos

Inorgânicos

• Cátions: Al+3 , Ca+2, Cu+2, Fé+2, Fé+3, Li+, Mg+2, Na+, NH4

+, Sn+2, Sr+2, Zn+2, • Ânions: BO

33-, B

4O

72-, Br-, CO

32-, Cl-, HSO

3-, I-, NO

3-, SO

42-, SCN-,SO

32-, OCN-

Substâncias com características ácido-base

Substâncias não contaminadas com produtos químicos perigosos, com características ácido-base pronunciadas (pH menor que 6 ou pH maior que 8), por exemplo, HCl, H

2SO

4, NaOH, Ca(OH)

2. As mesmas deverão ser

neutralizadas antes do descarte. A neutralização dos ácidos deve ser feita com NaOH e das bases com H

2SO

4, devendo ser usado papel indicador para

ajustar o pH entre 6 e 8.

Soluções extremamente ácidas como a sulfocrômica devem ser neutralizadas usando-se cal.

Considerações

• Apesar do fosfato (PO4

3-) não ter toxidade pronunciada, seu descarte na pia deve ser encarado com muito cuidado por seu potencial eutrofizante nos corpos d’água.

• Compostos com odor forte devem ser diluídos, pelo menos, 1000 vezes com água e depois descartados sob água corrente.

4.2. Compostos que podem ser descartados no lixo

Alguns compostos não passíveis de reciclagem e outros materiais de laboratório não contaminados podem ser descartados no lixo.

269


Orgânicos

• Açúcares• Amido• Aminoácidos• Ácido cítrico e seus sais (Na, K, Mg, Ca, NH

4+)

• Ácido lático e seus sais (Na, K, Mg, Ca, NH4

+)

Inorgânicos

• Sulfatos• Fosfatos • Carbonatos: Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, NH

4+

• Óxidos: Mg, Ca, Sr, Al, Si,Ti, Mn, Fe, Co, Cu, Zn• Cloretos: Na, K, Mg• Fluoretos: Ca• Boratos: Na, K, Mg,

4.3. Materiais de laboratório nãocontaminados com produtos químicos

• Adsorventes cromatográficos: sílica, alumina, etc.• Material de vidro• Papel de filtro• Luvas e outros materiais descartáveis

5. INCOMPATIbILIDADE DE SUbSTÂNCIAS qUíMICAS

Algumas reações químicas podem ocorrer de forma exotérmica, liberando calor e podem também provocar a produção de produtos perigosos, fenômenos que muitas vezes ocorrem simultaneamente. Para prevenir esses riscos devido à natureza química dos produtos, deve-se conhecer a lista de substâncias químicas incompatíveis de uso corrente em laboratórios a fim de observar cuidados na estocagem, manipulação e descarte (IQ UNICAMP, 2005).


270

A “Tabela 1” apresenta as substâncias que não devem ser adicionadas à água, já que reagem com a mesma. Antes de ser efetuada qualquer mistura de produtos químicos é necessário consultar as “Tabela 2” e “Tabela 3” que indicam a incompatibilidade das substâncias químicas.

Tabela 1. Substâncias que reagem com a água.

NOME EXEMPLO

Carbeto de Cálcio CaC2

Haletos de Ácidos e de Não Metais POCl3 , PCl

5 , SiCl

4 , PCl

3 ,BCl

3 SO

2 , Cl

2

Haletos e Anidridos de Ácidos Orgânicos RCOCl , (RCO)2O

Hidretos de Metais Alcalinos NaBH4 , LiAlH

4 , NaH

Metais Alcalinos Sódio, Potássio, Lítio, etc.

Pentóxido de Fósforo P2O

5

Reagentes de Grignard R – Mg – Cl

Tabela 2. Incompatibilidade de produtos químicos

Grupo 1 Grupo 2

Acetileno e DerivadosCobre, Prata, Mercúrio, etc. Halogênios

Ácido Nítrico

Ácido SulfúricoAgentes RedutoresBasesCromatosMetaisPermanganatosSulfetos

Ácido SulfúricoÁguaBasesPermanganato de Potássio

271


AmôniaHalogêniosMercúrio Prata

Anidridos e Cloretos de Ácidos Orgânicos

ÁguaAminasBasesCompostos Hidroxilados

AzidasÁcidosAgentes Oxidantes

CarbetosHidretosHidróxidosMetaisMetais AlcalinosMetais Alcalinos TerrososÓxidos

ÁcidosAgentes OxidantesÁguaHalogênios

Cianetos Inorgânicos Ácidos

Compostos Orgânicos Agentes Oxidantes

Mercúrio e Amálgamas

AcetilenoÁcido NítricoAmôniaAzoneto de Sódio

NitratosAgentes RedutoresÁcidos

Pentóxido de FósforoÁlcooisBases FortesOxigênio

Sulfetos Ácidos

Tabela 3. Misturas que não devem ser realizadas

Acetona + Clorofórmio em presença de Base

Acetileno + Cobre, Prata, Mercúrio,etc.

Ácido Nítrico + Ácido de Anidrido Acético

Ácido Pícrico + Chumbo, Prata, etc.


272

Amônia + Halogênios

Carvão + Agente Oxidante

Cloro + Álcool

Éter Etílico + Cloro

Hipoclorito de Sódio + Amina

Sódio + Cloreto de Alquila

6. CARACTERIzAÇÃO DE RESíDUOSqUíMICOS NÃO IDENTIFICADOS

Alguns teste e procedimentos devem ser realizados como caracterização após separar uma pequena alíquota (em torno de 1 g) que seja representativa do resíduo.

6.1. Reatividade com água

Adicionar uma gota de água e observar se há a formação de chama, geração de gás, ou qualquer outra reação violenta.

6.2. Presença de cianetos

Adicionar uma gota de cloroamina-T e uma gota de ácido barbitúrico / piridina em 3 gotas de resíduo. A cor vermelha indica teste positivo.

6.3. Presença de sulfetos

Na amostra acidulada com HCl, o papel embebido em acetato de chumbo torna-se enegrecido quando na presença de sulfetos.

273


6.4 . pH

Usar papel indicador ou pHmetro.

6.5. Resíduo oxidante

A oxidação de um sal de Mn2+, de cor rosa claro, para uma coloração escura indica resíduo oxidante.

6.6. Resíduo redutor

Observar a possível descoloração de um papel umedecido em 2,6-dicloro-iodofenol ou azul de metileno.

6.7. Inflamabilidade

Colocar um palito de cerâmica no resíduo, deixar escorrer o excesso e expor à chama.

6.8. Presença de halogênios

Colocar um fio de cobre limpo e previamente aquecido ao rubro no resíduo. Levar à chama e observar a coloração: o verde indica a presença de Halogênios.

6.9. Solubilidade em água

Após o ensaio de reatividade, a solubilidade pode ser avaliada facilmente.


274

7. ROTULAGEM

7.1. Identificação do rótulo

Todos os frascos contendo resíduos devem ser identificados adequadamente pelo uso de um rótulo contendo as indicações descritas na “Figura 1” onde se adota a simbologia de risco NFPA (National Fire Protection Association), também conhecida como Diagrama de Hammel. Nesta simbologia, de acordo com a “Tabela 4”, cada um dos losangos expressa um tipo de risco.

Tabela 4. Rotulagem segundo o tipo de risco

Vermelho inflamabilidade

Azul toxidade

Amarelo reatividade

Branco Informações especiais

Figura 1. Diagrama de Hammel

275


7.2. Ficha de resíduos

Cada frasco deverá ser acompanhado da respectiva ficha de resíduos, conforme indicado na “Figura 2” que deverá ser preenchida no ato do descarte de resíduos do próprio frasco. A “Figura 3” apresenta uma ficha de resíduos utilizada no laboratório com o nome do responsável, composição, quantidade e data do descarte.

FICHA DE RESíDUOS Nº ____________

LAbORATÓRIO DE: ______________

RESPONSÁvEL PELOS RESíDUOS: ______________

Figura 2. Ficha individual de resíduos

NOME DO USUÁRIO

COMPOSIÇÃO DO RESíDUO

qUANTIDADEDATA DO DESCARTE

José da Silva Clorofórmio 20 mL 07/10/2010

Ana SantosTetracloreto de carbono

200 mL 07/10/2010

Julia Pereira Tolueno 100 mL 07/10/2010

Figura 3. Ficha de resíduos utilizada em laboratório

7.3. Recipientes

Frascos sem rótulo, desacompanhados das fichas de resíduos, ou com informações parcial ou inadequadamente preenchidas, não serão aceitos para armazenamento no depósito de resíduos.

Cada tipo de resíduo deve ser acondicionado em recipientes adequados às suas características. Não usar embalagens metálicas.

Os recipientes plásticos (alta densidade) são preferíveis, exceto quando houver incompatibilidade com o resíduo. Na falta desses recipientes, os frascos vazios de reagentes / solventes, também poderão ser utilizados


276

após tríplice enxágüe com água ou solvente apropriado (atenção às incompatibilidades com o resíduo que se pretende armazenar no frasco).

8. REFERÊNCIAS

ASSOCIAçãO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NbR ISO 14001. Sistema de gestão ambiental: especificações e diretrizes para uso. Rio de Janeiro: ABNT. 2004.

BRASIL. AGÊNCIA NACIONAL DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA. RDC 306 de 7 de Dezembro de 2004. Brasília: Ministério da Saúde, 2004.

CONSELHO NACIONAL MEIO AMBIENTE. CONAMA. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/port/conama> Acesso em: 18 out. 2010.

CUNHA, C.J. O programa de gerenciamento de resíduos laboratoriais do Departamento de Química da UFPR. química Nova, São Paulo, v. 24, n.3, p. 424-427, 2001.

JARDIM, W.F. Gerenciamento de resíduos químico em laboratórios de ensino e pesquisa. química Nova, São Paulo, v. 21, n. 5, p. 671-673, 1998.

NORMAS DE GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS QUÍMICOS DO INSTITUTO DE QUÍMICA DA UNICAMP. São Paulo: IQ 134.2005

ROCCA, A.C.C. Resíduos sólidos industriais. São Paulo: CETESB, 1993.

SILVA, A. M.; NISHIYAMA, L. Gerenciamento de resíduos sólidos da Souza Cruz, fábrica de Uberlândia. Caminhos da Geografia. Uberlândia, v. 7, n. 12, 2004

SOUZA, K. E. Estudo de um método de priorização de resíduos industriais para subsídios à minimização de resíduos de laboratórios de universidades.134 p., 2005. Dissertação (Mestrado) – Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia, Universidade Federal de São Carlos.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SãO CARLOS (USC). Normas de procedimento para segregação, identificação, acondicionamento e coleta de resíduos químicos. São Carlos: Unidade de Gestão de Resíduos. 2005.

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CONvERSÃO DIRETA DE ENERGIA

Claudio L. de Oliveira1

Sérgio P. M. Bendelá2

Claudia C. Frutuoso3

1 Universidade Gama FilhoCurso de Licenciatura em Matemática

2 Universidade Gama FilhoCST em Petróleo e Gás

3 Universidade Gama FilhoCoordenação de QuímicaRua Manoel Vitorino, 553 – Piedade20740-900 - Rio de Janeiro – [email protected]@[email protected]

rEsumo: Neste artigo é feita uma apreciação sobre a necessidade do uso de conversão direta de energia, os principais métodos e dispositivos de conversão direta de energia, suas principais aplicações terrestres e espaciais, enfatizando seu uso como opção em situações específicas.

palavras ChavE: Energia, Conversão


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1. INTRODUÇÃO

O projeto de um conversor de energia é baseado, em uma grande extensão, de acordo com o tipo de energia com a qual ele inicia. Um das principais razões para estudar conversão direta de energia é procurar um modo novo e melhor para converter as atuais formas de energia primária em eletricidade. O interesse na conversão direta é justificado porque a maior parte da energia hoje em uso nos dispositivos de conversão é esgotável e as fontes de energia primárias estão ficando escassas.

No momento, o homem gera o maior volume de sua eletricidade através de dois métodos: (1) ele queima combustível fóssil para converter água em vapor e então expande o vapor por uma turbina que em troca dá energia a um gerador; ou (2) ele força a água fluindo de um lago ou rio para cair em um canal ao fundo do qual a energia cinética da água gira uma turbina hidráulica que em troca dá energia a um gerador. Nenhum destes métodos tradicionais é empregado prontamente a suprir de energia satélites em órbita sobre Marte ou outros locais remotos. Além disso, a provisão de combustível fóssil da terra é finita, a energia hidráulica restringe-se a algumas áreas geográficas, e o homem tem que começar a procurar métodos novos de converter energia térmica, luminosa e mecânica para eletricidade .

A vantagem principal dos métodos tradicionais acima mencionados, é que embora convertam energia para eletricidade usando vários processos intermediários, ainda apresentam eficiência relativamente alta. A desvantagem principal dos novos métodos é que poucos deles alcançaram eficiências que se aproximam dos métodos mais tradicionais. A conversão direta de energia para eletricidade geralmente envolve maquinaria sem partes móveis, o movimento ou transporte de energia de um local para outro deve sempre envolver movimento de uma entidade física com energia.

2. POR qUE CONvERSÃO DIRETA DE ENERGIA?

A primeira razão para o estudo da conversão direta de energia é a não utilização dos recursos de energia disponíveis com grande eficiência. Em geral, quando um processo pode ocorrer passando por diversas etapas intermediárias, parece razoável supor que tal processo pode ser realizado de modo mais eficiente. “Mais eficiência” significa menos despesa com a

279


reserva de energia primária e com investimento de capital. Certos modos de conversão direta (isto é, células combustíveis) já demonstraram uma capacidade por produzir quantidades pequenas de energia elétrica com eficiência considerável. A maioria das outras formas de conversão direta não são ainda notáveis por suas eficiências mas encontram-se em grande desenvolvimento. Uma outra razão é a necessidade de suprimento de energia em forma, local e momentos específicos. Alguns dos modos de conversão de energia direta, agora em uso, são capazes de fazer isto. A área mais importante para conversão direta tem sido o campo de exploração espacial e suprimento em áreas remotas.

3. APLICAÇõES TERRESTRES DE CONvERSÃO DIRETA

Estações meteorológicas em locais bastante remoto como por exemplo, estações ao norte do Círculo Ártico e na Antártica extraem sua energia de 40.000 curies de estrôncio 90, cujo calor do decaimento é convertido diretamente em eletricidade por um gerador termoelétrico que supre de carga uma bateria selada de níquel-cádmio de 32V. Estas unidades são projetadas de forma que elas não precisem ser visitadas pelo corpo de manutenção mais que uma vez por ano. Foram projetadas unidades semelhantes abastecidas com propano engarrafado para dar energia a rádio transmissores vhf-fm localizados em terreno relativamente inacessível .

Veículos de procura de submersão levam equipamento eletrônico sofisticado e uma tripulação de quatro pessoas, e requerem uma unidade de controle ambiental altamente segura. Estas condições exatas são fornecidas por uma unidade de controle ambiental termoelétrica híbrida de 4270W. A unidade termoelétrica desenvolvida foi aceita depois de uma comparação sistemática e rigorosa com sistemas de refrigeração de compressão e de absorção a vapor.

Uma outra aplicação importante concerne às unidades de irrigação auto-suficiente projetadas para elevar o padrão de vida em áreas subdesenvolvidas do mundo. Estas unidades de 50W que são energizadas pelo sol cuja energia é captada por meio de um coletor; a energia solar é focalizada sobre um conjunto de células termoelétricas cuja energia elétrica é usada para acionar uma pequena bomba. A água é usada para irrigação ou consumo doméstico

Consideráveis trabalhos têm sido realizados na construção e desenvolvimento de características operacionais de uma câmara de


280

combustão que aceitaria quase qualquer tipo de combustível sólido (carvão, madeira verde, etc.). O propósito desta unidade é prover um queimador que poderia operar quase em qualquer lugar no mundo com combustível local e poderia suprir de energia um conversor termoelétrico de energia que rende uma saída de 150 W. Este estudo foi iniciado pelo Exército de Estados Unidos para prover uma fonte de energia versátil para equipamento de comunicação.

Um dos primeiros usos para o qual um dispositivo de conversão direta foi utilizado era alimentar um protótipo de terminal remoto por telefone em serviço comercial regular por meio de células solares de silicone. Os primeiros testes foram conduzidos com um painel que comportava 432 células e que forneciam 0.5A a 20V para armazenamento em bateria. Experimentalmente, os resultados fora satisfatórios.

Outras possibilidades podem vir da área de engenharia médica. Quando órgãos do corpo são substituídos ou ajudados através de equipamento auxiliar, a necessidade por fontes de energia segura torna-se imprescindível. Dispositivos (chamados de marcapasso) que são usados para ativar a ação de coração em pessoas que têm dificuldade de sustentar sua batida regular, estão agora sendo projetados para serem alimentados através de geradores termoelétricos. Estes geradores obtêm sua energia de fontes de radioisótopo de baixo nível. Corações artificiais estão agora sendo construídos e irão requerer implantação de fontes de energia .

Outro esquema sob investigação planeja tirar proveito das altas temperaturas operacionais de geradores magnetohidrodinâmico na faixa de 3000 K que utiliza uma parcela do calor desperdiçado para criar compostos de nitrogênio. A esta alta temperatura, nitrogênio combina-se quimicamente com oxigênio, e os óxidos podem ser capturados em solução para fazer ácido nítrico, ou o nitrogênio pode ser reagir com um mineral formar amônia que é facilmente transformada em fertilizantes. O calor desperdiçado nestas instalações de alta temperatura pode também ser utilizado para destilação da água do mar por evaporação.

4. CONvERSÃO DIRETA NO ESPAÇO

Veículos espaciais têm sido os maiores usuários de dispositivos de conversão direta até o momento. Esta área parece que continuará sendo uma das principais estimulantes e consumidoras de geradores de conversão

281


direta. A necessidade de energia elétrica em veículos espaciais varia de alguns watts até um megawatt; esta extensiva faixa de energia requer quase todo tipo de conversão direta de energia como objeto de intensa pesquisa e desenvolvimento.

Os programas espaciais evoluíram consideravelmente desde que o primeiro satélite foi colocado em órbita. Como os propulsores dos foguetes aumentaram o tamanho de cargas úteis que poderiam ser postas em órbita, houve a necessidade de energia elétrica a bordo das naves espaciais, tripuladas ou não.

As necessidades de energia para o espaço podem ser divididas em três áreas principais de interesse: comunicações, exploração espacial tripulada e propulsão elétrica. As predições nas necessidades futuras de energia podem ser feitas para cada uma destas áreas.

Por causa da limitada quantidade de energia que pode ser carregada por naves espaciais, seus transmissores têm necessariamente sido pequenos. Isto acarretou a construção de imensos sistemas receptores. A demanda por mais informações e de qualidade mais alta causarão aumento no número de estações receptoras, como também o aumento de energia necessária para transmissões. A recepção através de sistemas receptores pequenos e baratos não só seria vantajosa dentro dos Estados Unidos mas como também para disseminação de informação para outras áreas do mundo como regiões remotas não acessíveis através de meios convencionais

Os sistemas de propulsão elétricos requererão quantidades grandes de energia.

É interessante colocar em perspectiva somente sistemas atuais de conversão de energia em comparação com os meios mais convencionais de geração de energia.

As células solares estão relativamente avançadas e continuarão dominando cenário do nível de baixa potência por causa da sua simplicidade inerente, alto estado de desenvolvimento, e confiança. Sua relação potência por massa é relativamente baixa, mas como elas não são projetadas para gerar quantidades muito grandes de energia, o peso total delas é geralmente pequeno. Os sistemas de nível de potência maior parecem ser projetados em torno dos reatores nucleares; os sistemas do ciclo Brayton e Rankine não são, naturalmente, sistemas de conversão direta mas são turbogeradores de energia nuclear usando rubídio ou potássio como os seus fluidos de funcionamento.

Para um determinado nível de potência, um sistema espacial de potência deve ser projetado para render aquela potência por um certo período de tempo. Cada um dos tipos principais de sistema de energia


282

- químico, solar e nuclear - mostram vantagens específicas em certas regiões de potência. Sistemas químicos tais como células combustíveis são servidos claramente para missões de pequena duração, considerando que conversores fotovoltaicos retém sua vantagem por missões longas que requerem relativamente pouca potência. Sistemas nucleares, por outro lado, parecem ser capazes de fornecer quantidades grandes de energia por períodos longos de tempo.

Embora o peso seja um importante parâmetro em decidir a conveniência de uma fonte de potência para uma missão particular, outros fatores, como custo, confiança e integração de fonte de potência no veículo, são da mesma maneira importantes. Sistemas de potência por radioisótopos são um caso exemplo, embora eles sejam mais pesados que os sistemas fotovoltaicos para nível de energia menor que 1 kW, eles oferecem vantagens distintas em densidade e estão certamente menos suscetíveis às degradações ambientais; eles podem ser até mesmo menos caros. Outro exemplo pode ser encontrado em sistemas solares cuja utilidade é uma função direta da quantidade de escuridão encontrados em uma missão; consequentemente, a energia solar poderia ser completamente inadequada para missões que encontram noites lunares longas, a menos que alguma provisão para armazenamento de energia no sistema seja feita.

5. SISTEMAS DE CONvERSÂO DIRETA DE ENERGIA

5.1. Geradores Termoelétricos

A busca por um conversor de energia confiável, silencioso e sem partes móveis que transformasse calor em energia elétrica conduziu à consideração de um conjunto de fenômenos chamados de efeitos termoelétricos. Estes efeitos, conhecido por mais de cem anos, permitiram o desenvolvimento de pequenas fontes de energia elétrica auto-suficientes.

Métodos diretos de produção de energia elétrica através de energia térmica usando elétrons ligados em um sólido estão disponíveis e são denominados termoelétricos.

Em metais e semicondutores, elétrons (e buracos, isto é, deficiências de elétron) estão livres para mover-se na banda de condução. Estes elétrons

283


respondem a campos elétricos que estabelecem um fluxo de carga ou correntes. Eles também podem responder a um gradiente de temperatura para acomodar um fluxo de calor. Em qualquer caso, o movimento dos elétrons transporta sua carga e sua energia . Podem ser observados efeitos físicos interessantes no limite de pura transferência de calor ou a aplicação de um campo elétrico porque estes fenômenos são acompanhados por manifestações relacionadas, particularmente a junções de materiais dissimilares onde os elétrons fluem por descontinuidades nos níveis de energia da banda de condução.

A conversibilidade de energia térmica para energia elétrica conduziu ao desenvolvimento de geradores termoelétricos cuja principal vantagem é simplicidade e confiabilidade devido à ausência de partes móveis. Qualquer fonte de calor é satisfatória e muitas foram usadas ou propostas, incluindo reatores nucleares, radioisótopos que sofrem decaimento, e fontes provenientes de combustão.

A Figura 5.1 mostra uma configuração representativa para um gerador termoelétrico onde m unidades em série estão acopladas para gerar uma tensão de saída para a carga de resistência R

L. As pernas que conectam as

junções quente e fria são feitas por materiais semicondutores p e n.

Figura 5.1. Segmento de duas unidades geradoras termoelétricas conectadas em série. FONTE: DECHER, 1997.


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5.2. Geradores Fotovoltaicos

Os Geradores Fotovoltaicos, não realiza conversão de calor para energia elétrica e sim conversão direta de radiação eletromagnética para energia elétrica. Eliminando os passos intermediários de conversão de calor, nós evitamos a limitação de Carnot em eficiência de máquinas térmicas. Por esta razão, os conversores fotovoltaicos oferecem grandes expectativas para desenvolvimento de conversão direta de energia.

As duas principais fontes consideradas para fornecer energia a este tipo de conversor são: (I) radiação de comprimento de onda curta tais como as produzida por radioatividade com comprimentos de onda em torno de 0.01 A; e (2) luz solar cujo comprimento de onda está na faixa de 5000 A .

Como muitos dos princípios nos quais dispositivos de conversão de energia são baseados, os efeitos fotovoltaicos não são uma nova descoberta. Pode-se dizer que teve início em 1839, com Edmond Becquerel e desenvolveu-se até 1954 quando pesquisadores dedicaram-se ao problema de utilizar o efeito fotovoltaico como uma fonte de energia. Naquele ano, vários grupos conseguiram eficiências de conversão de cerca de 6 por cento através de junções de semicondutores do tipo p e do tipo n. Estas junções, comumente chamadas de junções p-n, foram feitas de sulfito de cádmio e silicone. Mais tarde, pesquisadores desta área conseguiram eficiências que se aproximavam de 15 por cento usando junções melhoradas de silicone do tipo p-n.

5.3. Geradores Termoiônicos

Um conversor termoiônico pode ser analisado de pelo menos três pontos de vista diferentes: (I) em termos de termodinâmica pode ser visto como uma máquina de calor que usa um “gás” de elétrons como uma substância de trabalho; (2) em termos de eletrônica ele pode ser visto como um diodo que transforma calor em eletricidade pela lei de emissão termoiônica; (3) em termos de termoeletricidade pode ser visto como um termopar no qual um espaço evacuado ou um plasma deve ser substituído por um dos condutores. Geralmente a análise é feita sendo um conversor termoiônico aquele que opera devido ao fenômeno de emissão termoiônica.

Em sua forma mais simples, um conversor de energia termoiônica consiste em duas superfícies de elétrodos, um dos quais (chamado emissor)

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é mantido a uma temperatura alta, e o outro (chamado coletor) é mantido a uma temperatura mais baixa; eles estão separados por um vácuo ou plasma (Fig. 5.2). Aos elétrons é fornecida energia térmica suficiente no emissor para dar-lhes um tipo de movimento aleatório que encoraje alguns deles a escapar da superfície do emissor. Eles então atravessam o vazio ou plasma que separam o emissor do coletor, entram no coletor, e retornam por uma carga externa ao emissor, produzindo assim energia elétrica.

Figura 5.2. Esquema de um conversor termoiônico como uma máquina térmica. FONTE: ANGRIST, 1977.

5.4. Geradores de Energia Eletrohidrodinâmicos

O Gerador de Energia Eletrohidrodinâmico (EHD) é um meio de explorar as voltagens geradas pela separação entre os elétrons e íons, em uma mistura gasosa, como resultado da ação dinâmica do gás. A quantidade de movimento dos elétrons na máquina de íons e no gerador de EHD é desprezível por causa da baixa massa relativa para os íons. A interação do fluxo EHD é como produzir um dispositivo de conversão com alta voltagem (CC) de saída que limita sua utilidade para aplicações práticas.

Em um gerador EHD, um gás de baixa densidade e baixa temperatura é forçado a passar por uma descarga onde o gás é ionizado. O gás pode ser escolhido para aperfeiçoar as características do processo de conversão. Os íons em movimento no gás são arrastados em direção a um elétrodo coletor que estabelece este dispositivo como uma pilha onde íons se tornam portadores de carga (fluxo) da qual a energia pode ser removida. A seguinte análise unidimensional do gerador (Fig. 5.3) descreve as características gerais do dispositivo que transforma a energia mecânica do fluido em escoamento em energia elétrica. Um sistema de conversão completo deve incluir os meios para produzir o fluxo exigido usando um ventilador ou compressor.


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Figura 5.3. Esquema de um gerador EHD mostrando a descarga/produção de íons, o coletor, e o circuito de carga. FONTE: DECHER, 1997.

5.5. Geradores de Energia Magnetohidrodinâmicos

Em síntese, um gerador Magnetohidrodinâmico (MHD) é um dispositivo de geração de energia que utiliza um fluido condutor movendo-se por um campo magnético. Um fluxo de gás ionizado quente substitui a armação de cobre girando de um turbogerador convencional como é mostrado em Figura 5.4. Em qualquer caso, um bom condutor elétrico é forçado a mover-se por um campo magnético, induzindo desse modo um campo elétrico no condutor; podemos agora retirar energia do campo elétrico induzido por vários métodos. Por causa da conversão direta da energia cinética do fluxo de gás para energia elétrica, o gerador MHD é um dispositivo muito mais simples que seu equivalente convencional. Além disso, por não haver partes móveis quentes e altamente solicitadas, o duto do gerador MHD pode ser construído para controlar as condições do gás que destruiriam uma turbina convencional rapidamente. Consequentemente, centrais elétricas MHD são potencialmente muito mais eficientes que centrais elétricas a vapor.

Figura 5.4. Comparação entre o turbogerador convencional e o gerador MHD. FONTE: ANGRIST, 1977.

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Os condutores gasosos têm mostrado ser a substância de trabalho mais viável para geradores MHD. Estes condutores gasosos são chamados de plasmas aqui definidos como sendo um gás ionizado no qual a presença de partículas carregadas tem influência considerável propriedades elétricas. Um plasma é eletricamente neutro, exceto em regiões microscópicas.

Ionização é um processo endotérmico por meio do qual um ou mais elétrons são retirados de um átomo. Os mecanismos de ionização podem ser classificados em três tipos: (I) processo térmico de ionização que é devido à colisão de partículas agitadas que constituem o gás; (II) ionização causada por irradiação do gás com partículas de alta energia; e (III) ionização cumulativa que é chamada de ionização através de fases. A maioria dos processos de ionização de interesse não são auto-sustentados, conseqüentemente eles têm que ser alimentados de energia continuamente.

Figura 5.5. Esquema de um gerador de gás, bocal, gerador elétrico e arranjo difusor. FONTE: ANGRIST, 1977.

5.6. Gerador Eletroquímico

As reações químicas que resultam em liberação de energia são rearranjo moleculares que envolvem os elétrons das reações dos átomos ou moléculas. Permitindo que a reação proceda de um modo particular, é possível dirigir a “mudança de energia” em uma carga elétrica. Um reator químico na qual ocorra é chamado célula de reação.

Várias combinações de reagentes são satisfatórias para a construção de células cujo propósito primário é armazenar energia elétrica, enquanto outros são adequados para a produção fixa de energia elétrica. As células para conversão irreversível de combustíveis ou reagentes em energia são chamadas baterias primárias ou, mais comumente, pilhas termelétrica ou baterias não recarregáveis (célula seca). Células combustíveis operam como dispositivos de fluxo constante. Baterias secundárias envolvem reagentes


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confinados em um recipiente fechado que sofrem uma conversão reversível para energia elétrica

Células combustíveis são dispositivas de fluxo constante que aceitam combustível e oxidante e produzem os produtos de reação como também energia elétrica de corrente contínua (DC) . Um sistema típico de componentes é mostrado na Figura 5.6, onde o combustível é processado para reduzir o peso molecular e remover compostos inibidores da reação, a célula, e a conversão elétrica à corrente mais utilizada e usual (AC) [12].

Algumas das vantagens dos sistemas de células combustíveis são:

- Alta eficiência: sem a limitação de Carnot ; dentro dos limites de capacidade, eficiência insensível à taxa de alimentação de combustível, eficiência elevada por parte da energia;

- O desempenho é insensível à escala da planta o que significa que a planta pode ser construída incrementalmente que, por sua vez, implica em custo reduzido de investimento de capital durante a construção;

- Sensível à carga por meio de mudança na taxa de alimentação de combustível;

- Planta modular - pode ser localizada próximo aos usuários para utilização de calor desperdiçado;

- Construção modular ajustado em fábrica - evita problemas de controle de qualidade associados com a montagem de campo;

- Baixa emissão de ruído; e

- Baixa emissão de poluentes químicos [12].

Figura 5.6. Sistema de energia em célula combustível. O condicionamento de energia engloba a conversão da energia em CA. FONTE: DECHER, 1997.

A maior parte da energia que a população da terra utiliza é derivada na maior parte das vezes inicialmente da energia armazenada dentro das ligações químicas de combustíveis de hidrocarbonetos tais como o carvão,

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a gasolina, e o gás natural. Quando esta energia é convertida em energia elétrica, a maior parte dela, de acordo com a segunda lei da termodinâmica, deve ser descartada. O processo de conversão de energia transforma a energia que foi armazenada de uma maneira altamente ordenada nas ligações químicas em energia associada com grande desordem após o processo da combustão. A quantidade máxima de potência útil que poderia ser obtida desta energia agora é a mesma que uma máquina de Carnot obteria se operasse entre a temperatura na qual a energia foi liberada e, em geral, a temperatura natural dos arredores. Em uma planta de energia real, os vários processos de conversão limitam a eficiência térmica global do sistema.

A célula combustível é um dispositivo eletroquímico no qual a energia química de um combustível convencional é convertida diretamente e eficazmente em baixa voltagem, energia elétrica de corrente contínua. Um das vantagens principais de um tal dispositivo é que na conversão, que pelo menos teoricamente pode ser realizada isotermicamente, a limitação de Carnot sobre eficiência não se aplica. Uma célula combustível é descrita freqüentemente como uma bateria primária na qual o combustível e oxidante são armazenados externos à bateria. Os componentes da bateria (elétrodo e eletrólito) não são consumidos no processo de conversão de energia. O princípio que está por trás de qualquer reação de combustão, é o mesmo, não importa se é uma célula combustível ou uma máquina térmica. A reação de combustão envolve uma transferência de elétrons das moléculas de combustível para as moléculas de oxidante. Na máquina térmica, combustível e moléculas de oxidante estão intimamente misturadas de forma que elétrons passem diretamente de moléculas de combustível a moléculas de oxidante. A célula combustível é um dispositivo que impede as moléculas de combustível de se misturarem com as moléculas de oxidante, permitindo, porém, a transferência de elétrons por um caminho metálico que pode conter a carga [9].

6. CONCLUSõES

Uma das medidas da importância de uma nação é sua capacidade de produzir energia. Toda a energia no planeta é proveniente do Sol e dos materiais radiativos ainda existentes. A humanidade depende cada vez mais de energia e não pode deixar de estudar qualquer possibilidade de


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obtê-la. Os processos de conversão direta permitem uma alternativa de uso a ser explorada em maior profundidade. Concomitantemente, devem ser avaliados os impactos ambientais relacionados.

7. REFERÊNCIAS

ANGRIST, Stanley W.; Direct Energy Conversion; Allyn and Bacon, Inc.; 1977; EUA; third edition

DECHER, Reiner; Direct Energy Conversion: fundamentals of electric power production; Oxford University Press, Inc; 1997; EUA.

Resumos de TRabalhos de ConClusão de CuRso ePRojeTos InTegRadoRes


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Curso de Arquitetura e Urbanismo(2010.2 e 2011.1)

SPA EM NOVA IGUAÇU marina gouveialiane Flemming (orientadora)

Resumo: atualmente, o nível de stress vem aumento de forma considerável na vida do ser humano, surgindo pessoas cada vez mais indispostas e ate mesmo com doenças de diversos gêneros, sendo necessário que as mesmas obtenham um equilíbrio interior, contemplando a parte emocional e física, aprendendo assim a lidar com os problemas do dia a dia. Por esses principais motivos a proposta é um projeto de um sPa em nova Iguaçu, um centro de bem estar, lazer e equilíbrio pessoal. o spa possui diversos blocos, sendo o principal o de consultas e terapias, na parte posterior do terreno está localizado o bloco de terapias com água e piscina e existe um no centro do terreno para a alimentação e cursos. Para os clientes que queiram ficar isolados do dia-a-dia, é possível se hospedar no spa, pois ele oferece um bloco com atendimento de hospedagem. o complexo ainda possui blocos de serviço, para os funcionários e a administração.

PalavRas-chave: sPa, equilíbrio, stress.

CENTRO CULTURAL Rafael leôncioliane Flemming (orientadora)

Resumo: o projeto final teve como base os problemas sociais que hoje o brasil ainda enfrenta e propõe o projeto de intervenção na área da antiga estação de trem na cidade de Imbariê, município de duque de Caxias no Rio de janeiro, com intenção de proporcionar a população local e adjacente, melhorias na qualidade de vida, lazer e interação cultural para esta região, que não possui meios e acessos para tais manifestações artísticas. o estudo para o projeto de um centro de educação e cultura em Imbariê tem como proposta o desenvolvimento de um projeto de arquitetura de duas edificações que serão implantadas na estação de trem que fica em frente à praça principal de Imbariê que também sofrerá uma intervenção em seus jardins e percursos.

PalavRas-chave: Revitalização, Centro Cultural, estação de Trem.

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REVITALIZAÇÃO URBANA EM MARECHAL HERMES sabrina dutraCristina malafaia Caetano stramandinoli (orientadora)

Resumo: este trabalho visa realizar a revitalização urbana da área norte do bairro de marechal hermes, zona norte do Rio de janeiro, que não participou de nenhuma das etapas do Projeto Rio Cidade que ocorreu na região. o tema em questão é revitalizar, e para isso foi realizada uma análise detalhada no bairro, inventariando suas principais necessidades, identificadas por: espaços de recreação e lazer diferenciado para todas as idades, locomoção de pedestres e ciclistas que circulam pela região com objetivo de transporte e lazer, bicicletários, reestruturação do comércio informal, mobiliários e equipamentos urbanos, passarelas para transposição da linha férrea e acessos a zona sul do bairro, e estudos paisagísticos e urbanos para adaptação da estrutura física das praças da região e entornos para todos os perfis de usuários, incluindo os portadores de necessidades especiais.

atendendo a demanda identificada, será proposta a construção de uma ciclovia e pista de caminhada para facilitar a circulação e garantir o lazer, aproveitando em parte do seu percurso, o fechamento do rio existente (rio Tingui), o centro do bairro será equipado com mobiliário urbano e sinalização aérea, as três praças existentes serão reformadas transformando-se em grandes áreas de esporte e lazer.

o objetivo é tornar o local mais atrativo e seguro, aumentar o movimento, e fazer com que quem circule consiga se situar dentro do espaço e do contexto.

além disso, melhorar a qua l ida de de v ida dos moradores e visitantes para que estes tenham em seu próprio bairro áreas de entretenimento com qualidade. Pretende-se manter o espaço e traçado


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urbano existente, reformando-o e construindo novos ambientes de lazer em áreas que hoje já seriam destinadas para essa prática, mas sem nenhum cuidado ou projeto. o projeto visa revitalizar todo o ambiente urbano, integrando-se a paisagem e edificações locais.

ESTAÇÃO METRO-FERROVIÁRIA juliana barcellosliane Flemming (orientadora)

Resumo: Tendo como objetivo proporcionar melhorias para a cidade do Rio de janeiro, sob influência da proximidade dos jogos olímpicos e a Copa do mundo, destaca-se a área de são Cristóvão com enfoque na estação de trem e metrô. devido ao crescimento acelerado do movimento na região, nem a estação de trem e nem o metrô são capazes de atender as necessidades dos clientes. essa estação existente funciona como um grande terminal intermodal e sem estrutura para tal, pois é desconfortável e inadequada a quantidade de fluxo existente. a nova estação de trem é o tema do projeto e nela foram planejados todos os serviços de um terminal de trem e mais outros serviços de alimentação, comércio e esportivo. os acessos à estação também foram estudados e novas propostas foram feitas de modo a resolver os problemas detectados. o novo projeto da nova estação foi implantado sobre a estrutura existente das plataformas da estação de são Cristóvão.

PalavRas-chave: Revitalização, nodal, Terminal Passageiros, Trem

NOVA RONCALI:INTERVENÇÃO URBANAEM BELFORD ROXO Ismael alves souza Filhogustavo jucá (orientador)

Resumo: Propõe-se um projeto de Intervenção urbana independente de suas causas e efeitos. É necessário que se conheça um conjunto de informações resultantes de uma profunda análise da área em questão que indiquem demandas da estrutura da cidade que precisam ser adequadas ao presente. Com a finalidade de atribuir particularidade ao lugar, a metodologia adotada defende a idéia de implantar de forma cíclica conceitos de intervenção urbana sem remoção, em sargento Roncali, sub bairro de são Vicente em belford Roxo.

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a opção por belford Roxo como objeto de trabalho de conclusão do curso se justifica por uma pesquisa sócio econômica e levantamento físico dos moradores a beira do rio botas, encomendados pelo Inea a Fundação bento Rubião, para as obras do Projeto Iguaçu no qual o autor atuou como estagiário de arquitetura.

neste período de quase 18 meses de levantamentos e pesquisas, foi observado não somente sargento Roncali, mais em todo o município de belford Roxo a carência de serviços de Infra estrutura tais como: esgotamento sanitário, Calçamento, asfaltamento das Vias, abastecimento de Água, Coleta de lixo (um dos maiores problemas encontrados) e drenagem. na maioria dos bairros quando chove muito, as casas alagam em virtude do transbordamento dos rios da região. o Projeto Iguaçu surgiu com a finalidade de acabar tais problemas na região, mas o que se notou até o presente momento é que com exceção da especulação imobiliária pouco se alterou, apesar de algumas obras realizadas em toda a extensão dos rios que circundam o município. outro grande problema detectado foi que não existe qualidade de vida tanto no que tange habitação quanto a lazer. no momento a prefeitura não possui nenhum projeto de caráter ambiental, outra reivindicação da população.

a preocupação como formando em arquitetura e urbanismo neste projeto foi a de propor uma intervenção em sargento Roncali, através de uma nova leitura do espaço urbano não somente para área, mas também para todo o município de belford Roxo, estabelecendo um padrão de urbanização, valorizando o trinômio: qualidade de vida, lazer e preocupação com o meio ambiente. Com este projeto busca-se a demonstração de que é possível aliar qualidade de vida com baixo custo de implantação.

o diferencial da metodologia do projeto é a geração de empregos para a população local e a qualificação profissional dos mesmos, através da criação de centros de formação profissional, um do senaC e outro do senaI, assim como dois grandes pólos geradores de economia: o Pólo de moda com a finalidade não somente de formar profissionais voltados para o mercado, mas também com a criação de espaços para a comercialização dos produtos produzidos pelos alunos e comerciantes ali instalados; e o pólo gastronômico que além das mesmas funções do Pólo de moda, será equipado com restaurantes, bares e cinemas fornecendo uma melhoria na qualidade de vida dos moradores.

outro grande equipamento gerador de emprego deste projeto será a arena multiuso, local que servira para abrigar diversas atividades de shows, peças teatrais, atividades esportivas, etc. a arena multiuso contará com outros


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equipamentos de apoio e será o grande equipamento de lazer e serviços para além de sargento Roncali, alcançando todo o município de belford Roxo, e as cidades próximas.

Projeto Implantado

Área de Intervenção

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CENTRO DE CONVÍVIO E CAPACITAÇÃO DE PNESIsabelle Passinato Khalilgustavo jucá (orientador)

Resumo: Para as pessoas sem problemas de locomoção as barreiras passam despercebidas, mas nossa arquitetura é injusta para com a população que possui algum tipo de deficiência. esses obstáculos quando presentes em empreendimentos segregam e discriminam essa considerável parcela da população, negando-lhes a possibilidade de usufruir.

em decorrência disso, raramente se vê um deficiente físico em locais públicos. o que se pensa é que os deficientes são uma minoria tão grande que não se justifica tanto investimento em adaptações, equipamentos e acessos exclusivos.

são poucas as cidades que o Código de obras prevê normas que garantem aos deficientes livre trânsito nas vias públicas e acesso às edificações de uso comunitário.

Para isto, pretendemos colaborar na diminuição destes problemas, através da criação deste grande Centro de Convívio e Capacitação para pessoas portadoras de necessidades espaciais, oferecendo atividades e cursos de capacitação ao qual eles possam desenvolver fora do Centro, buscando uma vida “normal” além do incentivo e uma integração maior dessa população com a sociedade atual.

nosso intuito nessa proposta arquitetônica é mostrar que podemos e devemos projetar de maneira que seu uso possa ser estendido a todas as pessoas portadoras de deficiências físicas e sensoriais, fazendo com que elas possam assumir responsabilidades e exercer direitos iguais aos de todos os nossos membros da sociedade.

o principal parceiro deste Centro de Convívio e Capacitação para Portadores de necessidades espaciais será o sistema FIRjan (Federação das Indústrias do estado do Rio de janeiro).

Como parceiro, o centro contará com a força e a credibilidade do sistema FIRjan, reconhecido em todo o estado pelas ações que realiza para superar, cada vez mais, as expectativas de crescimento das empresas. essa parceria proporcionará ao centro a visibilidade necessária para conscientização da sociedade na inclusão dos portadores de necessidades especiais através do seu engajamento no programa proposto.


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CENTRO DE CULTURA ECONVENÇÕES ABELARDO BUENO Cecilia leles de Rezendemirian Keiko Ito Rovo de souza lima (orientadora)

Resumo: o Centro de Cultura e Convenções abelardo bueno, localizado no bairro de jacarepaguá, Rio de janeiro/Rj trata-se de um complexo multiuso que abrigará um centro de convenções para empresas nacionais e multinacionais, bem como salas de cinemas para serem utilizadas pelos moradores que vivem próximo ao local. o tema foi proposto visando atender a demanda por este tipo e porte de empreendimento na região da baixada de jacarepaguá. em contraponto ao Rio Centro, que atende especialmente a grandes eventos, o Centro de Cultura e Convenções oferecerá salas para pequenas e grandes convenções, salões para exposições, feiras e eventos de pequeno e médio porte. a principal característica do empreendimento é a flexibilidade de seus espaços. o projeto atenderá os eventos relacionados à Copa do mundo de 2014 e os jogos olímpicos de 2016, uma vez que a sua localização está bem próximo ao Parque olímpico Rio 2016.

Planta de situação Implantação

Vista lateral

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PROJETO DE INTERVENÇÃO NO RECREIO DOS BANDEIRANTES E REVITALIZAÇÃO NO CANAL DAS TACHAS martia lunardi b. bastosmirian Keiko Ito Rovo de s. lima (orientadora)luís Cesar P. do amaral (Co-orientador)

Resumo: o bairro do Recreio dos bandeirantes atualmente apresenta um enorme crescimento, a expansão da cidade está toda voltada para a região, e sua especulação imobiliária é enorme. ao mesmo tempo, ainda existem ruas sem alinhamento adequado, falta de segurança para ciclistas e pedestres, não há um espaço público de integração social com centro gastronômico, e comunidades ocupam terrenos valorizados causando desordem urbana.

O Projeto de Intervenção do Canal das Taxas e Revitalização no Recreio dos Bandeirantes tem como objetivo principal trazer melhorias na qualidade de vida dos moradores das comunidades carentes, e para os moradores de classe média e classe média alta, que irão se beneficiar com o sistema cicloviário que permitirá o acesso em segurança para a praia e também para a Praça Cultural, que faz parte do projeto.

a Praça será um lugar de incentivo à cultura, disponibilizando obras de arte, que se misturarão com o tratamento paisagístico dado ao local, buscando explorar sempre a beleza natural da região. além de ser um lugar para contemplação, a Praça Cultural também abrigará seis estabelecimentos gastronômicos que terão a função de integrar os moradores da região, tornando-se também um atrativo turístico.

o Projeto também proporciona a integração multimodal entre o sistema cicloviário e os terminais de ônibus e vans do Pontal que também fazem

Vista Frontal


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parte do projeto. Com isso, pode-se explorar o cicloturismo na região, uma vez que temos as praias mais selvagens como potencialidade, além do Canal de sernambetiba,a própria Praça Cultural, qua fará parte do trajeto e fará um eixo com o Parque municipal Chico mendes.

Terminal de Vans e Ônibus – Perspectiva

Praça Cultural – Perspectiva

Praça Cultural - Implantação

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REURBANIZAÇÃO DA ORLA DO DISTRITO DE JACONÉ – MUNICÍPIO DE SAQUAREMA Raphael Fernandes moraisluís Cesar Peruci do amaral (orientador)

Resumo: a escolha do local e do tema do projeto se deve a importância do distrito de jaconé, situado no município de saquarema, como importante pólo turístico da Região dos lagos. o distrito ainda é bastante carente em infra-estrutura. entretanto, a procura por suas praias, que são ideais para a prática do surf e da pesca, tem sido cada vez maior. o projeto busca valorizar os espaços públicos do lugar, pensando de forma integrada a urbanização da orla, a criação de equipamentos urbanos fundamentais para a consolidação de áreas turísticas, a hierarquização viária e da circulação distrital, a criação de áreas públicas destinadas à venda de artesanato, à alimentação e à proposição de eventos culturais locais.nesta direção, e com especial atenção à legislação local de ordenamento territorial e as normativas ambientais, o trabalho articula o pensamento sobre o espaço urbano através da criação de vias coletoras e arteriais, que possibilitam a dispersão do fluxo do núcleo central em ocasiões festivas e marca o acesso ao distrito. de outro lado, serão desapropriadas áreas livres e apropriados espaços públicos para implantação dos seguintes equipamentos coletivos: área 01 – praça dedicada à realização de shows locais, alimentação e venda de artesanato. esta área abrigará um centro de informações e apoio ao turismo; área 02 – nesta área foi desenvolvida uma micro-rodoviária distrital, que será o terminal de embarque e desembarque de passageiros intermunicipais, com destino ao distrito de jaconé. Foi criada uma grande rótula, que viabilizará as alternativas de fluxo através de novas vias coletoras propostas; área 03 – praça destinada à abrigar um pólo dedicado à moda de praia e ao surf. será localizado, nesta praça, que é cortada pela via mais importante do distrito, com uso predominantemente comercial, um pólo gastronômico e equipamentos como o anfiteatro ao ar livre para a realização de eventos e festividades locais; área 04 – parque ecológico que, voltado à prática de atividades ambientalmente sustentáveis, servirá como limite do distrito, evitando a conurbação urbana futura com as demais áreas de saquarema. abrigará, ainda, o camping do distrito de jaconé.

PalavRas-chave: Intervenção urbanística, Planejamento Integrado; Parque ecológico; espaços de uso turístico; Paisagem urbana; Projetos de orlas.


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Plano de Intervenção – escopo da proposta.

Área 01. Praça de artesanato, posto de informações turísticase orla da praia de jaconé-saquarema.

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Área 03. Praça-mercado: dedicada ao surf e moda e praia. local para alimentação e shows ao ar livre.

marco de entrada no distrito de jaconé – saquarema (perfil de vias).

Área 02: Terminal rodoviário distrital – jaconé-saquarema.


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urbanização da or la da lagoa – proposta de criação de via ao longo da orla

RODOVIÁRIA PAVUNA Caroline magalhãesliane Flemming (orientador)

Resumo: a proposta é o projeto para um novo terminal de passageiros de ônibus já existente na Pavuna, a partir de um conceito simples e no local já conhecido e frequentado pelos usuários. através da arquitetura, a ideia é trazer elementos expressivos, mas com cuidado para não assustar os usuários do antigo terminal e transformar o espaço a partir de uma forte identidade e expressão inovadora, destoando do entorno imediato e adequado às necessidades da população local, observada a partir de entrevistas feitas no local com os moradores do bairro. Favorecer os acessos e fluxos dos pedestres e dos ônibus, agregando os pontos os pontos finais existentes no entorno, sob uma mesma cobertura e ainda oferecer diversos serviços como alimentação e o Poupa Tempo, serviço este que está sendo implantado na baixada Fluminense – Rj.

PalavRas-chave: Revitalização, Terminal Rodoviário, Fluxo, Forma orgânica

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Curso de Ciência da Computação(2010.2 e 2011.1)

anÁlIse de FeRRamenTas de geRenCIamenTo de ConTeÚdo aTRaVÉs de um esTudo de Caso lygia Ramos nettoÉrica Ribeiro de oliveira (orientadora)

Resumo: este trabalho apresenta um estudo sobre gestão de conteúdo e as ferramentas utilizadas para automatizar esse processo. são apresentados os conceitos básicos e os problemas encontrados na gestão tradicional de conteúdo. a solução apresentada para esse problema são as ferramentas denominadas Content management systems (Cms – sistemas de gerenciamento de Conteúdo). a quantidade de ferramentas Cms existentes é muito grande, então, este trabalho realiza uma análise comparativa entre as ferramentas mais usadas atualmente. essa análise baseou-se em algumas características dessas ferramentas. os resultados dessa análise comparativa forneceram orientação para propor melhorias e mudanças de cenários do site http://www.wordpress.org, que utiliza o sistema gerenciador de conteúdo Wordpress. dessa forma, as melhorias foram propostas com a utilização de sistemas gerenciadores de conteúdo alternativos.

PalavRas-chave: sistemas de gestão de conteúdo, Cms, análise comparativa.

ERP NAS EMPRESAS: ANÁLISE DE CASOS NA IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE INTEGRAÇÃO. marcelo C. FernandesCamila m. de oliveiraCarlos eduardo g. de magalhães (orientador)

Resumo: atualmente há um alto investimento na área de Tecnologia da Informação (TI), especialmente em sistemas de gestão empresarial (eRP). o eRP (enterprise Resource Planning) corresponde a um sistema de Informação Integrado, separado por vários departamentos que se comunicam e atualizam a mesma base de dados. Contudo, esse alto investimento não é garantia de total sucesso. o presente estudo tem como escopo tratar dos aspectos positivos e negativos da Implantação do eRP nas empresas nacionais. Pelo presente, observar-se-á quais foram as mensurações realizadas por três empresas nacionais através de análise documental dentro do contexto


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adotado. delinear-se-ão dimensões dentro do acervo teórico escolhido para o estudo da importância de se integrar as informações entre usuários de um mesmo sistema. a pesquisa consistiu de três estudos decasos, contemplando diferentes fontes de dados, como entrevistas à usuários e gestores, pesquisa documental, observação e questionários, e onde se propôs o sistema de eRP saP. os dados foram analisados mediante uma analise qualitativa de conteúdo, onde concluiu-se que o eRP saP utilizado pelas empresas apesar de não agradar a todos e provocar grandes mudanças para a empresa e seus funcionários, melhorou a eficiência operacional das mesmas e as tornou mais competitivas atingindo seus objetivos principais.

PalavRas-chaves: eRP (sistemas Integrados de gestão empresarial, sI (sistema de Informação), saP R/3 (sistemas, aplicações e Produtos em Processamento de dados).

SISTEMA DE AUXÍLIO À ALOCAÇÃO DE PROFESSORES (SAAP) diogo henrique j. de almeidagabrielle das Chagas azevedoThiago R. barreto, neury n. Cardoso (orientador)

Resumo: o presente trabalho abordou o desenvolvimento de um sistema voltado para o auxilio a alocação de professores e formação de disciplinas/turmas, o saaP. Visando agilizar o processo de alocação de professores, foi proposto desenvolver um sistema, onde a formação de turmas de acordo com a disponibilidade do professor possa ser realizada através deste, na tentativa de iniciar uma automatização parcial para tais procedimentos. o objetivo maior do trabalho foi encontrar a melhor maneira possível para se desenvolver uma ferramenta que torne mais ágil tais processos, montando-se grades de horários, para os respectivos períodos letivos, obtendo maior desempenho nesta atividade, que hoje se realiza manualmente. utilizou-se como metodologia pesquisas em artigos científicos, pesquisas bibliográficas e em outros projetos similares, foi utilizada a linguagem uml para a modelagem do sistema e tecnologias como a linguagem de programação PhP para desenvolvimento do sistema. o trabalho apresenta a base para uma solução que automatizará completamente o procedimento de alocação de professores, onde uma nova ferramenta possa auxiliar tal processo, tornando-o mais eficaz, espera-se que o mesmo possa ser utilizado em universidades como um sistema padrão para o presente tema.

PalavRas-chave: lógica matemática, Programação, desenvolvimento Web

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ESTUDO NA CRIAÇÃO DE APLICAÇÕES INTERATIVAS COM REALIDADE VIRTUAL, UTILIZANDO TÉCNICA DE ESTEREOSCOPIA NA FERRAMENTA BLENDER eduardo m. Rochamarcelo de menezes g. Pereiraantônio Carlos a. mol (orientador)

Resumo: este trabalho tem por objetivo apresentar o estudo de uma ferramenta baseada em licença gnu general Public license para a construção de objetos 3d e ambientes interativos usando a técnica de geração de imagens de forma estereoscópica.

Inicialmente apresentamos uma abordagem sobre os conceitos de geração de imagens em estéreo e em seguida um detalhamento sobre a utilização da ferramenta blender abordando suas características e usabilidade. abordamos então a criação de um protótipo, usando a ferramenta, contemplando desde a modelagem do objeto 3d até a renderização com imagens geradas em estéreo.

a utilização do software blender tem por objetivo demonstrar seu potencial de utilização dentro do contexto de realidade virtual com estereoscopia. Identificamos como pontos fortes a geração de imagens em estéreo de forma nativa, ferramenta completa de modelagem 3d e linguagem de programação visual de fácil utilização (logic bricks). Como ponto fraco identificamos a impossibilidade de configuração de dois parâmetros importantes na geração de imagens em estéreo, a configuração de ponto focal e distância entre olhos.

PalavRas chave: estereoscopia, Realidade virtual, blender

LMR - SISTEMA GERENCIADOR DE DOCUMENTOSluciana C. de andrademariana Caroli de souzaRamya F. mafortjonh edson R. de Carvalho (orientador)

Resumo: a maneira primária de conseguir informação contida em documentos é inspecionar todos os documentos, um a um, até que sejam encontrados todos os documentos com as informações desejadas. soluções tecnológicas surgem para substituir a tradicional organização de arquivos em pastas para catalogá-los. o


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gerenciamento eletrônico de documentos – ged surge como ferramenta para obtenção de informações de forma rápida, consistente e precisa. através deste sistema economiza-se tempo na busca de documentos, o que potencialmente simboliza economia de tempo aliada à eficácia na recuperação de documentos relevantes aos usuários de sistemas de informação. enfatiza que além de ser uma ferramenta para redução de espaço físico e acesso simultâneo a documentos, o ged tem como principal foco a agilidade na obtenção de informações, auxiliando na tomada de decisões. neste processo, entendemos que a construção e manutenção de índices de um sistema de recuperação de informação devem ter uma atenção especial, pois estes representam o caminho mais rápido e eficaz entre usuário e informação.

PalavRas-chave: Recuperação de Informação, gerenciamento de documentos, banco de dados.

ESTUDO DE VIABILIDADE DO MySQL-CLUSTER Carlos m. g. souzaThiago s. dias, Felipe a. PintoClaudio a. Passos (orientador)

Resumo: apesar do avanço tecnológico é possível encontrar empresas que utilizam sistemas online centralizados como a forma principal de automação depende de apenas de um servidor para permanecer em funcionamento, com isso é fácil encontrar sistemas fora do ar, infelizmente o uso de sistemas distribuídos tem um custo relativamente alto é mais caro de se utilizar e existe uma escassez de profissionais qualificados. o objetivo deste trabalho e demonstrar a viabilidade técnica de implantação do mysQl-Cluster como um bdd. (banco de dados distribuídos) o mysQl-Cluster é um sistema de replicação de dados onde cada nodo funciona de forma independente, replicando as informações dos nodos adjacentes afim de garantir que o sistema permaneça online caso haja algum problema que comprometa um dos nodos do cluster.

PalavRas-chave: bdd; mysQl-Cluster; Replicação.

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Curso de Engenharia Civil (2010.2)

SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR DEÁGUA DE BAIXO CUSTO PARA RESIDÊNCIASCarlos arthur Pereirasergio gavazza (orientador)

Resumo: neste trabalho, é apresentado o projeto de um sistema para aquecimento solar de água de baixo custo para uso residencial. o equipamento é projetado para utilizar materiais alternativos, de custo reduzido. os processos de fabricação são simples, práticos e não necessitam de ferramentas sofisticadas. o projeto apresenta um esquema de instalação, lista de materiais para a montagem do sistema e instruções para a fabricação de todas as peças. o equipamento foi instalado em uma residência e seu funcionamento foi avaliado utilizando-se equipamentos para a medição de temperatura na entrada e na saída da água. os resultados obtidos constam do trabalho. são apresentados fotografias e esquemas ilustrativos de todos os passos de montagem, instalação e teste do equipamento para que o mesmo possa ser replicado, sem problemas, por pessoas interessadas em fabricar o equipamento.

PalavRas-chave: aquecimento de água, materiais alternativos, Residências

Curso de Engenharia deControle e Automação (2010.2 e 2011.1)

BANCADA DE SIMULAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAISedson lopes nunesleandro suhett FernandesThiago Rodrigues marçalFabio salgado gomes sagaz (orientador)

Resumo: este projeto foi desenvolvido pela necessidade de aprimorar o conhecimento dos alunos em sala de aula, facilitando o aprendizado.o mesmo e constituído por alguns componentes que servem para aulas específicas como:

1. Aulas de supervisório.


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nesta aula o professor poderá fazer uso da bancada de simulação de processo industrial que utiliza o supervisório (elIPse e3). este supervisório é conhecido por ser um software de uso amigável, facilitando assim os alunos a interagir com o mesmo.

2. Aula de automação.

nesta aula os professores podem utilizar o ClP da mitsubishi FX2n 16mR que pode ser programado para executar programas de até 8 entradas digitais e 8 saídas digitais. os professores também podem contar com o cartão analógico FX0n3a da mitsubishi existe a capacidade de desenvolver processos com variáveis analógicas, a capacidade é de 2 entradas analógicas, que podem ser configuradas para corrente (4...20ma) ou para tensão (0...10V).

3. Aula de instrumentação.

nesta aula os professores podem utilizar os instrumentos do processo da bancada como:

• PT100 - no projeto utilizado pra simular variável de temperatura.• Inversor de freqüência - a bancada também possui um inversor de

freqüência, o a200 da mitsubishi que pode ser integrado ao ClP para simulação de malha de controle de velocidade.

• Conversor R/I – este conversor é responsável por converter o sinal de resistência do PT100 para 4-20ma.

sendo assim a bancada de simulação de processo industrial abrange uma vasta área de ensino na universidade, facilitando e dinamificando as aulas.

PalavRas-chave: bancada didática; simulação de processo

ROBÔ AUTOMÁTICO PARA USO DIVERSOSeverton s. Portellajoão VasconcellosRodolfo l. n. georgiiFabio s. g. sagaz (orientador)

Resumo: na sociedade atual, é crescente a necessidade de realizar tarefas com eficiência e precisão. existem também tarefas em que a ação humana é difícil, arriscada e, até mesmo, impossível como no fundo do mar ou em meio à imensidão do espaço. Para executá-las, faz-se necessária a presença de dispositivos mecatrônicos (robôs), que realizam-nas sem risco

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de vida. a robótica é a área que se preocupa com o desenvolvimento de tais dispositivos e através desse pensamento surgiu a hipótese de desenvolver um mecanismo robótico que tem como objetivo auxiliar os seres humanos. Visando a implementação de um sistema autônomo, identificou-se a possibilidade de desenvolver um robô para executar tarefas controlado automaticamente por um sistema operacional auxiliado por sensores. a definição de robô móvel diz que é um dispositivo mecânico montado sobre uma base não fixa que age sob controle de um sistema computacional, equipado com sensores e atuadores que o permite interagir com o ambiente. o projeto é composto por uma base móvel autônoma e braço robótico, onde a base que tem capacidade de desviar de objetos e buracos, analisar o nível de gás metano no ar, o nível de luminosidade e infravermelho no ambiente e braço robótico manipulador com função de transportar objetos, ferramentas e peças em um ambiente. Para o projeto foi construído uma braço robótico de configuração articulada com 5 graus de liberdade. Foram utilizados servos motores para a movimentação de todo o conjunto de juntas robóticas e os elos foram feitos de polipropileno.

PalavRas-chave: Robô, braço Robótico

Curso de Engenharia Elétrica(2010.2 e 2011.1)

ACOPLAMENTO DE UM GERADOR CA À REDE ELÉTRICA APARTIR DO CONTROLE DE UM MOTOR CC anderson F. dos santosantonio R. R. da silvajosé o. R. P. guimarães (orientador)

Resumo: este artigo tem o intuito de descrever o projeto desenvolvido pe-los autores para atender aos requisitos necessários à conclusão da gra-duação em engenharia elétrica na universidade gama Filho. o trabalho consiste basicamente no projeto de um sistema de controle dedicado ao gerenciamento da partida de um motor cc até que se alcancem os parâ-metros necessários ao acoplamento de um gerador ca à rede trifásica da concessionária local.este projeto não visa à inserção de carga no gerador, visto a complexidade, as normas e leis que fundamentam o paralelismo de geradores a rede de distribuição. o conjunto motor-gerador encontra--se instalado no laboratório de máquinas elétricas II da universidade


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gama Filho, campus Piedade.o sistema a ser implementado foi inspira-do por projetos realizados anteriormente no qual, apresentaram falhas de operação não diagnosticadas, com isso foi necessário adotar uma nova abordagem de projeto para torná-lo funcional.novos circuitos para o controle do motor, excitação do gerador e acoplamento do conjunto gerador-rede foram desenvolvidos. estes circuitos foram desenvolvidos a partir de componentes discretos e circuitos integrados. não foram utiliza-dos circuitos microcontrolados com o intuito de manter a mesma filosofia dos projetos anteriores.É importante ressaltar que este projeto também possibilita consolidar o entendimento do alunato de engenharia nas áre-as de eletrônica digital e analógica, Controle automático e máquinas elétricas, como mencionado pelos predecessores deste projeto.

PalavRas-chave: acoplamento, motor CC, gerador Ca, aoP, multivibradores.

CASA INTERATIVA Cristiano da silva PradoRaphael santos da silvajosé o. R. P. guimarães (orientador)

Resumo: o presente trabalho tem como objetivo apresentar conceitos sobre a automação residencial, realizando uma profunda análise e pesquisa no que diz respeito ao quanto cada elemento pode ser interativo, automático e/ou manual, demonstrando de forma teórica e prática como estes dispositivos podem de alguma forma melhorar a vida do homem moderno, que de modo geral, a cada dia que passa se torna mais exigente e crítico. demonstrar que estes dispositivos já podem ser adquiridos por todas as classes sociais, visto que existem diversos níveis de automação residencial e que é possível ser criado um projeto para atender a cada perfil de cliente. este trabalho também terá uma visão holística quantos aos aspectos referentes ao meio ambiente, segurança, saúde, em principal para a sustentabilidade, já que atualmente este é o maior desafio do engenheiro, ou seja, projetar e construir objetos que sejam ecologicamente corretos, por um preço justo, com a melhor qualidade possível, no menor prazo.

PalavRas-chave: automação, Residências, domótica, Interatividade.

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CONEXÃO DE PEQUENAS CENTRAIS GERADORAS AO SISTEMA ELÉTRICO alexandre m. s. silveiraCarolina F. Torresjoão C. o. aires (orientador)

Resumo: o presente trabalho tem como objetivo estudar Conexões de Pequenas Centrais geradoras de energia elétrica à rede de baixa Tensão, bem como os procedimentos, a viabilidade técnica, financeira e operacional, levando em consideração as recomendações dos órgãos reguladores, normas de segurança e autoridades competentes.

o trabalho também apresenta sugestões de procedimento para a implantação em baixa Tensão, já que para esse nível de tensão não existem normas específicas. as sugestões visam à facilitação da implantação e a redução das questões burocráticas e técnicas, tentando fazer da concessionária de energia local o elo entre o governo e o consumidor final. Por ser justamente ela hoje a detentora dos cadastros e perfis consumidores, sua participação é de suma importância para a implantação técnica e operacional de maneira segura e produtiva.

as fontes de energia elétrica estudadas a serem conectadas ao sistema serão de origem eólica e solar Fotovoltaica, pois são renováveis, limpas, abundantes e possuem relativa facilidade para serem implantadas em todo o território nacional brasileiro.

o trabalho apresenta modelos de implantação de geração de energia elétrica alternativa (eólico, solar fotovoltaico e híbrido) para um cliente residencial, objetivando a redução dos custos de energia elétrica junto à concessionária e contribuindo para o cumprimento de tratados internacionais que visam a redução da emissão de poluentes, de custos com a implantação de usinas e de demais causadores de impacto ambiental

PalavRas-chave: energia alternativa, Procedimentos, Conexões


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CONTROLE DE VELOCIDADE MICROPROCESSADO PARA ACOPLAMENTO DE UM GERADOR A.C. À REDE DA CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA ELÉTRICAdiangelles R. barbosajúlio Cesar P. C. juniorjosé o. R. P. guimarães (orientador)

Resumo: este projeto tem como objetivo implementar um sistema de controle de velocidade automático para um motor trifásico de corrente alternada. este motor irá tracionar um gerador síncrono trifásico de corrente alternada, no qual o controle deve atuar de forma que a tensão gerada pelo gerador seja de 220 Volts e a frequência de 60 hz. o projeto será implementado no laboratório de máquinas elétricas da universidade gama Filho, substituindo o sistema usado atualmente que é obsoleto, todo manual e de difícil ajuste. Por se tratar de um projeto microprocessado irá garantir um ajuste rápido e confiável, cujo circuito é dividido em vários blocos, cada um responsável por uma determinada função, facilitando a análise de possíveis defeitos. este projeto possibilita sedimentar os conhecimentos dos alunos, visto que este envolve diversas áreas, tanto eletrônica como eletrotécnica.

PalavRas-chave: Controle de velocidade microprocessado, acoplamento de gerador a rede elétrica, Controle de velocidade de motor a.C.

SISTEMA SUPERVISÓRIO EM LINGUAGEM HTMLFábio F. Figueiredosergio bruno s. bastossérgio Fernandes (orientador)

Resumo: o sistema supervisório baseado em formato hTml, descrito neste trabalho, tem o objetivo de oferecer uma opção de baixo custo, alta flexibilidade e fácil aprendizado, para as necessidades em supervisão de automações prediais, onde o custo de um sistema supervisório convencional poderia impactar o custo final do projeto

PalavRas-chave: supervisório, microcontrolador, servidor

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CHUVEIRO MICROCONTROLADO COM CONTROLE DE POTÊNCIA EM MALHA FECHADAdiego Fragas mottasérgio luiz Fernandes (orientador)

Resumo: o presente projeto tem como objetivo otimizar a eficiência do chuveiro elétrico, tornando-o mais econômico no consumo de energia elétrica e de água, com a implantação de um controle eletrônico que através da leitura de um sensor de temperatura controlará a potência do chuveiro e também controlará a vazão de água através de eletroválvulas. o controle eletrônico é formado basicamente pelo microcontrolador e pelo controlador de potência TCa785, o microcontrolador é o cérebro do sistema, controlando através de uma saída PWm a tensão de controle do TCa785, mantendo assim a potência da resistência do chuveiro ideal para manter a água numa temperatura selecionada pelo usuário, e recebendo informação da temperatura atual da água pelo sensor de temperatura lm35 instalado no chuveiro.

PalavRas-chave: Chuveiro, microcontrolador, Controle de potência.

CRIAÇÃO DE UM MANUAL DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA E CORRETIVA PARA UM SISTEMA GENÉRICO DE CROMATOGRAFIA A GÁSsidney F. dos santosmariel a. Pontesmarcelo a. duarte (orientador)

Resumo: esse trabalho descreve o processo de criação de um manual genérico de manutenção preventiva e corretiva para um sistema de cromatografia a gás, com linguagem acessível, para o auxílio de engenheiros, técnicos de manutenção e usuários que necessitem compreender o funcionamento eletrônico de um equipamento de cromatografia. o trabalho apresenta os princípios de funcionamento e a descrição dos principais circuitos eletrônicos que compõem um cromatógrafo a gás. os principais defeitos apresentados por esse aparelho, juntamente com suas causas e soluções são os pontos fortes do manual básico de manutenção preventiva e corretiva, criado para o equipamento em questão. Para o desenvolvimento do manual, foi tomado por base, o equipamento gC-14b, fabricado pela empresa shimadzu Corporation, uma vez que o mesmo possui circuitos eletrônicos similares à maioria dos equipamentos de cromatografia a gás existente no mercado.

PalavRas-chave: Cromatografia a gás, Cromatógrafo a gás, manual de manutenção.


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DIFERENÇAS ENTRE SISTEMAS CLP SCADA E SDCD eric giordanoFabio salgado g. sagaz (orientador)

Resumo: o presente trabalho tem como objetivo estudar e propor uma solução metodológica para a definição de opção por sistema ClP sCada (Programmable logic Controller and supervisory Control and data aquisicion – Controladores lógicos programáveis e Controle supervisório e aquisição de dados) ou sdCd (sistema digital de controle distribuído) através de uma análise detalhada do hardware dos equipamentos.

na indústria, existe um grande impasse sobre quais das tecnologias devem ser utilizadas em seus processos produtivos, causando impactos de recursos humanos (pois um técnico ou engenheiro que está habilitado a uma das tecnologias, dificilmente operará e manterá a outra, por necessidade de conhecimentos específicos), técnicos (pois os sistemas possuem desempenhos diferenciados para cada tipo de processo) e financeiros (pois os investimentos para aquisição de um sistema de automação industrial são altos).

este mercado que atualmente representa no brasil cerca de R$ 1 bilhão por ano de faturamento divide-se praticamente ao meio para cada uma das tecnologias mencionadas.

adicionalmente, serão mostradas as diferenças de hardware e desempenho de cada um dos sistemas, para que possa dar base a escolha técnica por cada um destes.

PalavRas-chave: sdCd, ClP sCada, sistemas híbridos.

CURTO CIRCUITO E PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO jayme P. Fernandesleonardo l. durãesjoão C. o. aires (orientador)

Resumo: o presente trabalho tem como objetivo principal estudar os curtos circuitos e definir os sistemas de proteção do sistema elétrico, e os parâmetros necessários à sua definição com a finalidade de manter a integridade física do mesmo na ocorrência de quaisquer distúrbios sejam eles de origem natural, tais como: chuvas, descargas atmosférica, etc, assim como, de origem do próprio sistema elétrico envolvido: curtos circuitos, sobretensões, sobrecargas e etc. outro importante distúrbio que provoca o desligamento das linhas

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de transmissão são as queimadas a baixo das linhas, pois alteram a rigidez dielétrica do ar permitindo descargas que podem atuar a proteção, além de comprometer estruturalmente as instalações. a interligação do sistema elétrico de potência trouxe, além de vantagens econômicas, novos problemas para o sistema como um todo. em sistemas interligados, as perturbações causadas por uma falta podem se estender a todo o sistema, pois a corrente que circula durante um curto-circuito é aumentada, obrigando a instalação de um sistema de proteção de maior capacidade.

PalavRas-chave: Curto circuito, proteção, sistema elétrico.

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SHOPPING CENTER michelle amodeo de Fariajoão Carlos de oliveira aires (orientador)

Resumo: este trabalho tem como objetivo geral contribuir para traçar o perfil energético do segmento de shopping Centers no brasil e apresentar um estudo de eficiência energética no setor, buscando conceitos de soluções, visando desenvolvimento de projetos futuros voltados à redução do custo de energia elétrica.

a conservação de energia elétrica proporciona vantagens, e propicia a redução do consumo de energia elétrica com aumento da produtividade sem afetar a segurança, com isso implica em redução das despesas com energia, através do melhor aproveitamento das instalações e equipamentos elétricos e como consequência a melhoria na qualidade do produto.

entretanto, apesar dos esforços, das inovações tecnológicas e do empenho político, uma grande quantidade de energia ainda é desperdiçada, das mais diversas formas. no brasil, a falta de pesquisas sobre o uso de energia em edificações e a inexistência de uma legislação específica sobre o uso de energia em edificações dá margem à ineficiência e impede o desenvolvimento sustentável.

o trabalho aborda os diversos processos envolvidos nas instalações elétricas dos shoppings, como o sistema de elevadores e escadas rolantes, iluminação interna e externa, refrigeração dos ambientes e sistemas de cogeração, e avalia o impacto desses no custo do consumo da energia elétrica.

PalavRas-chave: eficiência energética, desenvolvimento sustentável, Conservação de energia


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ESTUDO DE CURTO-CIRCUITO E SOBRETENSÕES TRANSITÓRIAS EM SISTEMAS DE ALTA TENSÃO Felipe a. albuquerquegustavo b. de jesusjoão Carlos o. aires (orientador)

Resumo: os estudos relacionados com as sobretensões fazem parte das recomendações da aneel nos editais para licitação de obras de transmissão da Rede básica do sistema Interligado nacional (sIn). dentre esses estudos destacam-se: rejeição de carga, religamento e energização de linhas de transmissão, energização de transformadores, manobra de bancos de capacitores e coordenação de isolamento. Para o dimensionamento dos disjuntores são estudados os níveis de corrente de curto-circuito e as tensões de restabelecimento transitórias (TRT). Para subsidiar esses estudos utilizam-se no brasil programas computacionais de grande porte como o programa para cálculo de correntes de curto-circuito, anaFas(desenvolvido pelo CePel), e o programa de cálculo de transitórios eletromagnéticos aTP (mantido pela comunidade científica internacional). a pesquisa dos fenômenos físicos relacionados com as correntes de curto-circuito e as sobretensões, e a utilização dos referidos programas computacionais, foram os principais objetivos do trabalho.

PalavRas chave: Curto-circuito, sobretensão, Proteção

USINAS HIDRELÉTRICAS – ESTUDO DE DISTúRBIO luiz h. antunes marquesjoão Carlos de oliveira aires (orientador)Resumo: o brasil é considerado um país privilegiado por possuir uma hidrologia favorável à produção de energia elétrica de fonte hidráulica. Particularmente o Rio de janeiro não é um grande produtor de energia de fonte hídrica, mas existem diversas usinas ao logo do Paraíba do sul. algumas dessas usinas estão em operação há mais de 60 anos. além da produção de energia, o Rio Paraíba é responsável pelo abastecimento de água potável à área metropolitana do Rio de janeiro, através do desvio Paraíba/Piraí que resulta nas estações de tratamento de guandu.

o sistema de transmissão do Rio de janeiro é abastecido de forma radial por linhas de 500kV oriundas de são Paulo (Cachoeira Paulista) e de minas gerais, através de uma lT 345 kV. as fontes geradoras internas são constituídas pelas usinas de Furnas e light do Rio Paraíba do sul e de

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Termelétricas de santa Cruz, eletrobolt, Termorio, norte Fluminense e das nucleares de angra I e II.

o trabalho aborda primeiramente as usinas hidrelétricas e os impactos ambientais referentes a essa fonte de energia, em seguida são detalhados os problemas de conexão ao sistema elétrico, tomando como exemplo a usina de Ilha dos Pombos, da lIghT, composta por 5 máquinas e geração máxima de 185 mW. através dos programas de análise de redes elétricas – anaRede e anaTem, do CePel, foram realizados estudos e simulações para reproduzir a ocorrência do dia 26/12/2010 envolvendo a uhe Ilha dos Pombos e preparar os setores de operação e proteção do sistema para a tomada de providências em futuras ocorrências semelhantes.

PalavRas-chave: usina hidrelétrica, Fluxo de Potência, Impactos ambientais

O SISTEMA ELÉTRICO, SUASPROTEÇÕES E O CURTO-CIRCUITO joais moreira Portesmarcelo lopes mathiasjoão Carlos de oliveira aires (orientador)

Resumo: o trabalho aborda a implantação de uma subestação de 500 kV (se Zona oeste) do sistema interligado nacional (sIn) para conectar a ThyssenKrupp Csa siderúrgica do atlântico (TKCsa), associação entre a alemã ThyssenKrupp steel (73,13%) e a Vale (26,87%), que implantou seu novo complexo no distrito industrial de santa Cruz, no estado do Rio de janeiro. a nova planta siderúrgica, que será, quando finalizada, a maior da américa latina com as seguintes características:

• usina siderúrgica integrada com capacidade de produção de 10 milhões de toneladas de placas de aço.

• usina termoelétrica para a geração de 490 mW de energia elétrica (tendo um consumo próprio de 230mW, uma reserva de 60mW e um excedente de 200mW).

• um porto com dois terminais composto por uma Ponte de acesso de 4 Km e um Píer de 700 m .

a Csa tem previsão de fornecer ao sIn o seu excedente de geração, além de ter seus sistemas supridos pelo mesmo em caso de necessidade.


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a se Zona oeste é uma subestação de nível de tensão em 500 kV, com arranjo de disjuntor e meio, sendo basicamente uma se de manobra, ou seja , sem transformação. a mesma entrou em operação com apenas 4 linhas, porém já foi projetada prevendo conexões futuras, visto que a sua localização geo-elétrica está em uma região de grande desenvolvimento industrial. localizada em santa Cruz, no estado do Rio de janeiro, esta se foi implantada seccionando a lT angra-grajaú pertencente a Furnas Centrais elétricas s.a., com a finalidade de conectar o novo complexo industrial da Csa ao sIn.

os estudos de análises de redes elétricas mostram as mudanças na configuração do sistema de suprimento ao Rio de janeiro, através de simulações de fluxo de potência e curto-circuito, antes e depois do seccionamento para implantação da subestação.

PalavRas-chave: Fluxo de potência, Curto-circuito e subestação.

VEÍCULO ELÉTRICO – O CARRO SAUDÁVEL sidnei P. Pacheco juniorsebastião l. Rentesjoão Carlos o. aires (orientador)josé octávio R. Pinto guimarães (orientador)

Resumo: o projeto mostra o desenvolvimento de um protótipo de um veículo puramente elétrico, onde foi substituído o motor a combustão de um mini bugy fapinha, modelo Xingu, 1998, por um motor elétrico de indução de 2 CV, 4 pólos, 220 VCa, trifásico, acionado por um inversor de frequência com controle vetorial de velocidade e um banco com 23 baterias de chumbo acido, onde se obteve um custo de R$ 0,17 / km, contra os R$ 0,47 / km do mesmo veículo movido com o motor original a combustão de 3,5 hP. o sistema de frente / ré foi feito no próprio inversor, sem precisar de caixa de engrenagem ou outro artifício mecânico, sendo o acelerador um pedal adaptado a um potenciômetro de 5 K.

Para que o projeto fosse implantado foi necessário o estabelecimento de um programa de trabalho multidisciplinar envolvendo alunos, professores e laboratórios dos departamentos de engenharia mecânica e elétrica, tendo esta última uma efetiva participação das ênfases eletrotécnica e eletrônica.

da área de conhecimento da engenharia mecânica foral aplicados os cálculos de forças trativas e resistivas, potências trativa e resistiva, resistências de rampa, aerodinâmica, transmissão, torque, rotação do motor e muitos

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outros. já na área de conhecimento da engenharia elétrica foram aplicados conhecimentos de máquinas elétricas de corrente contínua e alternada, de inversores de frequência, de baterias e seus respectivos carregadores, além da teoria geral de eletrônica e circuitos elétricos.

Constatou-se a possibilidade melhorar a eficiência do protótipo através da utilização de inversor, motor e bancos de baterias e as baterias especificamente projetadas para a utilização veicular. Por exemplo, as baterias de chumbo ácido foram adaptadas, pois as mesmas são fracionárias e não tracionárias como deveriam. o inversor da Voges que foi usado possibilita o aproveitamento da energia regenerativa quando o motor Ca está sendo desacelerado, mas nesse projeto não era o objetivo, reforçando ainda mais a possibilidade de reduzir o custo do quilômetro rodado. o motor Ca, embora de uso industrial, aplicado ao projeto apresentou um resultado de custo benefício que se tornou mais viável ao emprego nos carros elétricos, contrariando a diversos projetos desses veículos com motor de corrente contínua.

PalavRas-chave: Veículos elétricos, Propulsão veicular e sustentabilidade.

ENERGIA FOTOVOLTAICA E ILUMINAÇÃO EFICIENTE Celso Rodrigo s. Fariagiliandro l. Pintojoão Carlos o. aires (orientador)

Resumo: o presente artigo tem por finalidade descrever o desenvolvimento de um sistema de aproveitamento da energia solar utilizando células fotovoltaicas para a geração de energia e alimentação de lâmpadas de led (diodo emissor de luz). os diversos componentes do sistema foram montados em um poste especialmente projetado para o projeto. o painel fotovoltaico utilizado permite a geração de tensão contínua que pode variar de 12Vcc até 21Vcc, sendo armazenada em uma bateria de mesmo nível de tensão para suprimento noturno de energia à luminária. o gerenciamento da carga da bateria é feito por um controlador de carga, que é um dispositivo apropriado para esse fim. o poste utilizado é uma estrutura de acrílico de 1,5 metros de altura que pode ser utilizado em residências e outras aplicações privadas. Recomenda-se que para a iluminação de grandes espaços urbanos (ruas, praças e outros) sejam utilizadas estruturas de maior porte, embora mantendo-se os mesmos padrões do protótipo desenvolvido.

PalavRas-chave: energia solar, Célula fotovoltaica, Iluminação.


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CONEXÃO DE NOVOS SISTEMAS DEGERAÇÃO NA REDE BÁSICA antonio Renato b. júniorRicardo s. amaraljoão Carlos o. aires (orientador)

Resumo: este trabalho tem por objetivo aplicar os conceitos de análise de sistemas de potência ao processo de conexão de grandes consumidores à Rede básica do sistema Interligado nacional (sIn). a expansão dos sistemas de energia elétrica é feita levando em conta o crescimento vegetativo das cargas dos sistemas de distribuição e a conexão direta de grandes consumidores em níveis mais elevados de tensão. no caso da conexão de grandes consumidores e de unidades geradoras à rede básica, a análise é feita com base em procedimentos de planejamento e de operação. o primeiro passo, para a obtenção da Portaria do ministério de minas e energia (mme) autorizando a conexão à Rede básica, é a realização do estudo de mínimo Custo global (mCg). após a obtenção da Portaria, são iniciados os estudos para solicitação do Parecer de acesso do operador nacional do sistema (ons). a monografia trata dos passos necessários para a obtenção do Parecer de acesso do operador nacional do sistema (ons) baseado no subitem 3.6 referente aos Procedimentos de Rede.

Curso de Licenciatura em Matemática(2010.2 e 2011.1)

RAZÃO ÁUREA anderson m. dos santosTadeu R. mendonçagisélia C. e. de almeida (orientadora)

Resumo: o presente trabalho de conclusão de curso proporciona uma reflexão acerca de um assunto que não está incluído na grade curricular de matemática dos colégios: a razão áurea. Fundamentando-se no teórico Vygotsky, será trabalhado o método construtivista como premissa da possibilidade de desenvolver o tema na área da educação. a partir da construção do segmento áureo, será apresentada a sequência de Fibonacci, bem como a construção do retângulo áureo. após demonstrar esses três primeiros itens será mostrada a demonstração do surgimento do número áureo, a partir do

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conceito de segmento áureo. em seguida, de forma contextualizada, serão mostradas aplicações do número áureo como elementos importantes para fundamentá-lo. Pretende-se mostrar ainda que, através da experiência do trabalho de campo em uma escola, o assunto pode ser bem explorado junto aos educandos como um meio de reflexão aprofundada sobre o tema e ainda com uma contribuição importante para a formação do indivíduo.

PalavRas-chave: matemática, educação, Razão Áurea.

ENSINANDO ÁREA E PERÍMETROUTILIZANDO O TANGRAN Élida Trecegisélia Clarice e. de almeida (orientadora)

Resumo: o presente trabalho propõe a construção do conceito de área e perímetro através da utilização do Tangram como ferramenta didático-pedagógica, facilitando, assim, a visualização geométrica do educando e cooperando com aprendizagem significativa. os desafios apresentados no trabalho de campo foram explorados com o objetivo de construir esse conhecimento com significado para o educando, que segundo ausubel, deve ir a fundo ao tratamento da informação recebida, tendendo ao enfoque profundo da aprendizagem. Igualmente, faz-se uma retrospectiva histórica da evolução da geometria e do Tangram para motivar o público-alvo durante o trabalho de campo, que contou com um teste diagnóstico aplicado em dois momentos, antes e depois, com o objetivo de gerar dados para um breve estudo estatístico.

PalavRas-chave: aprendizagem; Construtivismo; Área; Perímetro.

RAZÃO ÁUREA: UMA MOTIVAÇÃO PARA O ENSINO DE NúMEROS RACIONAIS bruna m. C. VieiraRachel C. gabrielgisélia C. e. de almeida (orientadora)

Resumo: este Trabalho de Conclusão de Curso faz um breve estudo da Razão Áurea e suas aplicações no cotidiano, juntamente com o seu uso para o ensino dos números irracionais. É também relatado seu aparecimento histórico desde a antiguidade, quando foi explorada nas construções arquitetônicas. apresenta


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ainda, um trabalho de campo realizado em uma escola particular, no primeiro ano do ensino médio, quando foi explorada através de construções e atividades práticas e lúdicas o conhecimento e o uso da Razão Áurea.

PalavRas-chave: Razão Áurea; número de ouro; número Áureo; sequência de Fibonacci; história da Razão Áurea

CONSTRUINDO O CONCEITO DE FRAÇÕES COM MATERIAL CONCRETO luiz R. brunomárcio j. Cataldigisélia C. e. de almeida (orientadora)

Resumo: o objetivo deste trabalho é ensinar frações através de uma proposta metodológica que permita ao discente construir o seu próprio conhecimento, a partir das concepções de Piaget. Para o ensino de números fracionários foi inserida uma abordagem da teoria dos jogos usando jogos lúdicos como dominó, bingo e cartas, para que os alunos interagissem entre si. nestas atividades aos estudantes foram mostrados todos os conceitos de frações para uma melhor compreensão. através destas teorias, foram utilizados materiais concretos no trabalho de campo; e também um filme de desenho animado abordando os métodos das quatro operações com frações no cotidiano. neste processo de ensino-aprendizagem encontrou-se interligados a forma de como o professor e os alunos devem se comportar: ao professor a responsabilidade de ser orientador e, ao aluno a de construir seu próprio conhecimento individual e/ou em grupo.

PalavRas-chave: números Racionais, Frações, Construtivismo, jogos.

O ENSINO DA VARIAÇÃO DOS COEFICIENTES DA FUNÇÃO QUADRÁTICA ATRAVÉS DO SOFTWARE WINPLOT elizandres a. s. de azevedoKércia l. Vasconcellosgisélia C. e. de almeida (orientadora)

Resumo: esta monografia sugere para os professores de matemática do ensino médio o ensino da variação dos coeficientes da função quadrática através do software matemático winplot como uma ferramenta

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motivadora para a aprendizagem. o Winplot é uma excelente ferramenta, principalmente, para análise e construção de gráficos matemáticos em virtude de sua simplicidade de manuseio, por professores e alunos, é free, e sua velocidade no traçado de gráficos, permitindo que se tire conclusões importantes sobre o tema que é pouco explorado nas salas de aula. além disso, seu ambiente de trabalho virtual caracteriza-se pela interação, construção do conhecimento de forma significativa para o aluno, desafiando-o e aguçando sua curiosidade.

PalavRas-chave: Função Quadrática, software matemático, Winplot.

O ENSINO DA MATEMÁTICA PARA ALUNOS PORTADORES DE DEFICIÊNCIA VISUAL: A UTILIZAÇÃO DO SOROBAN Rafael C. s. silvamarcelo de o. diasgisélia C. e. de almeida (orientadora)

Resumo: o presente trabalho busca investigar os principais elementos pertinentes ao ensino da matemática, com suas particularidades, aos estudantes portadores de deficiência visual. apresentando elementos relativos ao trabalho de aprendizado da matemática e as ferramentas utilizadas para o ensino de alunos cegos ou de baixa visão, o trabalho visa esclarecer questões relativas ao processo de ensino-aprendizado para estes casos, bem como apontar propostas aos profissionais da área. além disso, procura tratar da questão do sistema educacional no brasil e as dificuldades encontradas não somente pelos alunos, mas, também pelos professores, de modo a encontrar alternativas e soluções para tais.

PalavRas-chave: ensino, Portadores de deficiência Visual, matemática.

RAZÕES E PROPORÇÕES adriana s. gerônimosérgio m. de Fariagisélia C. e. de almeida (orientadora)

Resumo: esta pesquisa bibliográfica e de campo propõe o ensino de razões e proporções a partir de problemas contextualizados à vida dos educandos com objetivo de propiciar-lhes a aprendizagem significativa segundo a


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concepção de david ausubel. a partir das situações-problema propostas os alunos, adultos, construíram os conceitos de razões e proporções, as propriedades das proporções, grandezas diretas e inversamente proporcionais, regra de três simples e compostas.

PalavRas-chave: Razões e Proporções, educação matemática, situações- Problema.

NúMEROS INTEIROS:O DESAFIO DA REGRA DE SINAIS margarete C. j. do santosRodrigo n. santosgisélia C. e. de almeida (orientadora)

Resumo: este trabalho de conclusão de curso, TCC, propõe o ensino de números inteiros e das regras de sinais a partir do lúdico, quando são exploradas situações lúdicas em que o estudante constrói, a partir reta graduada desenhada no chão, caminhando sobre ela, o conceito de simétrico de um número inteiro, módulo, e as regras de sinais da adição e da multiplicação. Fundamenta-se, ainda, a pesquisa na concepção construtivista de jean Piaget, além disso, faz-se um breve histórico com o objetivo de exibir as dificuldades históricas encontradas para se chegar a aceitação da existência dos números negativos bem como da sua operacionalização.

PalavRas-chave: Regra de sinais, lúdico, Construtivismo.

Curso de Engenharia Mecânica(2010.2 e 2011.1)

ANÁLISE DO PROCESSO DEFABRICAÇÃO DE UMA FERRAMENTAadriana C. do bonfim Piresamândio m. da Costa junior (orientador)

Resumo: o presente trabalho visa aperfeiçoar o processo de fabricação de uma ferramenta utilizada no processo de soldagem do tubo de exaustão de um turbomotor de helicóptero. Para tanto, foram realizadas análises

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comparativas de duas soluções: o processo de usinagem convencional e o processo de usinagem CnC (Comando numérico por Computador), que se mostrou o mais adequado.

PalavRas-chave: Processo de fabricação, usinagem, CnC.

ANÁLISE DAS TENSÕES ATUANTES EM UM SISTEMA DE TUBULAÇÕESdaysianne Iris da silva mendesamândio m. da Costa junior (orientador)

Resumo: a análise das tensões atuantes em um corpo é de grande importância para o projeto de qualquer componente estrutural, pois através do cálculo do comportamento mecânico do material é possível saber se o mesmo atenderá as condições de operação. no projeto de tubulações industriais não é diferente, visto que a integridade estrutural do sistema é de vital importância para o funcionamento da unidade de processos. este trabalho tem como objetivo demonstrar como é feita a análise das tensões atuantes em um sistema de tubulações industriais, respeitando as principais normas nacionais e internacionais, para que o projeto de tubulações seja desenvolvido da forma mais segura possível. sendo assim, foi realizada uma análise de um caso didático de um arranjo de tubulação tendo hidrocarboneto como fluido de operação.

PalavRas-chave: análise de tensões, Tubulação.

ANÁLISE DE ESFORÇOS MECÂNICOS EM IMPLANTES DENTÁRIOS PARASUPORTE DE PRÓTESES.henrique C. C. Pintoamândio m. da Costa jr. (orientador)

Resumo: Implantes metálicos endósseos são largamente utilizados na odontologia como suportes para próteses dentárias funcionais. a análise de cargas mastigatórias que incidem no implante e reações é fator que ajudará o Implantodontista a escolher o número de implantes para o caso de seu paciente.

este trabalho objetiva demonstrar que um maior número de implantes dissipa melhor as cargas. Foram coletados dados da bibliografia recente sobre


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Implantes dentários e, através de métodos numéricos e de elementos finitos, concluiu-se que é aconselhável evitar usar um implante para suportar mais de uma prótese, devido a momentos fletores e torques que podem ocorrer e estressar demasiadamente o implante e/ou o osso que o suporta.

PalavRas-chave: implante dentário, implante tipo raiz, análise de tensões, cargas mastigatórias, Tensão de von mises, meF – método de elementos Finitos.

ANÁLISE DE RENDIMENTO DO PROPULSOR E DE SISTEMAS MECÂNICOS AUXILIARES PARA CONVERSÃO DO VEÍCULO FAPIHA XINGU EM VEÍCULO ELÉTRICOleonardo de oliveira m. de sáCicero V. abreu (orientador)

Resumo: o presente trabalho teve como objetivo analisar os componentes mecânicos, sendo estes o motor, o suporte do motor, os parafusos de fixação do motor e o suporte para a fixação do conjunto de baterias, necessários para a conversão do veículo Fapinha Xingu movido a combustível fóssil (gasolina) em um veículo de propulsão totalmente elétrica (motor elétrico de corrente alternada movido a baterias de chumbo ácido, sistema controlado por inversor de frequência). Por se tratar de um projeto em parceria com o curso de engenharia elétrica, o conteúdo deste trabalho, calcado em uma análise de desempenho, foi o subsídio necessário para dar aos alunos daquele curso os parâmetros mínimos para a conversão do veículo em questão.

PalavRas-chave: análise de desempenho Veicular, Conversão, Veículos elétricos.

DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE EXAUSTÃO MECÂNICA EM COZINHA INDUSTRIALVinicius C. PereiraClaudio V. Teixeira (orientador)Cicero V. abreu (orientador)

Resumo: a produção em cozinha industrial está relacionada a uma expressiva geração de resíduos. no entanto, algumas unidades de produção não

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dispõem de um plano para captação dos mesmos, impondo ao trabalhador condições inadequadas para realização de suas atividades. a dissertação apresenta o projeto de um sistema de ventilação como forma de captação do particulado proveniente do sistema produtivo em cozinhas industriais. Para isso, foi dimensionado um sistema de ventilação local exaustora, voltado exclusivamente à captação desses resíduos. o projeto engloba o dimensionamento e a seleção das coifas, dimensionamento da rede de dutos, cálculo de velocidades e perda de carga, escolha e dimensionamento de coletores para o particulado, escolha e seleção do exaustor bem como a seleção dos materiais utilizados na fabricação e montagem do sistema.

PalavRas-chave: Cozinha industrial, sistema de exaustão mecânica.

CAIXA REDUTORA DE VELOCIDADE VARIÁVEL PARA GUINCHOS ELÉTRICOS AUTOMOTORESWerner Wollmann jr.gustavo s. Rodrigues (orientador)Cicero V. abreu (orientador)

Resumo: o presente trabalho teve como objetivo projetar uma caixa redutora de engrenagens planetárias de dois estágios com velocidade variável para ser aplicada em guinchos elétricos para veículos automotores de menor monta (quadriciclos, snowmobiles etc.). a proposta visa acelerar operações de resgate e/ou movimentação de cargas com peso bruto total reduzido, proporcionando agilidade ou força de acordo com a necessidade da operação. o modelo proposto foi baseado em guinchos elétricos automotores de linha que proporcionam maior força de tração, porém não permitem variação de velocidade, o que torna a operação de resgate/movimentação muito demorada. a construção da caixa redutora com dois conjuntos de engrenagens planetárias e relação de 11:1 em cada conjunto, permite ao operador alterar a relação de redução do conjunto por intermédio de uma alavanca posicionada entre o motor e o conjunto de engrenagens, aumentando ou reduzindo a velocidade de rotação de saída e, por consequência, variando a capacidade de tração do guincho, o que torna o equipamento mais versátil e reduz o tempo de operação do mesmo.

PalavRas-chave: guinchos elétricos, Caixa redutora, engrenagens planetárias.


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DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL DE UMSEMI-REBOQUE, DE UM EIXO, COM CAPACIDADE PARA 1000 kG DE CARGAantonio Carlos T. monteirogustavo P. barretoCicero V. abreu (orientador)

Resumo: este trabalho apresenta como foco o desenvolvimento do projeto de um semi-reboque para transporte de carga limitada em 10.000 n, com auxílio de ferramentas computacionais de larga utilização nos ambientes acadêmico e industrial. Constitui-se, principalmente, das análises do chassi e do eixo do semi-reboque. os cálculos estruturais foram realizados com base nas condições de carregamento total e emprego do semi-reboque. Finalmente, os resultados da análise estrutural do chassi obtidos com o uso de uma metodologia de referência apoiada por programas de computador de desenho sólido e de análise estrutural, este baseado no método dos elementos finitos, confrontados com os resultados provenientes de cálculos matemáticos consagrados em estruturas metálicas, trouxeram confiabilidade e eficiência no desenvolvimento do produto.

PalavRas-chave: Chassi de semi-reboque, análise estrutural, método dos elementos finitos, Projeto assistido por computador.

DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE CARREGAMENTO DE COMBUSTÍVEL A PARTIR DA BASE DE DISTRIBUIÇÃOjesus m. C. gomezluiz Carlos m. galves (orientador)Cicero V. abreu (orientador)

Resumo: este trabalho de conclusão de curso se concentrou no estudo, avaliação e demonstração do cálculo detalhado do sistema: bomba de recalque / tubulação de um sistema para carregamento de combustível (gasolina) que inclui: o dimensionamento da tubulação e o cálculo e seleção da bomba de recalque adequada para a operação otimizada e segura nas condições apresentadas. Foi elaborada a descrição do sistema de carregamento de combustíveis tipicamente utilizados nas bases de armazenamento e carregamento, ressaltando-se a importância do conjunto tubulação-bomba. o correto dimensionamento dos componentes do

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sistema foi calcado em uma sólida fundamentação teórica. executado o dimensionamento com o cálculo detalhado dos diversos itens envolvidos, constatou-se a importância do conjunto analisado, o que é pré-requisito para uma operação segura e otimizada de transferência (carregamento) de combustíveis numa base de carregamento. a sistemática desenvolvida pode auxiliar, em ocasião que for necessária, a definição dos principais parâmetros relativos ao correto dimensionamento de um sistema de carregamento de combustíveis.

PalavRas-chave: Perda de carga, sistema de carregamento de combustíveis, bomba centrífuga.

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA FERRAMENTA PARA SOLDAGEM DO TUBO DE EXAUSTÃOadriana C. b. Piresamandio m. da Costa jr. (orientador)

Resumo: o presente trabalho visa aperfeiçoar o processo de fabricação de uma ferramenta utilizada no processo de soldagem do tubo de exaustão de um turbo motor de helicóptero. Para tanto, foram realizadas análises comparativas de duas soluções: o processo de usinagem convencional e o processo de usinagem CnC (Comando numérico por Computador), que se demonstrou o mais adequado. Foram determinados os parâmetros de usinagem e realizado o delineamento do processo de fabricação.

PalavRas-chave: Processo de fabricação, usinagem mecânica, usinagem com máquina CnC.

ANÁLISE DE DESEMPENHO E REDIMENSIONAMENTO DE MOLAS VEICULARES COM PRÉ-CARREGAMENTO ASSOCIADO À INSTALAÇÃO DE UM kIT DE GÁS NATURAL VEICULARVinícius F. Costaademir Tomaz (orientador)Resumo: a análise de desempenho e o redimensionamento de molas veiculares são de extrema importância para se compreender o seu comportamento quando as mesmas são carregadas além da carga máxima permitida no manual do veículo. o veículo em questão é um Corsa sedan 1.0l mPFI com


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condicionador de ar. o principal objetivo deste trabalho foi projetar um par de molas helicoidais que seja capaz de suportar as condições de sobrecarga decorrente da instalação do kit gnV, devolvendo ao veículo suas características originais de fábrica. Para isto, uma parte das teorias de elementos de máquinas e de vibrações com aplicação automotiva foi abordada neste projeto. Por fim, deseja-se proporcionar uma boa dirigibilidade ao condutor e, também, conforto aos passageiros, dado que o novo par de molas garantirá uma deflexão de trabalho próxima aos padrões originais do veículo em questão.

PalavRas-chave: suspensão de veículos, molas helicoidais, sistema gnV.

ANÁLISE DAS TENSÕES ATUANTES EM UM SISTEMA DE TUBULAÇÕESdaysianne Iris s. mendesademir Tomaz (orientador)

Resumo: este trabalho teve como objetivo demonstrar como é feita a análise das tensões atuantes em um sistema de tubulações industriais, respeitando as principais normas nacionais e internacionais, para que o Projeto de Tubulações seja desenvolvido da forma mais segura possível. sendo assim, foi realizada a análise de um caso didático de um arranjo de tubulação tendo hidrocarboneto como fluido de operação, considerando-se a expansão térmica da tubulação. os cálculos foram feitos com base em formulação analítica consagrada e, também, utilizando-se programa de computador baseado no método dos elementos finitos.

PalavRas-chave: análise de tensões, Tubulação industrial, método dos elementos finitos.

PROJETO DE UMATALHA ELÉTRICAmiriane C. salvadoramandio m. da Costa jr. (orientador)

Resumo: no presente trabalho elaborou-se um projeto de dimensionamento de uma talha elétrica para elevação de carga, baseando-se nas normas técnicas oficiais utilizadas em projetos de máquinas e em considerações consolidadas na literatura da área de elementos de máquinas. Para o desenvolvimento do trabalho, foram realizados cálculos baseados no

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fenômeno de fadiga. Para auxílio do dimensionamento foram utilizadas planilhas eletrônicas e software de Cad para confecção dos desenhos técnicos. Como premissa, procedeu-se a identificação dos fabricantes dos elementos necessários, simulando assim uma situação real de projeto, como desenvolvido nas indústrias do ramo de fabricação de máquinas elevatórias.

PalavRas-chave: Talha elétrica, Fadiga, desenho assistido por computador.

ANÁLISE DE DESEMPENHO E PROJETO DA LINHA DE EIXO PARA EMBARCAÇÃO DO TIPO “PLATAFORM SUPPLy VESSEL”leonardo h. s. abeRenan a. TomazeliCicero V. abreu (orientador)

Resumo: este projeto teve como finalidade dimensionar um eixo de uma embarcação de apoio a plataformas de petróleo, também conhecida como PsV – Platform supply Vessel, tipo muito utilizado nos dias de hoje. Tal eixo de transmissão da potência do motor às hélices deve ser capaz de suportar os esforços externos, nas condições de operação da embarcação. o eixo foi dimensionado com base no valor da resistência total ao avanço, que foi calculada a partir de uma análise de desempenho comparativo entre os métodos analítico e computacional. Foram analisadas as frequências naturais e os modos de vibração originados pelo mesmo. os valores admitidos foram avaliados de modo que a embarcação não opere nessas frequências, aumentando assim a vida útil do elemento e reduzindo as chances de acidentes, devido às falhas por ruptura dos materiais envolvidos.

PalavRas-chave: análise de desempenho de embarcações, eixos de transmissão marítimos, Vibração em eixos, sistemas de propulsão naval.

REPROJETO DO CORPO DA VÁLVULA GAVETAKleber s. PeresCicero V. abreu (orientador)

Resumo: este projeto tem como objetivo a elaboração de um novo projeto de válvula gaveta, para ser usado em sistema submarino de produção de petróleo, como Árvore de natal e manifolds. Visa tornar este equipamento


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mais econômico e com menor tempo de fabricação, garantindo segurança e confiabilidade. Foram utilizados métodos analíticos e computacionais.

Palavras-chave: válvula gaveta, reprojeto de válvula.

CONDICIONAMENTO DE AR PARA REFEITÓRIOleandro F. TellesCláudio T. VidalCicero V. abreu (orientador)

Resumo: este projeto tem como objetivo o condicionamento do ar para conforto térmico de um refeitório, com capacidade de 320 pessoas, com área reservada para servir os alimentos aquecidos, em que foram calculados os valores de carga térmica, condições ideais de insuflamento, exaustão da cozinha. Também foi realizado o dimensionamento de um trocador de calor para pré-resfriamento do ar externo.

PalavRas-chave: ar condicionado para refeitório, insuflamento de ar, exaustão de vapores.

SISTEMA DE CONDICIONAMENTO DE AR POR EXPANSÃO DIRETAleonardo s. heizerCláudio T. VidalCicero V. abreu (orientador)

Resumo: este trabalho trata em dimensionar um sistema de condicionamento de ar por expansão direta para um Restaurante localizado na cidade do Rio de janeiro.

PalavRas-chave: ar condicionado, expansão direta.

CAIXA DE TRANSMISSÃO PARA MINI BAJAluiz Fernando a. silvaCicero V. abreu (orientador)

Resumo: o principal objetivo deste trabalho é especificar uma caixa de mudança de velocidades para um veículo mini baja, que proporcione

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duas especificações: velocidade máxima em torno de 20 km/h e força adequada para vencer aclive de cerca de 30%. simulações preliminares do desempenho foram feitas no programa VIaTuRas, o que possibilitou a definição das relações de transmissão.

PalavRas-chave: caixa de mudança de velocidade, mini baja, análise de desempenho veicular.

FERRAMENTA DE DESTRAVAMENTO MECÂNICOnilson s. estevesCicero V. abreu (orientador)

Resumo: neste trabalho os modelos analíticos baseados em Resistência dos materiais e elementos de máquinas são aplicados no estudo das tensões que estão atuando em cada componente da ferramenta de destravamento mecânico de conector hidráulico utilizado na indústria offshore. as simulações numéricas foram desenvolvidas utilizando um modelo de elementos finitos, através do software comercial ansYs.

PalavRas-chave: ferramenta de destravamento, conector hidráulico, elementos finitos.

PROJETO MECÂNICO DE UM SISTEMA DE TUBULAÇÃO DE ÓLEO LUBRIFICANTERachel R. s. Pinaluiz Carlos m. galvesCicero V. abreu (orientador)

Resumo: o objetivo desse trabalho é um projeto de tubulação industrial com análise de tensões, seguindo a orientação das principais normas específicas para um projeto seguro. um arranjo para duas bombas operando alternadamente fazem o fluido circular na tubulação. o software utilizado para execução do estudo de caso será o CaesaR II, que permitiu elaborar um fluxograma de processo.

PalavRas-chave: tubulação industrial, fluxograma de processo, análise de tensões.


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PROJETO DE UMA CALDEIRA PARA FINS ACADÊMICOSRafael d. azevedoWairy d. Cardoso abreu (orientador)

Resumo: este trabalho tem como objetivo um projeto de uma caldeira, de forma a auxiliar e ilustrar as aulas das disciplinas da área térmica do curso de engenharia mecânica da universidade gama Filho.

PalavRas-chave: caldeira, meio auxiliar de ensino, caldeira de laboratório.

DIMENSIONAMENTO DE BOMBA CENTRÍFUGARafael F. macedoluiz Carlos m. galvesCicero V. abreu (orientador)

Resumo: este trabalho baseia-se no cálculo dos requisitos que influenciam o projeto de uma bomba centrífuga, com o passo a passo para o cálculo de vários componentes de um sistema de bombeamento, como: perda de carga do sistema; pressões requeridas; seleção de um motor; cálculo do selo mecânico; dimensionamento do acoplamento; e, na parte final, aborda-se o balanceamento de conjuntos rotativos, necessário para todo bom funcionamento de uma bomba.

PalavRas-chave: bomba centrífuga, selo mecânico, balanceamento.

PROJETO E ANÁLISE ESTRUTURAL DO CHASSIS FÓRMULA VB 1600Régis Christiano n. R. macedoCicero V. abreu (orientador)

Resumo: este trabalho teve como objetivo projetar e analisar uma estrutura tubular (gaiola) para ser utilizada numa categoria escola do automobilismo nacional, utilizando os softwares auToCad 2010 e ansYs ed 10.0. optou-se por utilizar no projeto deste veículo tubos de seção transversal circular e quadrada, ambos de aço carbono, especificação sae 1020.

PalavRas-chave: chassis, elementos finitos, análise estrutural, estrutura tubular.

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CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DEENERGIA NOS ELEVADORESRicardo g. Castro jr.Cicero V. abreu (orientador)

Resumo: o presente trabalho analisou a possibilidade em criar um sistema mecânico capaz de captar o movimento gerado pelas polias de um elevador de carga existente em um edifício do centro do Rio de janeiro, fabricado há 35 anos. a energia captada será transformada em energia elétrica, sem introduzir esforços significativos ao sistema atual, garantindo mais uma fonte renovável de energia, além de reduzir os gastos com eletricidade.

PalavRas-chave: conversão de energia, elevadores.

PROJETO MECÂNICO DE VASO DE PRESSÃORodolfo g. l. silvaWairy d. Cardoso (orientador)

Resumo: este trabalho teve como objetivo realizar o dimensionamento mecânico de um vaso de pressão de separador trifásico (gás, óleo, água) fundamental para o tratamento da água, exportação de óleo e compressão de gás (exportado e de injeção nas colunas de produção) de uma plataforma de petróleo. o dimensionamento foi feito utilizando coeficiente de segurança menor que o utilizado no código asme, para redução de espessura de material e consequentemente reduzindo custos de fabricação. Para isso, foi empregado instrumentos modernos de monitoração das condições operacionais do equipamento que atuação em caso de emergência, garantindo a segurança e a confiabilidade do equipamento.

PalavRas-chave: vaso de pressão, redução de espessura, instrumentos de monitoração.

ANÁLISE DE JUNTAS DE TOPO, SOLDADAS PELOS PROCESSOS SAW E GMAWVinícius l. almeidaannelise Z. PinhoCicero V. abreu (orientador)

Resumo: este trabalho estuda, em uma aplicação prática, as contrações e distorções na soldagem de união de chapas de aço estrutural asTm a


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36, de espessura 9,5 mm, utilizando diferentes processos de soldagem, a arco submerso (saW) e a arco com eletrodo metálico e proteção gasosa (gmaW). o processo saW de mais alta energia apresentou maior contração transversal, mas perfil uniforme, enquanto o processo gmaW, de menor energia e maior numero de passes, apresentou perfil não uniforme e grande distorção angular, embora com uma área fundida na proporção de metade da área obtida por saW.

PalavRas-chave: soldagem saW e gmaW, uniões soldadas, contrações e distorções em juntas soldadas.

CONTROLE AUTOMÁTICO DO SISTEMA DE NÍVEL DE UM TANQUE PARA TRATAMENTO DE ÁGUA.michael molotekWairy d. Cardoso (orientador)leonardo g. da silva (orientador)

Resumo: o projeto consiste no desenvolvimento e aplicação de um sistema de controle de nível para um tanque de abastecimento de água tratada, localizado na estação de tratamento de uma fábrica, o qual emprega a água como fluido de processo. após intenso contato na área industrial, percebeu-se a necessidade de um estudo mais abrangente com relação a análise desse tipo de controle. no projeto, especificam-se as características ou comportamento desejado e configura-se ou sintetiza-se o sistema, de forma que ele exiba as qualidades procuradas. o sistema de malha fechada com realimentação proposto, deseja manter automaticamente o nível da água no interior de um tanque em um determinado valor de setpoint. as etapas do projeto de um sistema de controle aplicado são descritas com o propósito de se obter uma avaliação por meio de simulação para melhor caracterizar a aplicabilidade e a viabilidade do sistema. na modelagem matemática do processo de controle de nível de água são utilizados os conceitos de resistência e capacitância. a metodologia do índice e desempenho selecionada no projeto de controladores PId`s para malhas de controle de nível é o método ITae. Para simular numericamente a operação, utiliza o software simulink/ matlab, obtendo o comportamento da resposta do sistema a uma entrada de referência ao degrau. Com esse procedimento demonstram-se as inúmeras vantagens do controlador PId; resposta rápida a qualquer desvio do ponto de ajuste, maior precisão,estabilidade,e confiabilidade na operação do sistema e maior vida útil dos equipamentos controlados. especificam-se as bombas centrífugas, a válvula de controle e o medidor de nível do tanque.

PalavRas chave: malha fechada, Controle de nível de água, Controlador PId, ITae, simulação, bombas Centrifugas e Válvula de Controle.

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CAIXA DE REDUÇÃO HIPÓIDEdiógenes de araújo liraWairy dias Cardoso (orientador)

Resumo: este trabalho foi desenvolvido para desenvolver um sistema, motor e redução, visando à elevação de uma determinada carga a certa velocidade, usando um jogo de engrenagens helicoidal hipóide,visando um sistema silencioso de alta potencia e baixa rotação para elevação de uma carga de 100kn a uma velocidade de elevação de no máximo 0.25m/s. Para o desenvolvimento das engrenagens hipóides pinhão e coroa foi utilizado uma norma específica pois se tratade um desenvolvimento de grande complexidade. normalmente este tipo de engrenagem é muito utilizado em diferenciais de automóveis, em casos especiais são utilizadas em outros tipos de aplicações, isto normalmente ocorre pelo preço elevado deste tipo de produto. os resultados finais de projeto foram satisfatórios atendendo as expectativas degrandeza do projeto de acordo com a experiência em outros tipos de desenvolvimento de equipamentos

PalavRas-chave: mecânica, engrenagem hipóide.

MICRO TURBINA Á GÁS DIDÁTICAadailton arcanjoCarlos gustavoRenan RegoRodrigo de oliveiraWendel R. mirandaWairy dias Cardoso (orientador)

Resumo: o presente trabalho teve como proposta todo o projeto de estudo, planejamento e montagem de um protótipo de uma turbina a gás didática.

o produto deste trabalhocontempla um equipamento de natureza didática, que permite o contato prático dosalunos com o ciclo aberto de turbina a gás (ciclo brayton). Foi possível vivenciar acomplexidade do projeto de um equipamento que possui, como variáveis principais,o calor, a vazão mássica e a pressão de diferentes fluidos, analisados de formadinâmica.

Por ser de cunho multidisciplinar, este trabalho foi segmentado pormódulo de pesquisa, sendo os principais capítulos: Compressor, Câmara deCombustão, Turbina, sistema de lubrificação, análise Térmica e sistema


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deIgnição. Foram utilizados, além de toda bibliográfica específica de engenharia, dados e recomendações práticas para o projeto do protótipo de uma turbina a gás.

Com a diversidade de alternativas para geração de energia elétrica, acredita-se que aopção de geração, a partir de uma turbina a gás, seja uma solução menos agressivaao meio ambiente e significantemente mais econômica.

a construção do protótipo na universidade gama Filho comprovou a capacidade disciplina e força de vontade dos alunos utilizando avançados conceitos teóricos e muito trabalho para a construção da turbina. apesar das diferenças individuais procederam como equipe e, como tal, só poderia acabar no sucesso que constatamos.

PalavRas-chave: Ciclo brayton, compressor, turbina, fluidos, câmara de combustão, sistema de lubrificação, análise térmica, sistema de ignição, energia, protótipo

Curso de Engenharia de Petróleo(2011.1)

ANÁLISE DE EFICIÊNCIA DA INJEÇÃO DE FLUIDOS AQUECIDOS NA RECUPERAÇÃO DE RESERVATÓRIOS DE ÓLEOS PESADOS.abraão monteiro alvesjosé sérgio de araújo Cavalcanti Filho (orientador)

Resumo: Conforme visto no cenário mundial é crescente a demanda de consumo de combustíveis e produtos derivados de petróleo. apesar do grande consumo, observa-se que atualmente estamos em um período de declínio da produção e das reservas mundiais, principalmente em se tratar de óleo leve, que é o primeiro tipo de óleo a ser produzido por não precisar de novas tecnologias e por ser economicamente mais atrativo. assume-se, portanto, que futuramente campos de óleos com baixo aPI (chamados de pesados) podem se tornar uma fonte de energia importante para suprir a demanda mundial. os métodos térmicos são métodos utilizados para a produção destes tipos de reservatório por aumentar a temperatura dos mesmos e, conseqüentemente, diminuir a viscosidade do óleo nas condições de reservatório. este método é bastante eficiente para estes tipos de reservatórios, principalmente quando comparado a outros métodos de

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recuperação tais como a injeção de água. o presente trabalho ilustra a diferença em termos de eficiência de deslocamento da aplicação de um método térmico e a injeção de água em um reservatório de óleo pesado. utilizou-se o modelo de buckley leveret para este fim. observou-se que a injeção de vapor proporciona uma melhor eficiência de deslocamento que a injeção de água devido à redução de viscosidade e diminuição da razão de mobilidades.

PalavRas chave: Óleos leves, Recuperação avançada de Petróleo, Reservatório de Petróleo.

AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA PRESSÃO DE MISCIBILIDADE NA INJEÇÃO DE CO2 UTILIZANDO UM SIMULADOR BLACk-OIL PSEUDO-MÍSCIVEL.maiote Cassai g. da silvajosé sérgio de araújo Cavalcanti Filho (orientador)

Resumo: um volume significativo de petróleo, um pouco mais da metade do volume original contido no reservatório, é deixado no subsolo depois da aplicação do método de recuperação secundaria de petróleo. o óleo residual permanece em grande parte como gotas isoladas e aprisionadas nos poros da rocha reservatório, ou como filmes em torno dos grãos da rocha. a saturação de óleo e cerca de 20-30% em regiões já varridas pela água ou gás injetado.

a fim de eliminar essa barreira foram desenvolvidos os métodos de recuperação avançada de petróleo (eoR), que irão reduzir essa saturação residual o máximo possível tendo como objetivo principal o aumento da fração recuperada de petróleo.

este trabalho irá tratar de um dos métodos de recuperação avançada, a injeção miscível de Co

2.

a injeção de Co2 no reservatório pode mobilizar esse óleo residual. Quando

introduzido no reservatório, o Co2 interage quimicamente e fisicamente

com o óleo contido na rocha reservatório, criando condições favoráveis que melhoram a recuperação de petróleo; estas condições incluem:

•a redução da força capilar que impedem o fluxo do óleo dentro da rocha reservatório.

•expansão do volume do óleo (inchamento) e a consequente redução da viscosidade.


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•mudança da fase complexa do óleo que aumenta sua fluidez•manutenção de características favoráveis para mobilidade do óleo e do

Co2 para melhor a eficiência de varrido.

o estudo de caso desse projeto foi desenvolvido a partir de um simulador pseudomiscivel denominado masTeR 3.0 e sua descrição se encontra no corpo desta monografia.

PalavRas chave: métodos de recuperação avançados, injeção de dióxido de carbono, fator de recuperação, simulação miscível.

PERFURAÇÃO EM ZONAS DE SALjuliano gall Caldasgustavo bechara meurer (orientador)

Resumo: a perfuração em zonas salinas é uma atividade muito praticada na indústria de petróleo, tendo no golfo do méxico sua principal aplicação. a ocorrência de camadas de sal está, geralmente, associada à presença de acumulações de hidrocarbonetos. devido as suas propriedades isolantes, as camadas de sal podem formar armadilhas geológicas que impedem a migração de petróleo, acumulando-o logo abaixo. a costa brasileira apresenta diversos blocos com presença de camadas de sal, porém suas elevadas extensões e localização em laminas d’água ultraprofundas tornam a perfuração dessas regiões umgrande desafio, demandando a introdução de tecnologias avançadas. Problemas relacionados à fluência de camada de sal para o interior do poço, arrombamento do poço por dissolução de sal no fluido de perfuração e colapso pontual da coluna de revestimento por cimentação primária deficiente são freqüentes nestes cenários. neste contexto, a correta otimização de parâmetros de perfuração e completação tendo como base estudos sobre as propriedades físico-químicas do sal é imperativa para viabilizar a explotação de

reservatórios localizados abaixo de regiões salinas. a partir de uma intensa pesquisa bibliográfica, foi realizada uma relação sobre as principais características das perfurações em zonas salinas, apresentando o histórico da operação e cenário atual, focando nas atividades desenvolvidas no golfo do méxico e nas bacias de Campos e santos na costa brasileira. são também discutidas soluções tecnológicas para os principais desafios enfrentados na perfuração de evaporitos com ênfase no comportamento da formação salina, no projeto de fluidos e de revestimentos. Finalmente, futuros desafios são comentados, como a perfuração de poços altamente

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desviados em formações salinas e os seus impactos no futuro da produção de óleo no brasil e no mundo.

PalavRas chave: perfuração em zonas de sal; perfuração; zonas de sal; fluidos de perfuração;cimentação; ferramentas de perfuração; revestimento.

TÉCNICAS DE REPARO DE DUTOS EM OPERAÇÃOjoão guilherme Ferreira de matoselton jorge bragança Ribeiro (orientador)

Resumo: Todo reparo em tubulações requer uma solução específica que depende dos parâmetros obtidos na análise.

Para defeitos externos (perda de espessura de até 80%, amassamento ou trinca) poderá ser utilizada uma manta de material compósito.

abraçadeiras mecânicas ou soldáveis são recomendadas para perda de espessura interna (corrosão). o processo de corrosão interna não pode ser inibido com a utilização de manta de materiais compósitos, deste modo a seção de duto necessita de ser reforçada por abraçadeira mecânica ou soldável, ou ainda substituindo trecho através do método duplo bloqueio com bypass.

abraçadeiras mecânicas são consideradas reparos temporários e necessitam ser substituídas no futuro. este tipo de intervenção normalmente é imposto por necessidade de emergência. no entanto se estas abraçadeiras forem totalmente soldadas na tubulação, elas se tornam reparos permanentes.

Trincas, soldas defeituosas, laminação e amassamentos poderão ser reparados aplicando abraçadeiras mecânicas ou soldadas. em algum dos casos o defeito poderá ser retirado com uma trepanação de modo a eliminar as tensões no duto causadas pelo defeito. utilizando uma conexão com flange que permite colocação de Plugue (lock o’ring Flange), é possível recuperar a válvula após o término da trepanação.

se houver grande vazamento, então abraçadeiras mecânicas não poderão ser utilizadas. neste caso deverá ser realizado, conforme supra citado, um bloqueio duplo com by-pass, sendo o bloqueio realizado com máquinas de bloqueio sToPPle® ou através de pigs de bloqueio. o by-pass em ambos os casos será realizado através de trepanação realizada em conexões de by-pass.

PalavRas chave: Trepanação, bloqueio e Reparo.


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CONTROLE AMBIENTAL EM OPERAÇÕES OFFSHOREmarcos andré R. Fonsecageraldo j. o. Figueredo (orientador)luis manoel P. nunes (orientador)

Resumo: o presente trabalho retrata de maneira teórica, como é complexa a combinação meio ambiente e Produção de Petróleo. muitos fatores devem ser levados em consideração antes de se retirar o mesmo do fundo do mar. sendo assim, diversas leis foram estabelecidas, diretrizes e normas devem ser seguidas, tanto para produção quanto a derramamentos. neste, serão enfatizados o derrame do óleo (oilspill), bem como as características e tipos de óleo, o comportamento deste em ambiente offshore , os principais métodos de respostas a um derrame e descrever de maneira abrangente a resolução Conama 398, onde possui um capítulo abordando o Plano de emergência Individual.

PalavRas chave: Controle ambiental, Vazamento de óleo, meio ambiente.

PROJETOS INTEGRADORES

CST em Automação Industrial

ARMAZÉM AUTOMÁTICOjairo Cesar P. juniorPaulo Roberto P. juniorRobson m. da gamaRonaldo Felix da silvasérgio l. Fernandes (orientador)

Resumo: o objetivo de apresentar um projeto integrador como parte obrigatória para obtenção do título de Tecnólogo em automação Industrial foi interpretada, pelo grupo, como a oportunidade de realizar um trabalho que empregasse os principais equipamentos utilizados no seguimento de automação. em comum acordo foi, escolhido a tarefa de automatizar um “armazém automático”. nesta empreitada são utilizados os elementos

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mais relevantes da automação industrial, sendo eles: Controlador lógico Programável, sistema supervisório, motores (sistema elétrico), Inversores de freqüências e sensores (indutivos e Chaves fim de cursos).

assim o projeto tem como objetivo favorecer a movimentação de materiais indefinidos. Para tanto, será constituído de um local que terá um palet responsável por receber produtos enviados através de uma esteira, portanto ao se efetivar o recebimento desses produtos a esteira enviará ao robô a identificação do cliente permitindo assim que seja levado pela paletizadora até a vaga respectiva. o robô se moverá nos eixos X, Y e Z, afim de que o palet seja armazenado. o armazém terá 6 (seis) vagas sendo 2 (duas) colunas e 3 (três) fileiras, assim, seu posicionamento será feito por um operador que irá programar e controlar o supervisório, afim deste executar os acessos para definir as posições nos eixos x e y, ao pegar o palet, o robô permitirá que o mesmo leve os produtos para a vaga destinada ao cliente, previamente armazenada no supervisório, pelo operador.

PalavRas-chave: armazém, automação, Controle, logística e ClP.

PRojeTos deInICIação CIenTíFICa

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Curso de Arquitetura e Urbanismo(em andamento)

INTERROGANDO A DEGRADAÇÃO URBANO-AMBIENTAL: UM ESTUDO SOBRE CONFORMIDADES E LIMITES NAPRODUÇÃO DA CIDADEluís Cesar Peruci do amaral (orientador)mirian Keiko luz Ito Rovo de souza lima (Co-orientadora)

Resumo: o projeto busca identificar os limites impostos ao planejamento urbano e regional que resultaram no processo de degradação urbano-ambiental de territorialidades contidas na Zona norte da Cidade do Rio de janeiro. nesta direção foram adotados como base documental para análise, os planos urbanísticos e diretores para a Cidade do Rio de janeiro, a partir da década de 1920. no decorrer do projeto, busca-se entender o contexto histórico em que se deram a proposição e elaboração das propostas e diretrizes contidas nos planos, relacionando-as às motivações políticas, econômicas, sociais, culturais e ambientais que levaram a sua formulação, assim como seu teor ideológico.

Foram, para isso, considerados os seguintes planos como objeto de análise: Plano agache, de 1930; Plano doxiadis, de 1965; Plano urbanístico básico do Rio (Pub-Rio), de 1977; Plano diretor decenal do Rio de janeiro, de 1992; e Plano estratégico da Cidade do Rio de janeiro, de 1995.

Para a realização do trabalho será considerada, ainda, como fonte para pesquisa, a revisão do estado da arte da literatura crítica sobre o planejamento territorial da Cidade do Rio de janeiro, os levantamentos históricos e conjunturais, indispensáveis para desvendar o contexto histórico em que tais planos urbanísticos e diretores foram concebidos, assim como suas motivações e objetivos. Por fim, o estudo visa contribuir para o avanço da reflexão e análise sobre processos e instrumentalidades mais democráticas e socialmente úteis de gestão e aplicação dos instrumentos formais do planejamento territorial nas cidades, produzindo espaços sustentáveis, equilibrados e harmônicos.

PalavRas chave: Planejamento urbano e Regional; Planejamento ambiental; evolução urbana; sustentabilidade; degradação urbano-ambiental; Políticas Públicas; ambiência urbana.


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SUBPROJETO 01:

Planejamento Territorial e degradação urbano-ambiental: um estudo crítico do pensamento sobre a cidade. dIsCenTe: andressa mazza Rodrigues

Resumo do subPRojeto: o presente projeto propõe o estudo das relações entre ocupação do solo da Zona norte (aP3) da cidade do Rio de janeiro, e seu processo de degradação urbano-ambiental, considerando a evolução urbana, a forma-conteúdo por ela produzida a partir das políticas urbanas nas suas diversas instâncias e da vitalidade da dinâmica social. nesta direção, pretende-se reconhecer as bases teóricas e analíticas que expressem fenômenos como exclusão social, segregação urbana, degradação urbano-ambiental e estigmatização territorial, a partir da compreensão de fatores ideológicos e conjunturais associados a processos sociais, culturais, econômicos, ambientais e políticos, vividos nos lugares.

o projeto insere-se no campo dos estudos das questões sociais e ambientais, associando-as, fortemente, à evolução e às contradições urbanas.

Portanto, ao valorizar o impacto da ocupação urbana sobre a ‘base natural’, inclusive a partir do estudo das atuais condições sanitárias e sociais, pretende-se refletir propostas de intervenção urbana e políticas públicas que considerem o complexo e multiescalar conjunto de processos responsáveis pela degradação urbano-ambiental e, logo, pela deterioração da condição de vida de segmentos das classes populares na Zona norte (aP3) da cidade do Rio de janeiro.

SUBPROJETO 02:

Políticas Territoriais e degradação urbano-ambiental: um estudo sobre o impacto das decisões na conformação políticas públicas urbanas sobre a qualidade ambiental.dIsCenTe: Thaís Zichtl aleixo.

Resumo do subPRojeto: o projeto busca identificar limites e conformidades das políticas públicas de cunho territorial na produção e equalização das demandas urbanas. Para isso, apóia-se no estudo de instrumentos da gestão pública e na reflexão sobre a qualidade e satisfação de projetos implementados na Zona norte (aP3) da Cidade do Rio de janeiro.

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no decorrer do projeto, busca-se compreender como as disputas, de natureza ideológica e conjuntural, na alocação dos investimentos públicos, resulta na produção desigual do território, potencializando processos de degradação urbano-ambiental.

Por fim, o projeto pretende avançar na discussão de alternativas democráticas na configuração de urbanidades, reconhecendo mecanismos socialmente uteis e democráticos para garantir a equidade e o equilíbrio na estruturação da cidade.

Curso de Engenharia Elétrica(concluídos)

ESTUDO DE ESPAÇOS E INSTALAÇÕES NA CLÍNICA DE FISIOTERAPIA DA UGF, VISANDO AO APERFEIÇOAMENTO E À OTIMIZAÇÃO DE SEUS USOSCristiano da s. Pradoartur d. da silvamaycon o. C. de sámarcelo de a. duarte (orientador)

Resumo: hoje em dia, é bastante comum a existência de inúmeras não conformidades, em relações às normas padrões, encontradas na construção de espaços para aplicações biomédicas, tais como: espaço mal distribuído; instalações elétricas e hidráulicas fora das normas; separação inadequada de ambientes, etc. Considerando que reconstruir tais ambientes, apesar de ideal, torna-se pouco viável, esse projeto teve como objetivo observar os problemas existentes na Clínica de Fisioterapia da ugF, levando sugestões ao seu administrador, a fim de possibilitar, da melhor forma possível, e com o menor custo, a sua melhoria. os problemas encontrados foram registrados com fotos e descrição textual e, em princípio, grande parte das melhorias poderão ser implementadas facilmente. são exemplos de problemas encontrados e das sugestões para solucioná-los: constatação de fuga de corrente elétrica na máquina de gelo, devido à falta de aterramento adequado na malha elétrica da clínica - sugeriu-se desligar a máquina de gelo ao final do expediente, com o objetivo de prevenir acidentes elétricos durante a noite, até que o problema de aterramento seja corrigido; foi


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observado o acondicionamento irregular da lâmpada de teste do aparelho de micro-ondas, feito com fita crepe, em um gancho na parede da clínica - havia a possibilidade de queda iminente da lâmpada - foi sugerido o armazenamento da mesma em uma gaveta com proteção de borracha, para evitar que a lâmpada se quebre dentro da mesma. além das soluções para os problemas encontrados, durante as visitas à clínica, alguns equipamentos passaram por manutenção básica, retornando ao uso após rápida inspeção dos alunos envolvidos no projeto. Tais reparos foram registrados em relatórios, que foram entregues à professora responsável, para avaliação desse trabalho. Concluiu-se que o objetivo do trabalho foi plenamente alcançado, e que, além disso, um trabalho de manutenção preventiva e corretiva, realizado em paralelo com as observações e sugestões de melhorias, tornou-se importante para auxiliar o bom funcionamento da Clínica de Fisioterapia da ugF, durante o período de vigência desse projeto.

PalavRas-chave: manutenção Preventiva, ambientes biomédicos, engenharia Clínica.

SISTEMA PARA AQUISIÇÃO E ANÁLISE DE SINAIS, UTILIZANDO O SOFTWARE LIVRE SCILAB, PARA O CONTROLE DE QUALIDADE DE EQUIPAMENTOS ELETROMÉDICOSmárcio Campos Vianamarcelo de almeida duarte (orientador)

Resumo: os aparelhos eletromédicos constituem uma parcela importante dos equipamentos utilizados em Fisioterapia. Por ter seus eletrodos aplicados diretamente no corpo humano, um aparelho eletromédico deve ser projetado com muito cuidado, devendo atender a uma série de normas específicas (abnT), visando a maior segurança na sua utilização. o controle de qualidade desses aparelhos deve ser realizado com muito cuidado e critério. desenvolver equipamentos de testes automáticos, de fácil calibração e manuseio, torna-se importante para evitar erros, principalmente, humanos, na avaliação dos aparelhos testados. Com o controle de qualidade automático, a incidência de acidentes com aparelhos mal testados na fábrica, tende a diminuir. evitar acidentes com esse tipo de equipamento é imprescindível, pois podem gerar desconforto, queimaduras e, até mesmo, a morte. o principal objetivo desse trabalho foi a implementação de um sistema para realizar análises qualitativas dos

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sinais do eletroestimulador Facial lab, fabricado pela empresa advice, parceira da ugF em pesquisas na área da engenharia biomédica. esse sistema deveria permitir a aquisição e a análise de sinais provenientes do aparelho, de forma automática, utilizando-se de um microcomputador com o software livre sCIlab instalado. devido, principalmente, à falta de recursos, não foi possível comprar, nem desenvolver, um hardware que atendesse a todos os critérios de aquisição de sinais do Facial lab, impossibilitando testes práticos de interfaceamento entre o mesmo e o computador. entretanto, foram efetuadas, com sucesso, diversas leituras de arquivos, com visualização gráfica de seus resultados no sCIlab. atualmente, encontra-se em desenvolvimento uma placa de aquisição de sinais, com o intuito de permitir a comunicação e a transferência de dados do Facial lab para um microcomputador. após essa fase, em um novo projeto de Iniciação Científica, um protótipo do equipamento de testes automático poderá ser implementado, uma vez que já se conhecem as técnicas para o processamento de sinais através do sCIlab.

PalavRas-chave: Controle de Qualidade, aquisição de sinais, análise de sinais, scilab, equipamentos eletromédicos.

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