revista_procet_v3_n1_2012

Revista de

CIÊNCIA ETECNOLOGIAPró-Reitoria de Ciências Exatas e Tecnologia

ANO 3, V. 3, N. 1, PÁG. 8-190, 2012

3

REITORIAReitorPaulo César Dahia Ducos

Pró-Reitor de SaúdeGilberto Chaves

Pró-Reitor de Humanidades e Ciências SociaisFernanda Pontes Pimentel Fernandes

Pró-Reitor de Exatas e TecnologiaPaulo César Dahia Ducos

Pró-Reitor de Administração e DesenvolvimentoRosa Maria Antunes Cardoso Marques

EDITORAGAMA FILHOProjeto GráficoAndré Luiz Santos

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.)

5

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

CONSELHO EDITORIAL

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

Prof.ª Dr.ª Cristina Malafaia Caetano Stramandinoli, 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

6

SUMÁRIO

8 SISTEMA DOS QUATRO TANQUES UTILIZANDO CONTROLADOR NEBULOSOFabio S. G. SagazGuilherme S. G. SagazLeonardo H. G. F. da Silva

20 CONEXÃO DE AEROGERADORES AO SISTEMA ELÉTRICOJoão Carlos de O. AiresRenata J. MacedoMarcos F. de VargasCarlos J. P. MoreiraLeandro de C. AbreuAdriano D. CabralAmanda de Araújo C. Castro

34 ESTUDO DE UTILIZAÇÃO DE “GAP FILLER” PARA MELHORA DA COBERTURA DO SINAL DE TV DIGITALLaisy Rebelo Caroba da SilvaLeonardo Henrique G. F. da Silva

44 D.A.D.A. - DISPOSITIVO AURICULAR PARA DEFICIENTES AUDITIVOSDanielle O. SilvaJuvenal M. S. AfonsoSheila A. M. C. DiasMarcelo A. Duarte

57 ELETROCARDIÓGRAFO DE BAIXO CUSTOAndré L. A. MadureiraFlávio S. MendesMarcelo A. Duarte

7

66 EMISSÃO DE GÁS CARBÔNICO E ENERGIA NUCLEARC. L. OliveiraClaudia C. FrutuosoKrause C. S. SallesTeresa J. Manuel

80 LINGUAGEM EMOTIVAÇÃOGisélia Clarice Eirado de Almeida

91 APLICAÇÃO DA RELAÇÃO ÁUREA EM UM SISTEMA DE VIBRAÇÕES MECÂNICAS COM DOIS GRAUS DE LIBERDADEWairy Dias Cardoso

101 MODELAGEM DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE CHAPAS DE TANQUE DE ARMAZENAGEM DE PETRÓLEORaphael Mesquita de AlmeidaAmândio Marques da Costa Junior

111 CORROSÃO E PROTEÇÃO CATÓDICAAndré Luiz C. SimõesMaria de Lourdes M. MagalhãesRosa Maria R. Nielsen

121 RESUMOS DE TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO E PROJETOS INTEGRADORES

8

SISTEMA DOS QUATRO TANQUES UTILIZANDO CONTROLADOR NEBULOSO

Fabio S. G. Sagaz1

Guilherme S. G. Sagaz1

Leonardo H. G. F. da Silva1

1 Universidade Gama Filho, Curso de Engenharia de Controle e AutomaçãoRua Manoel Vitorino, 553 - Piedade20.740-900 – Rio de Janeiro - [email protected][email protected]@hotmail.com

Resumo: Neste artigo o controlador PID utilizado no artigo (SAGAZ, 2011) será substituído por um controlador nebuloso. O objetivo é ajustar o controlador nebuloso para controlar este processo. Será também analisada a degradação do desempenho deste controlador frente a variações do parâmetro X (posição da válvula de três vias) tanto para o controlador nebuloso, quanto para o PID.

Palavras-chave: Sintonia de controladores Nebulosos, Processo multivariável, Controlador PID.

9

Revista de Ciência e Tecnologia | VOL. 3, N. 1, PÁG. 8-19, 2012

1. INTRODUÇÃO

Nem todos os processos industriais podem ser controlados de forma apropriada com as malhas de controle PID. Muitos processos multivariáveis com acoplamento entre as variáveis, não-lineares e variantes no tempo necessitam de um tratamento diferenciado. Esse tratamento diferenciado na indústria inclui a utilização de algoritmos de controle preditivo, adaptativo, robusto e inteligente, principalmente na indústria química e aeroespacial (COELHO, 2001).

A teoria de subconjuntos nebulosos nasceu da constatação de que quando a complexidade de um sistema aumenta, nossa habilidade para concluir fatos e tomar decisões que sejam ao mesmo tempo precisos e significativos tende a diminuir até um limite a partir do qual precisão e relevância passam a ser características quase excludentes (ZADEH, 1973).

2. CONTROLADOR NEBULOSO APLICADO AOPROCESSO DOS QUATRO TANQUES

2.1. Controlador Nebuloso com Parâmetro X em 0,7

O sistema dos quatro tanques (JOHANSSON, 2000) foi apresentado em (SAGAZ, 2011).

Será feita a seguir a análise do controle do processo dos quatro tanques, substituindo o controlador PID por um controlador nebuloso, para os parâmetros X

1 e X

2 em 0,7.

O sistema está montado da forma mostrada na Figura 1.

Figura 1: Diagrama de blocos do sistema

10


O controlador se apresenta como mostrado na Figura 2, as variáveis de entrada são:

hi – nível do tanque i

∆hi – variação do nível do tanque i

SPi – “setpoint” do tanque i

E as variáveis de saída são:

Fj – vazão do ramo j

Figura 2: Diagrama de blocos do controlador nebuloso

Este sistema foi implementado no MATLAB-Simulink (MATLAB USER`S GUIDE, 1999).

O controlador nebuloso recebe como entradas, o nível do tanque 1, o “setpoint” desejado para o tanque 1 e a variação do nível do tanque 1. Ainda, o nível do tanque 2, o “setpoint” desejado para o tanque 2, e a variação do nível do tanque 2. As variáveis de saída são as vazões das bombas (F

1 e F

2),

ver Figura 2. Com as entradas do nível dos tanques e os “setpoints” desejados são calculados o erro E e a variação do erro DE, que são as variáveis de entrada do controlador.

Foram utilizados treze valores lingüísticos para codificação do erro, e dispostos como funções de pertinência como mostrado na Figura 3, sendo cada um destes valores representados por uma função de pertinência. Os valores lingüísticos empregados são (índices de 1 à 13):

1. EP_GGG → Erro positivo muito muito grande

2. EP_GG → Erro positivo muito grande

3. EP_G → Erro positivo grande

11


4. EP_M → Erro positivo médio

5. EP_P → Erro positivo pequeno

6. EP_PP → Erro positivo muito pequeno

7. EZ → Erro zero

8. EN_PP → Erro negativo muito pequeno

9. EN_P → Erro negativo pequeno

10. EN_M → Erro negativo médio

11. EN_G → Erro negativo grande

12. EN_GG → Erro negativo muito grande

13. EN_GGG → Erro negativo muito muito grande

Figura 3: Funções de pertinência do erro

O mesmo foi feito para codificar a variação do erro nas suas respectivas variáveis lingüísticas com os mesmos índices empregados para o erro, (DE

N_GGG, DE

N_GG, DE

N_G, DE

N_M, DE

N_P, DE

N_PP, DE

Z, DE

P_PP, DE

P_P,

DEP_M, DE

P_G, DE

P_GG, DE

P_GGG), que ficou disposto conforme a Figura 4.

Figura 4: Funções de pertinência davariação do erro

12


Já a decodificação de saída foi realizada com as funções de pertinência centradas da seguinte forma, e disposta como mostra a Figura 5:

1. C_PGGG = 1;

2. C_PGG = 0.7;

3. C_PG = 0.3;

4. C_PM = 0.2;

5. C_PP = 0.1;

6. C_PPP = 0.05;

7. C_Z = 0;

8. C_NPP = -0.05;

9. C_NP = -0.1;

10. C_NM = -0.2;

11. C_NG = -0.3;

12. C_NGG = -0.7;

13. C_NGGG= -1;

Figura 5: Funções de pertinência de saída

A estrutura de um controlador nebuloso deve possuir um conversor das variáveis analógicas para variáveis nebulosas, uma máquina de inferência e um conversor para as variáveis numéricas de saída. O conversor para variáveis nebulosos é a parte do controlador que irá calcular o valor dos graus de pertinência das funções de pertinência do erro E e da variação do erro DE associados às grandezas de entrada. A máquina de inferência nebulosa irá gerar as ativações das funções de pertinência de saída através

13


das regras do controlador. Já o conversor para variáveis numéricas é o responsável por transformar as variáveis lingüísticas de saída geradas pela máquina de inferência nebulosa em um valor bem definido da variável de saída, que neste caso é a vazão para o tanque.

As regras empregadas pelo controlador nebuloso para controle do processo dos quatro tanques, montadas no Matlab-Simulink, (MATLAB USER`S GUIDE, 1999), são em número de vinte e seis regras conforme descrito abaixo, cabe ressaltar que o número possível de regras para este processo é de 169, que corresponde ao número de variáveis linguísticas, 13, elevado a dimensão do espaço de entradas, 2, 132 :

Regras para o erro “E”

DU_PGGG = DU_PGGG + E_PGGG; regra 1

DU_PGG = DU_PGG + E_PGG; regra 2

DU_PG = DU_PG + E_PG; regra 3

DU_PM = DU_PM + E_PM; regra 4

DU_PP = DU_PP + E_PP; regra 5

DU_PPP = DU_PPP + E_PPP; regra 6

DU_Z = DU_Z + E_Z; regra 7

DU_NPP = DU_NPP + E_NPP; regra 8

DU_NP = DU_NP + E_NP; regra 9

DU_NM = DU_NM + E_NM; regra 10

DU_NG = DU_NG + E_NG; regra 11

DU_NGG = DU_NGG + E_NGG; regra 12

DU_NGGG = DU_NGGG + E_NGGG; regra 13

Regras para a variação do erro “DE”

DU_PGGG = DU_PGGG + DE_PGGG; regra 14

DU_PGG = DU_PGG + DE_PGG; regra 15

DU_PG = DU_PG + DE_PG; regra 16

DU_PM = DU_PM + DE_PM; regra 17

DU_PP = DU_PP + DE_PP; regra 18

14


DU_PPP = DU_PPP + DE_PPP; regra 19

DU_Z = DU_Z + DE_Z; regra 20

DU_NPP = DU_NPP + DE_NPP; regra 21

DU_NP = DU_NP + DE_NP; regra 22

DU_NM = DU_NM + DE_NM; regra 23

DU_NG = DU_NG + DE_NG; regra 24

DU_NGG = DU_NGG + DE_NGG; regra 25

DU_NGGG = DU_NGGG + DE_NGGG; regra 26

Outra maneira de visualizar esta base de conhecimentos é a mostrada na Tabela 1.

Tabela 1: Regras do controlador nebuloso

∆E E

NGGG NGG NG NM NP NPP Z PPP PP PM PG PGG PGGG

NGGG NGGG

NGG NGG

NG NG

NM NM

NP NP

NPP NPP

Z NGGG NGG NG NM NP NPP Z PPP PP PM PG PGG PGGG

PPP PPP

PP PP

PM PM

PG PG

PGG PGG

PGGG PGGG

Pode-se ainda representar as regras da seguinte forma:

SE {E é PGGG} ENTÃO {∆U é PGGG}

SE {E é PGG} ENTÃO {∆U é PGG}

15


SE {E PG} ENTÃO {∆U é PG}

SE {E PM} ENTÃO {∆U é PM}

SE {E PP} ENTÃO {∆U é PP}

SE {E PPP} ENTÃO {∆U é PPP}

SE {E Z} ENTÃO {∆U é Z}

SE {E NPP} ENTÃO {∆U é NPP}

SE {E NP} ENTÃO {∆U é NP}

SE {E NM} ENTÃO {∆U é NM}

SE {E NG} ENTÃO {∆U é NG}

SE {E NGG} ENTÃO {∆U é NGG}

SE {E NGGG} ENTÃO {∆U é NGGG}

SE {∆E é PGGG} ENTÃO {∆U é PGGG}

SE {∆E é PGG} ENTÃO {∆U é PGG}

SE {∆E PG} ENTÃO {∆U é PG}

SE {∆E PM} ENTÃO {∆U é PM}

SE {∆E PP} ENTÃO {∆U é PP}

SE {∆E PPP} ENTÃO {∆U é PPP}

SE {∆E Z} ENTÃO {∆U é Z}

SE {∆E NPP} ENTÃO {∆U é NPP}

SE {∆E NP} ENTÃO {∆U é NP}

SE {∆E NM} ENTÃO {∆U é NM}

SE {∆E NG} ENTÃO {∆U é NG}

SE {∆E NGG} ENTÃO {∆U é NGG}

SE {∆E NGGG} ENTÃO {∆U é NGGG}

A regra um significa que se o erro for positivo muito muito grande (PGGG) então a saída do controlador deverá variar de forma positiva muito muito grande.

As variáveis erro e variação do erro são normalizadas entre [-1, 1]. Esta normalização cria implicitamente fatores de escala para as variáveis associadas. Implementou-se, de forma explícita, um ganho que representa

16


estes fatores de escala e multiplica a entrada, com isso criou-se um grau de f lexibilidade maior para a sintonia do sistema. Desta forma, esses fatores de escala passaram a ser parâmetros de sintonia do controlador nebuloso, fazendo com que se excursione mais ou menos sobre as funções de pertinência.

Os resultados do controlador nebuloso para os parâmetros X1 e X

2 em 0,7,

são apresentados na Figura 6. As mudanças nos “setpoints” são as mesmas descritas no item 2.2 apresentado em (SAGAZ, 2011).

Figura 6: Resposta do controlador nebuloso com parâmetro X em 0,7

Comparando o desempenho do sistema utilizando o controlador PID (Figura 6 apresentada em (SAGAZ, 2011)), com este sistema utilizando o controlador nebuloso, observa-se que ambos têm um bom comportamento e controlam o processo quando o parâmetro X está em 0,7.

2.2. Controlador nebuloso para o parâmetro X EM 0,3

Com o parâmetro X posicionado em 0,3 obteve-se a resposta descrita pelo gráfico da Figura 7, para as mesmas variações de “setpoint” utilizadas para simulação do processo com parâmetro X posicionado em 0,7.

17


Figura 7: Resposta ao controlador nebuloso com parâmetro X em 0,3

Pode-se perceber que o sistema utilizando o controlador nebuloso possui o mesmo comportamento que o sistema utilizando o controlador PID. Para parâmetro X ajustado em 0,3, o controlador não conseguiu controlar o processo, quando se usa o ajuste e a estrutura obtida para o parâmetro X=0,7.

No capítulo anterior foi visto que para parâmetro X ajustado em 0,3, os pares de controle deveriam ser trocados para garantir a estabilidade, ou seja, F

1 com h

2 e F

2 com h

1, Figura 8.

Figura 8: Processo com pares de controle trocados

Com os pares de controle corretos, e reajustando o controlador, com as mesmas variáveis de entrada e de saída, obteve-se o resultado disposto na Figura 9. Pode-se perceber que o processo possui uma dinâmica mais lenta,

18


como já foi constatado com o controlador PID, mas o processo consegue chegar ao seu equilíbrio.

Figura 9: Resposta ao controlador nebuloso com parâmetro X em 0,3 e com pares (F

1-h

2) e (F

2-h

1)

3. CONCLUSÃO

Neste trabalho mostrou-se que o controlador nebuloso pode ser ajustado para ter um bom desempenho para cada valor do parâmetro X do processo. Como no caso do PID, o controlador nebuloso ajustado para o parâmetro X igual a 0,7 não consegue operar quando este parâmetro é variado para 0,3. Torna-se necessário mudar a estrutura ou o pareamento ente as variáveis.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

SAGAZ, Fabio. S. G., SAGAZ, Guilherme. S. G., OLIVEIRA, Claudio. L. de, “Controle Multimalha PID Para o Processo Dos Quatro Tanques”. Revista de Ciência e Tecnologia (Pró-reitoria de Ciências Exatas e Tecnológicas) /

19


Universidade Gama Filho, vol. 1, nº 2 páginas 203-220, Editora Gama Filho, Rio de Janeiro, 2011.

BOLTON, W., “Engenharia de controle”, Makron Books, 1995.

COELHO, L. S., “Metodologias da inteligência artificial aplicadas ao projeto de Sistemas de controle e automação industrial”, ISA SHOW Brasil 2001, 2001.

JOHANSSON, K. H., “The quadruple-tank process: A multivariable laboratory process with an adjustable zero”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 8 (3), pp. 456 – 465, 2000.

DOYLE, F. J., GATZKE, R. V., MAHADEDEVAN, R., WHITMYRE, G., SAFFER, D. R., “Innovative control education using a 4-tank experiment and the www”, ACE 200, IFAC/IEEE Symposium on Advances in control education, Gold Coast, Australia, Dec. 2000.

GATZKE, D. R., MEADOWS, E. S., DOYLE, F. J., SAFFER, D. R., HERNJAK, N. e VADIGEPALLI, R., “Teaching multivariable control with a 4-tank experimental process”, poster at AIChE Annual Meeting, Los Angeles, CA, Nov. 2000.

GOSMANN, H. L., “Linearização Exata de um Processo de Tanques Acoplados”, UNB, fevereiro de 2002.

HENRIKSSON, D., CERVIN, A., AKESSON, J. e ARZÉN, K., “Feedback Scheduling of Model Predictive Controllers”, Lund Institute of Technology, Sweden, 2003.

MARCON, M. S., TRIERWEILER, J.O., SECCHI, A.R., “EKF e CEKF: comparação entre duas formulações do filtro de Kalman estendido”, CBA, 2002.

MATLAB USER`S GUIDE, Mathworks Inc, 1999.

SEBORG, D. E., EDGARD, T. F. e MELLICHAMP, D. A., “Process dynamics and control”, John Wiley & Sons, 1989.

20

CONEXÃO DE AEROGERADORES AO SISTEMA ELÉTRICO

João Carlos de O. AiresRenata J. MacedoMarcos F. de VargasCarlos J. P. MoreiraLeandro de C. AbreuAdriano D. CabralAmanda de Araújo C. Castro

Universidade Gama Filho, Curso deEngenharia Elétrica Rua Manoel Vitorino, 553, Piedade20748-900 – Rio de Janeiro – [email protected]@[email protected]@[email protected]@[email protected]

Resumo: O ano de 2012 caracterizou-se no Brasil como o ano da Sustentabilidade e refletiu o momento global de preocupação com o meio ambiente e com Planeta. Particularmente, o evento Rio + 20, proporcionou a oportunidade de que fosse mostrada ao mundo a Matriz Energética do Brasil, uma das mais limpas do mundo. Nessa matriz, a energia de fonte hidráulica tem um especial destaque na produção de energia elétrica, com quase 80% do total.

21


As fontes alternativas constituídas, principalmente, por usinas eólicas, biomassa de bagaço de cana-de-açúcar e PCH, têm registrado uma expansão média anual de 12%. Em 2010 já apresentavam uma participação de 8%, com previsão de atingir 20% em 2020.

Diante desse cenário, onde as usinas de fonte eólicas surgem com o principal destaque, o artigo se propõe a avaliar a regulação do setor e os principais procedimentos de conexão de unidades aerogeradoras. Como aplicação são apresentados testes em microgeradores montados nos laboratórios da UGF.

Palavras-chave: Energia Alternativa, Aerogeradores, Energia eólica, Procedimentos de Rede

1. INTRODUÇÃO

O Plano Decenal de Expansão de Energia (período até 2020) prevê um significativo aumento da oferta de energia elétrica oriunda de fonte eólica, conforme apresentado na Tabela 1.

A implantação dos primeiros parques eólicos foi viabilizada através dos incentivos do PROINFA e, posteriormente pelos leilões de energia renováveis. Com o leilão de Fontes Alternativas - LFA 2010, deu-se início ao processo do leilão específico para contratação de energia elétrica proveniente de fontes alternativas, realizado nos dias 25 e 26 de agosto de 2010. “Neste leilão, diferentemente dos anteriores, as 3 fontes alternativas - Usinas à Biomassa, Pequenas Centrais Elétricas e Usinas Eólicas tiveram suas energias contratadas pelos agentes de distribuição numa ampla competição entre as fontes.”

22


Tabe

la 1

. Evo

luçã

o da

Ofe

rta

de E

nerg

ia E

létr

ica

– PD

E 20

21

FON

TE20

1020

1120

1220

1320

1420

1520

1620

1720

1820

1920

20

HID

RO

(a)

82.9

3984

.736

86.7

4188

.966

89.8

5694

.053

98.9

4610

4.41

510

9.41

211

1.62

411

5.12

3

UR

ÂN

IO2.

007

2.00

72.

007

2.00

72.

007

2.00

73.

412

3.41

23.

412

3.41

23.

412

GÁ

S N

ATU

RA

L9.

180

9.38

410

.184

11.3

0911

.309

11.6

5911

.659

11.6

5911

.659

11.6

5911

.659

CA

RV

ÃO

1.76

52.

485

3.20

53.

205

3.20

53.

205

3.20

53.

205

3.20

53.

205

3.20

5

ÓLE

O

CO

MB

UST

ÍVEL

2.37

13.

744

5.17

28.

790

8.79

08.

790

8.79

08.

790

8.79

08.

790

8.79

0

ÓLE

O D

IESE

L1.

497

1.49

71.

471

1.47

11.

471

1.12

11.

121

1.12

11.

121

1.12

11.

121

GÁ

S D

E PR

OC

ESSO

686

686

686,

0068

668

668

668

668

668

668

668

6

PCH

3.80

64.

201

4.23

04.

376

4.63

34.

957

5.18

75.

457

5.73

76.

047

6.44

7

BIO

MA

SSA

4.49

65.

444

6.27

26.

681

7.05

37.

353

7.65

38.

003

8.33

38.

703

9.16

3

EÓLI

CA

831

1.28

33.

224

5.27

26.

172

7.02

27.

782

8.68

29.

532

10.5

3211

.532

TOTA

L (b

) 10

9.57

811

5.46

712

3.19

213

2.76

313

5.18

214

0.85

314

8.44

115

5.43

016

1.88

716

5.77

917

1.13

8

Not

as: O

s va

lore

s da

tab

ela

indi

cam

a p

otên

cia

inst

alad

a em

dez

embr

o de

cad

a an

o, c

onsi

dera

ndo

a m

otor

izaç

ão d

as U

HE.

(a) I

nclu

i a e

stim

ativ

a de

impo

rtaç

ão d

a U

HE

Itai

pu n

ão c

onsu

mid

a pe

lo s

iste

ma

elét

rico

Par

agua

io.

(b) N

ão c

onsi

dera

a a

utop

rodu

ção,

que

, par

a os

est

udos

ene

rgét

icos

, é r

epre

sent

ada

com

o ab

atim

ento

de

carg

a.

Font

e: E

PE.

23


O capítulo 2, a seguir, enfoca a conexão dos aerogeradores e os aspectos regulatórios da conexão aos sistemas de transmissão e distribuição.

2. CONEXÃO DE CENTRAIS EÓLICAS AO SISTEMA ELÉTRICO

Aborda-se a seguir a conexão das grandes e pequenas centrais.

2.1. Parques Eólicos

Os parques eólicos que estão sendo instalados no Brasil, em sua maioria, são constituídos por grupos de unidades aerogeradoras, onde cada aerogerador é dotado de um transformador 0,69/34,5kV, por sua vez interligados em grupos de até 10 unidades. Os circuitos de cada grupo são interligados em um barramento comum de 34,5kV e a partir daí interligados à subestação coletora de 230 kV.

Com base na Resolução Normativa nº 320/2008, o conceito de SE Coletora, instalação de transmissão integrante da Rede Básica, está vinculado à conexão das usinas em caráter compartilhado à Rede Básica, minimizando o custo total dos investimentos.

Já o conceito de SE Subcoletora, instalação de transmissão não integrante da Rede Básica, se destina à conexão de centrais de geração em caráter compartilhado à Rede Básica, ou seja, instalação de transmissão como de Interesse Exclusivo de Centrais de Geração para Conexão Compartilhada (ICG).

Outro conceito importante definido pela ANEEL se refere às instalações de transmissão de Interesse Exclusivo e Caráter Individual (IEG). A Figura 1 mostra os conceitos de SE Coletora, ICG e IEG aqui definidos.

24


Figura 1. Diagrama - ICG e IEG

Fonte: EPE

Os estudos do sistema elétrico interligado (SIN) são realizados com a representação dos parques eólicos conforme o modelo da Figura 2. O diagrama de fluxo de potência da Figura 2 aborda os parques de Brotas e Morro do Chapéu, no Sul da Bahia, com unidades aerogeradores com 80% das respectivas capacidades máximas com geração zero de potência reativa.

Os aspectos operacionais da operação dos sistemas eólicos devem atender aos Procedimentos de Rede do ONS (Operador Nacional do Sistema), submódulo 2.8, que estabelece procedimentos para:

- Geração ou absorção de reativos

- Controle de tensão

- Suportabilidade à subtensões decorrentes de faltas na rede

- Distorção harmônica

- Desequilíbrio de tensão

- Flutuação de tensão

- Frequência

O intuito do requisito de freqüência é evitar o desligamento dos geradores quando houver déf icit de geração, seja em condições de sobrefrequência controláveis, ou seja, antes que o esquema de alívio de carga atue completamente.

25


Figura 2. Fluxo de potência em centrais eólicas – Sul da Bahia

2.2. Geração de Pequeno Porte

As condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica foram objeto da recente Resolução Normativa Nº 482, da ANEEL (de 17 de abril de 2012).

Em 2010 a ANEEL instalou a Consulta Pública nº: 015/2010 para o recebimento de contribuições visando reduzir as barreiras para a instalação de geração distribuída de pequeno porte, a partir de fontes renováveis, conectada em tensão de distribuição, cujos principais pontos levantados foram: Tarifa especial, Obstáculos de acesso de pequenas centrais geradoras à distribuição, Impactos ambientais, Net Meeting, entre outros. Os resultados foram apresentados na Nota Técnica n° 0004/2011-SRD/ANEEL de 9 de fevereiro de 2011.

De acordo com os Procedimentos de Distribuição (PRODIST, Módulo 3, de 14/04/2012), a microgeração distribuída é a central geradora de energia elétrica com potência instalada menor ou igual a 100 kW e que utiliza fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras.

Embora o foco desse artigo sejam os sistemas eólicos a Figura 3 ilustra uma possível configuração do sistema após a regulamentação das minis

26


e micros centrais elétricas. Uma possibilidade de conexão eficiente é a híbrida com geração eólica e solar fotovoltaica. A descrição dos principais componentes de um sistema híbrido é mostrada na Tabela 2.

Figura 3. Sistema de distribuição após a nova versão do PRODIST

Tabela 2. Descrição dos componentes utilizados em um sistema híbrido

ITEM NOME DO COMPONENTE

1 Aerogerador de pequeno porte

2 Painel solar fotovoltaico

3 Inversor grid tie

4 Base metálica

5 Medidor de digital

6 Anemômetro digital

3. CARACTERÍSTICAS DAS MICROCENTRAIS EÓLICAS E SISTEMAS PARA TESTES DE DESEMPENHO

Descreve-se a seguir as características de um dos micro-aerogeradores montado no Laboratório da UGF.

27


3.1. Aerogerador

Tomando-se como exemplo o Aerogerador Notus 138 e seus componentes, utilizado no Laboratório da UGF, observa-se que é um aerogerador de pequeno porte com um alto rendimento aerodinâmico que alcança até 350 W de potência. Ele foi projetado para captar energia a baixíssimas velocidades de vento, a partir de 3 m/s.

Além de ser bem compacto, o aerogerador é de fácil manuseio e sua montagem é bem simples, visto que o único detalhe que deve ser observado é que se respeite a posição de suas pás, dado que o equipamento foi previamente balanceado a fim de que pudesse funcionar de maneira mais serena possível.

3.2. Rotor

O rotor é composto de três pás feitas de fibra de vidro que são fixadas na própria carcaça do alternador por meio de uma raiz tubular de aço inox que permitiu a sua modulação, ajustando o ângulo de ataque em função da velocidade do vento. Para a fixação das hélices, foi utilizada uma mola central comprimida sobre a base destas a fim de que as mesmas atuassem de acordo com a regulagem determinada e também de que houvesse uma sincronização do sistema. As pás, por sua vez, têm formato torcido e são estreitadas da raiz até a ponta facilitando a partida com vento de baixa velocidade e proporcionam um alto desempenho nas maiores velocidades.

Figura 4. Aerogerador do Laboratório de Mecânica

28


3.3. Gerador de magnetos permanentes (alternador)

Esse equipamento transforma a energia rotacional do rotor em eletricidade. No protótipo foi usado um alternador do tipo axial com duplo rotor, obtendo, dessa maneira, uma máquina bem compacta e resistente. O alternador utiliza magnetos (ímãs) permanentes, feitos com base de neodímio. Trata-se uma máquina apropriada para uso em baixas velocidades, o que permite o acoplamento direto ao rotor, dispensando, dessa forma, o uso de multiplicadores de velocidade.

3.4. Leme Direcionador

Essa peça também foi confeccionada em fibra de vidro e foi acoplada ao corpo da cabeça rotativa. Sua função é orientar o rotor no sentido da direção do vento, fazendo com que ele responda às mínimas alterações dessa direção.

3.5. Cabeça rotativa

É o componente que desempenha uma série de funções no aerogerador. Por meio dele foi feita a fixação do tubo padrão, no topo da torre. Foram colocados também rolamentos internos, que permitem o giro completo, facilitando o alinhamento do aerogerador com a direção do vento. No interior da cabeça rotativa, foi realizada a fixação do cabo elétrico responsável por transmitir a corrente elétrica do gerador, que gira acompanhando a direção do vento, para o controlador de carga.

3.6. Aspectos operativos

O rotor eólico começa a girar logo que o vento ultrapassa 2,2 m/s (8 Km/h). A potência fornecida aumenta rapidamente, pois, cada vez que se dobra a velocidade do vento, a potência é multiplicada por oito. Todavia, os ventos exagerados podem provocar inconvenientes, visto que o gerador não consegue absorver a potência captada pelos mesmos. Quando a velocidade do vento atinge 12,5 m/s ou 45 Km/h, a energia eólica será aproveitada com eficiência.

29


3.7. Túnel de vento

O túnel de vento da UGF foi utilizado para a realização dos testes de desempenho dos aerogeradores.

Figura 5. Túnel de vento da UGF

O túnel de vento da UGF é do tipo soprador subsônico e possui um dispositivo manual na entrada de ar que permite controlar o f luxo de vento na saída o que é ideal para a realização de testes com o aerogerador, posto que, ao variar a velocidade do vento gerado por ele, tornou-se possível comparar a tensão gerada em função dessa variação. A área de seção de testes do túnel de vento é de 490 cm2. Impulsionado por um motor WEG de 20 CV, 220/380 V a 1755 rpm, ele começa a operar em uma velocidade de aproximadamente 2 m/s, podendo chegar até 18 m/s.

3.8. Painel de controle

Com o objetivo de operar o aerogerador a cer ta distância, foi desenvolvido um quadro de comando de fácil manuseio e locomoção, que dispõe de alguns instrumentos responsáveis pela medição das grandezas elétricas de corrente e tensão. Nele, foram inseridas duas chaves: uma responsável por acoplar o aerogerador ao controlador de tensão e outra por conectar a saída do controlador ao inversor de tensão, ou seja, por fazer com que este opere e alimente a carga. A Figura 6 apresenta o esquema elétrico de ligações do aerogerador com o painel de comando.

30


Figura 6. Esquema elétrico

4. ENSAIOS E TESTES DE DESEMPENHO

4.1. Ensaios do Aerogerador em Vazio

Esses ensaios devem ser realizados para verificar o desempenho do sistema. O ensaio em vazio consiste em fazer uma leitura da tensão em função da velocidade do vento. Para que isso aconteça, foi preciso ligar o túnel de vento na velocidade mais baixa possível e, aumentá-la gradativamente. As leituras obtidas podem ser observadas na Tabela 3.

Tabela 3. Tensão gerada em função da velocidade do vento

Velocidade do vento (m/s) Tensão gerada (V)

3,46 0,05

4,03 8,20

5,45 13,00

6,20 15,80

7,24 19,40

8,02 22,30

8.80 25,00

10.10 27,10

31


Observa-se o aumento da a tensão gerada a medida que a velocidade do vento aumenta. As anotações foram feitas a partir de 3,46 m/s; quando a velocidade do vento atingiu a marca de 5,45 m/s, a tensão gerada já atingia mais da metade do valor para qual o aerogerador foi projetado.

A velocidade do vento foi sendo aumentada de maneira gradativa até que o gerador atingisse a tensão de 24 Vdc. Surpreendentemente, a tensão gerada a 8,8 m/s foi de 25 Vdc, ou seja, já estava acima do valor nominal e, mediante um subsequente aumento da velocidade do vento – até 10,1 m/s – conseguiu-se alcançar a marca de 27,1 Vdc.

4.2. Ensaios do Aerogerador com Carga Acoplada

O objetivo principal dos ensaios do aerogerador com carga acoplada é fazer uma analogia deste com os grandes parques eólicos, nos quais a energia não é acumulada em uma bateria. O mesmo não se aplica aos pequenos aerogeradores, que devem estar ligados a uma bateria compatível com a tensão de saída de seus terminais, o que acaba fazendo com que sua energia seja armazenada.

A utilização e disponibilização de uma fonte de vento constante (túnel de vento), de fácil manuseio, possibilitou que a velocidade deste fosse controlada tornando possível manter a tensão gerada quase sem variação. O procedimento para ensaios com carga no aerogerador foi o mesmo para com os ensaios sem carga.

Carga de 40 W

Utilizou-se uma lâmpada incandescente de 40 W como carga. Os resultados obtidos foram: a leitura da velocidade do vento, o valor da tensão gerada sem a carga, o valor da tensão gerada com a carga acoplada e o valor da corrente na carga. Observando a Tabela 4, é possível comparar as tensões geradas com o aerogerador sem carga e com carga, respectivamente.

32


Tabela 4. Tensão no aerogerador em vazio e em carga de 40W

Carga desacoplada Carga acoplada

Velocidadem/s

Tensão no geradorVdc

Tensão no gerador

Vdc

Tensão na cargaVac

Corrente na carga

A

10,46 27,7 24.6 136 0,27

11,12 29,1 24,8 137,7 0,28

12,25 30,1 25,8 137,3 0,28

Assim como nos testes do aerogerador operando em vazio, a velocidade do vento foi sendo aumentada gradativamente até que a tensão gerada fosse suficiente para operar o sistema com a carga acoplada. Quando a velocidade do vento atingiu a marca de 10,46 m/s, o inversor foi acionado e, consequentemente, passou a alimentar a lâmpada de 40 W, o que fez com que esta acendesse.

Carga de 60 W

Os resultados obtidos a partir dessa experiência podem ser observados na Tabela 5. Mais uma vez, a variação da velocidade do vento serviu como critério distintivo para comparar o aparelho operando com carga e em vazio.

Observa-se que, com o aumento da carga para 60 W, o inversor entra em operação a partir da tensão de 22,9 Vdc, com o vento a uma velocidade de 11,35 m/s, o que faz com que a lâmpada também acenda. Quando a velocidade do vento passa de 11,35 m/s para 14,4 m/s, é possível extrair do aerogerador a tensão de 24,1 Vdc com a carga acoplada.

Tabela 5. Tensão no aerogerador em vazio e em carga de 60W

Carga desacoplada Carga acoplada

Velocidadem/s

Tensão no geradorVdc

Tensão no gerador

Vdc

Tensão na cargaVac

Corrente na carga

A

10,2 27,5 21,3 0 0

11,35 29,1 22,9 132,3 0,43

14,4 30,2 24,1 137,1 0,44

33


5. CONCLUSÕES

Embora a inclusão da energia eólica seja uma realidade no Brasil, através de grandes parques eólicos conectados à Rede Básica do SIN (Sistema Interligado Nacional), a instalação de pequenos aproveitamentos eólicos ainda está sendo objeto de regulamentação. A metodologia de testes desenvolvida na UGF, com pequenos geradores, teve por objetivo mostrar a viabilidade dos mesmos e pode servir de modelo para estudos de conexão aerogeradores.

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio do Prof. Nelson Gomes Teixeira, Coordenador do Curso de Engenharia Elétrica da UGF, e dos técnicos do Laboratório de Máquinas Elétricas.


SILVEIRA, A. M. S. & Torres, C. F. Conexão de Pequenas Centrais Geradoras ao Sistema Elétrico. Rio de Janeiro, Monografia de TCC, Dez de 2010, Universidade Gama Filho.

MOREIRA, C. J. P. & Abreu, L. C. Geração Eólica, Montagem e Operação de um Pequeno Gerador Eólico. Monografia de TCC, Jul de 2012, Universidade Gama Filho.

CABRAL, A. D. & Castro, A. A. C. Geração Eólica e Fotovoltaica Interligada a um Sistema de Baixa Tensão. Monografia de TCC, Jul de 2012, Universidade Gama Filho.

ANEEL. Condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica. Resolução Normativa Nº 482, de 17 de abril de 2012.

EPE/MME. Plano Decenal de Expansão de Energia – 2020.

EPE. Estudo para Dimensionamento das ICG referentes às Centrais Geradoras Eólicas do A-3 e LER 2011 e Reforços na Rede Básica nos Estados do Ceará, Rio Grande do Norte e Bahia, de 30 de novembro de 2011. R1 - EPE-DEE-RE-113-2011-r0 (ICG A-3 e LER 2011).

ANEEL; Procedimentos de Redes de Distribuição – PRODIST – Módulo 3. Abril de 2012.

34

ESTUDO DE UTILIZAÇÃO DE “GAP FILLER” PARA MELHORA DA COBERTURA DO SINAL DE TV DIGITAL

Laisy Rebelo Caroba da Silva1

Leonardo Henrique G. F. da Silva1

1 Universidade Gama Filho, Curso de Engenharia ElétricaRua Manoel Vitorino, 553, Piedade 20748-900 – Rio de Janeiro – RJ [email protected]@hotmail.com

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo de utilização da tecnologia “Gap Filler” para retransmissão de TV Digital no Rio de Janeiro, em áreas em que o sinal da torre principal é deficiente em determinados locais. Seja por questões topográficas, seja por conta da diversidade local.

Através do software EDX, será possível verificar o desempenho do sistema SBTVD na cobertura da área de sombra e de sobreposição de sinais, a partir de um sistema ativo de repetição de sinal, composto de uma antena de recepção, uma antena de transmissão e um módulo reforçador de sinal (ISG5P0), que constituem o “Gap Filler”.

Palavras-chave: Gap Filler, TV Digital, SFN.

35


1. INTRODUÇÃO

A digitalização da televisão terrestre traz consigo uma série de desafios no planejamento de cobertura ainda desconhecidos por grande parte das emissoras. A tecnologia digital permite uma qualidade de imagem praticamente perfeita, sempre que uma relação sinal/ruído for garantida ao receptor. Porém, esta relação pode ser insuficiente, devido às características topográficas de uma área onde existem edifícios que obstruam a visibilidade com a torre transmissora ou em situações em que o relevo forme uma concavidade que dificulte a cobertura da área. Caso isto aconteça, o decodificador irá falhar totalmente na recuperação da imagem.

Este trabalho apresenta uma proposta para as emissoras de TV aberta, que pode ser implementada para repetições de sinais de TV Digital no Brasil, com base em modulações que utilizam o sistema COFDM. Baseado nisso, será apresentado um estudo comparativo entre as tecnologias SFN e “Gap Filler” onde para fins experimentais será utilizada a tecnologia “Gap Filler”. Através do software EDX, será possível verificar o desempenho do sistema SBTVD na cobertura da área de sombra e de sobreposição de sinais, a partir de um sistema ativo de repetição de sinal, composto de uma antena de recepção, uma antena de transmissão e um módulo reforçador de sinal (ISG5P0), que constituem o “Gap Filler”.

2. SISTEMA SFN (“SINGLE FREQUENCY NETWORK”)

A idéia de uma rede SFN é que uma antena retransmissora receba o mesmo sinal da antena transmissora principal que por sua vez transmite o sinal da rede e repita na mesma frequência. Mas, para que uma rede SFN funcione perfeitamente, é necessário que haja um aprimoramento dos filtros de cancelamento de realimentação LFC (Loop Canceller Filter). A rede SFN também pode operar com “Gap Filler” para que haja uma melhoria de recepção de sinais em locais que existam áreas de sombra.

36


3. ESTAÇÃO REPETIDORA DE SINAL – “GAP FILLER”

O equipamento “Gap Filler” é um repetidor em canal de sinal digital de TV em UHF de 100Wrms no padrão ISDB-T

B (Brazilian Integrated Services

Digital Broadcasting Terrestrial), com o propósito de propagar sinais para regiões onde impedimentos físicos e geográficos afetam a cobertura de sinal, ocasionando áreas com recepção falha. O “Gap Filler” foi projetado para minimizar deficiências da cobertura da rede, entregando um sinal de qualidade aos receptores e garantindo uma boa eficiência espectral.

O equipamento é constituído dos seguintes módulos:

• 01 “Gap Filler” – Módulo GV 4593

• 01 Amplificador de potência de 100W

• 01 Filtro passa-banda de entrada

• 01 Filtro passa-banda de saída

O “Gap Filler” consiste de uma unidade compacta, onde dentro do mesmo encapsulamento possui um módulo “Down Converter RF”, uma plataforma de processamento digital e um módulo de “Up Converter”.

O “Gap Filler” recebe os sinais transmitidos pelo transmissor principal, tratando, amplificando com um mínimo de distorção e retransmitindo no mesmo canal. Todo processamento do sinal é feito digitalmente no nível de frequência intermediária.

Um algor itmo de cancelador digital de eco possibi l ita melhor estabilidade e um maior desempenho de todo o sistema. É ainda constituído de um filtro digital embutido, o qual melhora o desempenho e permite uma maior seletividade em alta frequência (maior robustez e alta performance no processamento digital de interferências de canais adjacentes). Ao equipamento estão incorporados circuitos de pré-correção não-linear para compensar características dos amplificadores de potência.

37


Figura 1. Vista frontal de um Gap Filler da Linear, Fonte: Linear-tv.com

4. REQUISITOS PARA IMPLEMENTAÇÃO DEUM SITE DE RETRANSMISSÃO

Para que seja possível a implementação de um site de retransmissão, é necessário realizar os seguintes procedimentos:

a) Verificação da área de cobertura do Transmissor Principal (Sumaré)

b) Identificação da região não atendida pela cobertura do transmissor principal (sombras e obstruções)

c) Determinação do intervalo de guarda do transmissor principal

d) Determinação da relação de proteção do sistema (conforme item 7.2.6 da NBR 15604)

e) Dimensionamento da estação que será utilizada para a retransmissão

f) Verificação da área de cobertura da estação de retransmissão

g) Identificação da área de sobreposição

h) Determinação dos pontos a serem verificados na área de sobreposição e área de cobertura

O software utilizado para tais experimentos é o EDX “Wireless”, que nos possibilita visualizar de uma maneira fácil vários tipos de redes de comunicação, dentre elas uma rede broadcasting.

38


5. VERIFICAÇÃO DA ÁREA DE COBRETURA DOTRANSMISSOR PRINCIPAL (SUMARÉ)

Devido obstruções provenientes do próprio relevo, o Rio de Janeiro talvez seja uma das regiões de maior diversidade em termos de cobertura para os serviços de broadcasting.

Na Figura 2, segue ilustração para uma previsão de cobertura dispondo de um sistema de 2.5 KWatts de potência transmitida e Erp calculada de 0,93kW. Nota-se que a Figura 2 apresenta 10 camadas de intensidade de campo para a determinação aproximada de seus níveis em cada ponto a ser verificado.

Figura 2. Previsão de cobertura do site principal (Morro do Sumaré), Fonte: Software EDX Wireless

39


6. IDENTIFICAÇÃO DA REGIÃO NÃO ATENDIDA PELA COBERTURA DO TRANSMISSOR PRINCIPAL(SOMBRAS E OBSTRUÇÕES)

Devido à diversidade local, nem todas as regiões podem ser cobertas por um único sistema no Rio de Janeiro.

O sistema irradiante do site de Retransmissão é determinado em função da área não atendida pelo transmissor principal. Potência de transmissão, ganho e características da antena de transmissão são determinados visando privilegiar as áreas destacadas pela Figura 3.

7. VERIFICAÇÃO DA ÁREA DE COBERTURA DAESTAÇÃO DE RETRANSMISSÃO

A região de cobertura atendida pelo Site de Retransmissão no Mendanha deve corresponder à área de sombra proveniente de obstruções que impediram a contribuição do Site principal.

8. IDENTIFICAÇÃO DA ÁREA DE SOBREPOSIÇÃO

Uma vez dimensionada a previsão de cobertura da estação principal e dimensionada a previsão de cobertura da estação secundária, a verificação das duas manchas geradas nos dá uma região de sobreposição entre elas. É necessário mapear o comportamento dos níveis de intensidade de campo da estação principal e estação secundária na região identificada.

A relação de proteção recomenda uma razão de 32 dB entre os sinais (lembrando que a relação é uma relação Cocanal Digital / digital).

É sabido que esta relação não será respeitada em toda a extensão da região identificada, e algumas ações devem ser previstas para minimizar qualquer efeito destrutivo para a decodificação dos receptores situados nesta região.

40


Figura 3. Área não atendida pelo Site Principal, Fonte: Software EDX Wireless

Figura 4. Área de Sombra (Não atendida pelo transmissor principal devido a obstruções do

relevo), Fonte: Software EDX Wireless

41


Figura 5. Previsão de Cobertura referente ao Transmissor Secundário,Fonte: Software EDX Wireless

Figura 6. Previsão de cobertura do TX Principal e Tx Secundário

Fonte: Software EDX Wireless

42


A Figura 7 representa a previsão de cobertura dos dois sites de transmissão. É possível verificar as principais regiões de sobreposição entre elas.

Figura 7. Identificação da Região de Sobreposição de Sinais, Fonte: Software EDX Wireless

9. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Através do software EDX, mostrou-se que teoricamente é possível a utilização da tecnologia “Gap Filler” para melhora da cobertura do sinal de TV Digital em áreas em que o transmissor principal é deficiente. Foi possível também verificar o desempenho do sistema SBTVD a partir de um sistema de repetição de sinal.


BEDICKS Jr., Gunnar. Sistema Brasileiro de Televisão Digital: Estudos Exploratórios de Aplicações da Modulação RFP-02/2004 – Subsistema

43


de Modulação. 2005. Disponível em: <http://sbtvd.cpqd.com.br/cmp_tvdigital/resultados_sbtvd/1.00(Recebido)EstExplorAplicMod_v1._184-608.pdf>. Acesso em: 6 set. 2011.

BRAZZIELAS, Maria de Lourdes Motta; ANÇÃ, Nelza Maria Moutinho. Normas para Apresentação de Trabalho de Conclusão de Curso, Monografia, Dissertação e Tese. 2011. Texto para uso didático. Departamento de educação, Universidade Gama Filho, Rio de Janeiro.

CARVALHO, Silvio Renato Messias de. Utilização da Rede SFN para Expansão da Rede de Retransmissão Regional da TV Digital Aberta Terrestre. 2006. Dissertação de Mestrado, Campinas, SP. Disponível em: <http://cutter.unicamp.br/document/?view=vtls000391821>. Acesso em: 6 set. 2011.

FALLER, Raul I.. Planejamento de Cobertura – As Opções Existentes para a TV Digital Terrestre. Kathrein Mobilcom Brasil. Disponível em: <http://www.kathrein.com.br/novidades_planj_cbert.php>. Acesso em: 6 set. 2011.

GASPAR, Ivan Simões; LIMA, Gaspar. Resultados de uma Rede SFN no Padrão ISDB-TB

: Um Caso Prático Implantado no Brasil. Revista de Radiodifusão – Volume 03, Nº 03. Disponível em: <http://www.set.com.br/revistaeletronica/radiodifusao/index.php/revistaderadiodifusaoset/article/viewFile/32/41>. Acesso em: 6 set. 2011.

GUIMARÃES, Dayani Adionel. Introdução as Comunicações Móveis. Revista INATEL Telecomunicações. Vol. 01, No. 01, ago 1998. Disponível em: <http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/dayani/intro01.html>. Acesso em: 03 out 2011.

RIBEIRO, João Paulo. Introdução à TV Digital: Funcionamento do Sistema e suas Aplicações. Aluno Especial do Curso de Mestrado no INATEL (Área: Comunicação Digital). Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/55388276/91/VII-OFDM-COFDM-BST-OFDM>. Acesso em: 6 set. 2011.

SILVA, Ana Eliza Faria e; PIETRUKOWICZ, Fernando Wiktor Q.. Brazilian Digital Television Tests – SET. Disponível em: <www.set.com.br/artigos/nab.pps>. Acesso em: 3 out. 2011.

Sites

www.diarioonline.com.br. Acesso em: 20 out. 2011.www.electronica-pt.com. Acesso em: 20 out. 2011.www.wirelessbrasil.org. Acesso em: 20 out. 2011.www.cnx.org. Acesso em: 20 out. 2011.www.teleco.com. Acesso em: 20 out. 2011.www.maspro.co.jp. Acesso em: 20 out. 2011.www.linear-tv.com. Acesso em: 26 mar. 2012.

44

D.A.D.A. - DISPOSITIVO AURICULAR PARA DEFICIENTES AUDITIVOS

Danielle O. Silva1

Juvenal M. S. Afonso1

Sheila A. M. C. Dias1

Marcelo A. Duarte1

1 Universidade Gama Fi lho, Pró-Reitor ia de Ciências Exatas e Tecnologia, Curso de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino 625, PiedadeCEP: 20748-800 – Rio de Janeiro - RJ [email protected]

Resumo: Portadores de def iciência auditiva, por alguns anos, foram considerados inaptos para exercer diversas atividades de trabalho, principalmente aquelas em que a audição apurada fosse imprescindível. Com o surgimento das próteses, essa incapacidade foi amenizada, mas não eliminada. As próteses amplificam todos os sons de um ambiente, incluindo os ruídos que, nele, possam ser emitidos. O Dispositivo Auricular para Deficientes Auditivos (D.A.D.A.) permite ao deficiente se concentrar na voz de um professor, evitando a interferência dos ruídos ambientais, possibilitando o aumento do rendimento escolar. O D.A.D.A. é um equipamento de baixo custo, que utiliza a tecnologia de rádio-enlace em RF (sem fio) e um sistema de equalização e amplificação para atender às necessidades de cada indivíduo.

Palavras-chave: Deficiência auditiva, Prótese Auditivas, Rádio-enlace em RF, Equalização, Amplificação.

45


1. INTRODUÇÃO

A deficiência auditiva, por algum tempo, foi tratada como uma doença. Isso fazia com que seus portadores se sentissem incapazes de exercer atividades que exigissem audição. Com ajuda de aparelhos específicos (próteses auditivas), essa incapacidade, praticamente, deixou de existir, pois estes são capazes de amplificar todos os sons do ambiente.

O projeto Dispositivo Auricular para Deficientes Auditivos (D.A.D.A) permite que o deficiente só escute a voz do professor, pois este aparelho será adaptado, diretamente, ao ouvido do deficiente, fazendo com que a sua compreensão e a sua concentração sejam aumentadas. Isso será possível, pois o circuito terá controles de tons e volume.

Apesar de já existirem alguns aparelhos semelhantes no mercado (por exemplo, o FM system), estes têm o custo muito elevado, pois são importados.

O projeto D.A.D.A visa à construção de um equipamento de baixo custo, com a utilização de tecnologia de rádio-enlace em RF (sem fio) e um sistema de equalização e amplificação para atender às necessidades de cada indivíduo portador de deficiência auditiva. O aparelho possui dimensões confortáveis aos usuários, e será ideal para aqueles que já passaram por algum tipo de reabilitação ou que não perderam totalmente a sua audição.

De inicio, esse aparelho não atenderia a todas as faixas etárias, nem a pessoas que ainda não passaram por nenhum processo de reabilitação, pois estes, inicialmente, não teriam condições de compreender, em sua totalidade, o manuseio do aparelho.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1. O Ouvido

O ouvido é um órgão altamente sensível usado pelos animais para interpretar e detectar ondas sonoras. Ele é dividido em três partes: externo, médio e interno, como mostra a figura 1 (WIKIPEDIA, 2006a).

46


Figura 1. O ouvido humano (WIKIPEDIA, 2006a).

Ouvido externo

Como mostrado, também, na Figura 1, o ouvido externo é composto pelo pavilhão auditivo, responsável por coletar os sons; e pelo conduto auditivo externo, que tem a função de transmitir os sons captados, pela orelha, para o tímpano (WIKIPEDIA, 2006a).

Ouvido médio

O ouvido médio (figura 1) é constituído pela caixa timpânica, formada pelo tímpano e por três ossículos: martelo, bigorna e estribo. A função do tímpano é a de proteger o ouvido médio, além de transmitir a vibração do ar, captado pela orelha, para os ossículos. Estes, por sua vez, vibram, transmitindo suas vibrações ao ouvido interno (WIKIPEDIA, 2006a).

Ouvido interno

O ouvido interno é composto pela cóclea e pelo aparato vestibular. Tem a função de receber as ondas sonoras trazidas pelos ouvidos externo e médio, enviando essas sensações ao cérebro através do nervo auditivo. O ouvido interno também pode ser observado na figura 1 (WIKIPEDIA, 2006a).

47


2.2. Deficiência Auditiva

A deficiência auditiva é um problema que atinge milhões de pessoas no mundo (WIKIPEDIA, 2006b).

Um indivíduo com deficiência auditiva é considerado surdo quando sua audição não é funcional e, parcialmente surdo, quando sua audição é funcional, com ou sem prótese auditiva (WIKIPEDIA, 2006b).

Ao se pensar em surdez e nas limitações que lhe são associadas, é natural que se procure conhecer as causas que a provocam, que podem ser: congênitas, adquiridas, pré-natais, peri-natais e pós-natais. A surdez pode ser classificada como: de condução, neurossensorial, mista e central (WIKIPEDIA, 2006b).

O grau e o perfil da perda auditiva é medido através de testes, tais como a audiometria, que pode ser realizada em um consultório médico. Esse exame é importante para que o fonoaudiólogo possa selecionar os aparelhos auditivos mais apropriados para cada deficiente (WIKIPEDIA, 2006b).

A prevenção de problemas auditivos é essencial, e pode ser realizada em três momentos distintos. Em função disso, as ações de prevenção recebem as seguintes classificações: primárias (ações que antecedem o problema da surdez, evitando sua ocorrência), secundárias (ações que atenuam as consequências da surdez) e terciárias (ações que limitam as consequências do problema da surdez) (WIKIPEDIA, 2006b).

2.3. Educação e Reabilitação

A aprendizagem é um método muito complexo, envolvendo aspectos cognitivos, emocionais, orgânicos, psicossociais e culturais (CARVALHO & MORAIS, 2006).

A reabilitação auditiva está relacionada a um processo terapêutico que privilegia o uso da audição residual através de amplificação sonora apropriada e dá ênfase na aquisição da linguagem oral (CARVALHO & MORAIS, 2006).

A LIBRAS (Língua Brasileira de Sinais) é a língua materna dos surdos brasileiros e pode ser aprendida por qualquer pessoa interessada neste tipo de comunicação.

48


Existem atualmente três tipos de filosofias educacionais que estão sendo utilizadas e estudadas, além de metodologias diversas de oralização:

• Oralismo – uso somente da fala.

• Bilinguismo – uso de fala e/ou uso da LIBRAS.

• Comunicação total – uso da fala e LIBRAS ao mesmo tempo.

As metodologias de oralização consistem na recepção da linguagem oral através da utilização de resíduos auditivos, da leitura orofacial e da emissão através da fala. (CARVALHO & MORAIS, 2006)

O trabalho terapêutico tem ênfase no uso da audição, o que se evidencia pelo investimento na atenção auditiva do deficiente, principalmente durante a época da seleção e adaptação do aparelho de amplificação sonora (próteses auditivas). As próteses auditivas, portanto, são equipamentos essenciais para possibilitar a reabilitação auditiva. Têm a função de amplificar os sons a um determinado nível, que permitirá, ao deficiente auditivo, utilizar a audição remanescente de modo efetivo (CARVALHO & MORAIS, 2006 e LIMA NETO & ABREU, 2006).

Como cada indivíduo possui uma deficiência específica, as próteses devem ser projetadas especialmente para cada usuário (CARVALHO & MORAIS, 2006).

Vale ressaltar que as próteses auditivas só auxiliam os deficientes que não são totalmente surdos (LIMA NETO & ABREU, 2006).

A evolução dos aparelhos auditivos demonstra grande inovação tecnológica, principalmente com relação à miniaturização dos componentes eletrônicos, melhorando a estética dos aparelhos e aprimorando a filtragem do som, gerando um ganho muito superior. A evolução das próteses auditivas pode ser observada através do esquema mostrado na Figura 2 (LIMA NETO & ABREU, 2006).

O Sistema FM auditivo, por exemplo, ilustrado nas Figuras 3 e 4, tem a capacidade de direcionar uma determinada informação diretamente para o ouvido do deficiente, com a finalidade de proporcionar total atenção à informação recebida, evitando ruídos, ou até mesmo o bloqueio da informação por outros sons do ambiente. O principal exemplo de aplicação desse sistema está no seu uso em salas de aula, onde o transmissor fica com o professor e o receptor com o aluno. A voz do professor é a informação que chegará com maior intensidade ao ouvido do aluno (LIMA NETO & ABREU, 2006).

49


Figura 2. Evolução das próteses auditivas (LIMA NETO & ABREU, 2006).

Figura 3. Sistema FM auditivo: transmissor.

Figura 4. Sistema FM auditivo: receptor.

50


O Sistema FM auditivo é composto por um microfone com transmissor sem fio e um receptor, fixado na própria prótese do paciente. Esse sistema não é fabricado no Brasil e seu custo é muito elevado, em comparação com outras próteses (LIMA NETO & ABREU, 2006).

3. CIRCUITOS ELETRÔNICOS DO D.A.D.A.

Após o estudo da fisiologia e anatomia do ouvido, das deficiências auditivas e das metodologias para a educação e reabilitação auditiva, serão apresentados, nesse item, os fundamentos teóricos dos circuitos eletrônicos básicos, necessários ao projeto do equipamento D.A.D.A.

3.1. Pré-amplificador e Amplificador de potência

Pré-amplificadores são amplificadores de baixa potência, usados para condicionar o sinal em sua entrada para um nível adequado a um circuito posterior. É possível utilizar um amplificador operacional (amp op) para a construção de pré-amplificadores, a partir de duas configurações básicas: inversora e não inversora (SEDRA & SMITH, 2000).

O amplificador de potência é um circuito projetado para receber um sinal de um determinado transdutor ou de um pré-amplificador, e fornecer uma versão aumentada desse sinal para um dispositivo de saída ou outro estágio amplificador (SEDRA & SMITH, 2000).

Os amplificadores podem ser classificados de acordo com a faixa de frequência de atuação, o método de operação, o tipo de carga, o método de acoplamento entre estágios e, também, pela sua classe de operação. São conhecidas as classes A até I, sendo as mais importantes, as classes A, B, AB e C. As classes de amplificadores indicam o percentual do ciclo de operação do sinal de saída, em relação ao ciclo completo do sinal de entrada (SEDRA & SMITH, 2000).

A Tabela 1 t raz um quadro com as ef iciências máximas dos amplificadores de potência e seus ciclos de operação do sinal de saída, em relação ao sinal de entrada, para cada classe de operação descrita (SEDRA & SMITH, 2000).

51


Tabela 1. Comparação entre as classes de amplificadores

Classes de Amplificadores

Características A B AB C

Ciclo de Operação 360º 180º 180º a 360º < 180º

Eficiência 25% 78,5% 25 a 78,5% -

3.2. Equalizador

Trata-se de um circuito utilizado para alterar a tonalidade de um som (sinal de áudio). Os equalizadores podem ser formados por diversos filtros interligados, e podem ser classificados quanto à (IAZZETTA, 2007):

• Função executada - passa-baixa, passa-alta, passa-faixa ou rejeita-faixa;

• Tecnologia empregada - ativo, passivo e digital;

• Função-resposta - Os tipos mais comuns são: Butterworth, Chebyshev e Cauer.

3.3. Transmissor e Receptor

Para haver transmissão e recepção de uma informação é necessária a utilização dos circuitos transmissor e receptor, que possibilitam a comunicação entre dois pontos extremos. A informação é passada para o circuito do transmissor, modulada em tecnologia de rádio enlace AM, FM ou outra qualquer, transmitida pelo meio (ar, por exemplo), e captada por um receptor, onde será demodulada e transformada novamente na informação original (WIKIPEDIA, 2007).

O transmissor é o equipamento responsável por transformar o sinal de áudio puro em uma onda de radiofrequência capaz de se propagar pelo meio físico. É geralmente composto por: microfone, oscilador, misturador, amplificador, antena e fonte de alimentação (WIKIPEDIA, 2007).

O Receptor é o equipamento que receberá a informação transmitida, fazendo com que esta retorne ao estado de áudio puro em que se encontrava

52


antes de passar pelo circuito do transmissor. É composto por: antena, sintonizador, amplificador e filtro de R.F., oscilador local, misturador, amplificador de F.I., limitador, detector, C.A.F. (controle automático de frequência) e amplificador de áudio (LETRONET, 2007).

3.4. Circuitos e Testes Práticos

Os circuitos que compõem o equipamento D.A.D.A. são:

• Transmissor de RF (modulação em FM);

• Receptor de RF (modulação em FM);

• Equalizador;

• Amplificador de potência;

• Fonte de alimentação.

A Figura 5 mostra o diagrama de blocos do equipamento D.A.D.A.

Figura 5. Diagrama de blocos do equipamento D.A.D.A.

Cada bloco do D.A.D.A. foi testado, individualmente, e os resultados mais importantes encontram-se resumidos nas Tabelas 2, 3, 4 e 5.

53


Tabela 2. Resultados dos testes do transmissor do D.A.D.A.

Parâmetro Valor Medido

Alcance 60 metros

Frequência de transmissão 107 kHz

Corrente de Consumo 8 mA

Tensão de Alimentação 3 V

Potência Consumida 24 mW

Tabela 3. Resultados dos testes do receptor do D.A.D.A.


Tensão Máxima de Saída 1,0 Vpp

Frequência de recepção 107 kHz




Tabela 4. Resultados dos testes do equalizador do D.A.D.A.


Tensão Máxima de Saída 1,0 Vpp

Ganho total (para todas as faixas de frequência) 1




54


Tabela 5. Resultados dos testes do amplificador de potência do D.A.D.A.


Tensão de Entrada 1,0 Vpp (0,35 Vrms)

Tensão Máxima de Saída 5,4 Vpp (1,91 Vrms)

Ganho total 5,4

Impedância de Entrada 30 kΩ

Potência de Entrada 4,08 μW

Impedância de Saída 8,2 Ω

Potência de Saída 0,5 W


Corrente de Consumo 0,4 A

Potência Consumida 2,4 W

4. DISCUSSÕES E CONCLUSÕES

Pode-se afirmar que o objetivo principal desse trabalho foi alcançado quase em sua plenitude. O equipamento D.A.D.A. foi construído com baixíssimo custo (menos de 110 reais, mais os custos de mão de obra) e permite, a partir de circuitos simples e leves, auxiliar os portadores de deficiência auditiva superar suas dificuldades de aprendizado. O projeto ajuda aos seus usuários, no que diz respeito à concentração em sala de aula, permitindo com que a voz do professor ou palestrante seja percebida pelo deficiente com maior ênfase, em relação aos demais ruídos da sala.

Na saída, obteve-se potência de 0,5 Watts, que atende às necessidades de um portador de deficiência auditiva até o nível de surdez moderada, quase até o final de sua faixa. A limitação de potência de saída deu-se em função da tensão de alimentação escolhida (6 V) e da impedância de saída do circuito (8,2 Ω). Com esses valores, e considerando a máxima excursão teórica da tensão de saída dos amplificadores operacionais usados no equalizador (90% Vcc = 90% 6 V = 5,4 V), o máximo que se poderia obter seria:

5,42/8,2 = 0,5 W.

55


Esse foi exatamente o valor este obtido na saída do circuito D.A.D.A.

Apesar de já existirem aparelhos semelhantes no mercado, os mesmos diferenciam-se do D.A.D.A. em seu custo e na sua construção, visto que o D.A.D.A. será mais barato e possuirá um equalizador com ajuste manual de tonalidade, não necessitando de testes audiométricos específicos para regulá-lo, como acontece nos demais circuitos, como no FM System, por exemplo.

A criação do D.A.D.A é uma demonstração de que é possível a criação de uma prótese de baixo custo, tão eficiente quanto os modelos importados já existentes, e com tecnologia nacional.

Além disso, esse projeto é mais um exemplo dos benefícios da multidisciplinaridade em favor do ser humano. Nesse caso, estudos nas áreas de Engenharia Elétrica, Medicina e Fonoaudiologia permitiram criar o equipamento D.A.D.A., solucionando, parcialmente, o problema de aprendizado de portadores de deficiência auditiva.

Seria interessante, também, que o sucesso na implementação desse projeto sirva como incentivo na realização de soluções que possam ajudar pessoas com outros tipos de deficiências, de forma interdisciplinar.


CARVALHO, C. N. da S.; MORAES, M. de F. O Processo de Inclusão de Crianças Especiais. Disponível em: <http://www.nead.unama.br/bibliotecavirtual/monografias/copia_de_o_processo_de_inclusao_de_criancas_especiais.pdf>. Acesso em: 9 jul. 2006.

IAZZETTA, F. Filtros. Disponível em: <http://www.eca.usp.br/prof/iazzetta/tutor/audio/filtros/filtros.html>. Acesso em: 01 maio 2007.

LETRONET (2007). Circuito Receptor. Disponível em: <http://www.letronet.com.br/psist/ppesq/ppesqlivcap/ppesqra/ppesqrad15/ppesqra15d2.htm>. Acesso em: 29 maio 2007.

LIMA NETO, A. A. de S.; ABREU, D. R. Histórico das Próteses Auditivas. Disponível em: <http://www.diariodosurdo.com.br/noticiantiga/noticia4.htm>. Acesso em: 11 nov. 2006.

SEDRA, A. S.; SMITH, K. C. Microeletrônica. 4ª São Paulo: Person Education do Brasil Ltda, 2000. 1270 p.

56


WIKIPEDIA (2006a). Ouvido. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Ouvido>. Acesso em: 20 jun. 2006.

WIKIPEDIA (2006b). A Deficiência Auditiva. Disponível em: <http://www.ines.org.br/ines_livros/FASC1_PRINCIPAL.HTM>. Acesso em: 20/06/ 2006.

WIKIPEDIA (2007). Transmissor. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/R%C3%A1dio_%28comunica%C3%A7%C3%A3o%29>. Acesso em: 05 abr. 2007.

57

ELETROCARDIÓGRAFO DE BAIXO CUSTO

André L. A. Madureira1

Flávio S. Mendes1

Marcelo A. Duarte1

1 Universidade Gama Filho, Pró-Reitoria de Ciências Exatas e Tecnologia, Curso de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino 625, PiedadeCEP: 20748-800 – Rio de Janeiro - [email protected]@ugf.br

Resumo: Esse trabalho descreve o desenvolvimento do projeto de um eletrocardiógrafo de baixo custo, ainda em estágio analógico, com o objetivo final de padronizar os sinais, possibilitando a sua inserção em um microcontrolador da família PIC, para posterior processamento. O trabalho apresenta estudos sobre o funcionamento e da anatomia do sistema cardiovascular, sobre as principais cardiopatias e distúrbios cardiovasculares, além de um estudo teórico do eletrocardiógrafo. Nesse projeto, esse equipamento utilizará como componentes principais, amplificadores operacionais e de instrumentação, além de sensores para captação dos sinais elétricos do coração. Por fim, avaliou-se a viabilidade técnica e econômica para o desenvolvimento do projeto, apontando os benefícios que esse sistema pode oferecer em relação ao conforto, e, principalmente, em relação à segurança do paciente submetido a exames com esse tipo de equipamento. Os objetivos almejados para esse projeto foram alcançados de forma bastante satisfatória, garantindo baixo custo

58


de produção, boa qualidade do sinal, segurança no diagnóstico e conforto ao paciente.

Palavras-chave: Eletrocardiógrafo, Exames, Coração.

1. INTRODUÇÃO

O sistema cardiovascular ou circulatório é composto pelo coração, pelo pulmão, e por uma vasta rede de tubos de vários tipos e calibres, que se distribuem por todas as partes do corpo. Dentro desses tubos circula o sangue, impulsionado pelas contrações rítmicas do coração.

Suas principais funções são: transporte de gases, transporte de nutrientes, transporte de resíduos metabólicos, transporte de hormônios, intercâmbio de materiais, transporte de calor, distribuição de mecanismos de defesa, coagulação sanguínea.

Para desempenhar essas funções, é necessário que o sangue circule por esse sistema, impulsionado pelas contrações rítmicas do coração. Essas contrações são resultados de pulsos elétricos, recebidos em pontos específicos da musculatura cardíaca, que podem ser medidos através do equipamento denominado eletrocardiógrafo. A observação desses pulsos pode levar ao diagnóstico de diversas doenças, associadas ao mau funcionamento do sistema cardiovascular.

Desde que foram criados, os eletrocardiógrafos têm passado por muitas evoluções tecnológicas. Visando facilitar o trabalho dos médicos e baratear o custo do exame para os pacientes, novos produtos vêm sendo desenvolvidos continuamente.

A má visualização dos gráficos gerados por um eletrocardiógrafo pode causar erros graves nos diagnósticos dos pacientes. Uma doença grave pode passar despercebida, por exemplo, caso haja má interpretação de um desses gráficos.

Com o intuito de evitar erros e proporcionar maior acessibilidade a usuários, para esse tipo de exame, esse trabalho apresenta a primeira parte do projeto de um eletrocardiógrafo de baixo custo, adaptável a qualquer recinto, a fim de auxiliar os médicos em diagnósticos, e aumentar o nível de confiança de seus pacientes.

59


Nessa primeira etapa, foram desenvolvidos os circuitos analógicos do eletrocardiógrafo, que permitirá a inserção do sinal gerado, em sua saída, em um microcontrolador da família PIC. Um trabalho posterior construirá as etapas digitais do eletrocardiógrafo, tornando-o pronto para ser utilizado em qualquer estabelecimento médico.

Avaliou-se a viabilidade técnica e econômica para o desenvolvimento do projeto, apontando os benefícios que esse sistema pode oferecer em relação ao conforto, e, principalmente, em relação à segurança do paciente submetido a exames com esse tipo de equipamento.

Os objetivos almejados para esse projeto foram alcançados de forma bastante satisfatória, garantindo baixo custo de produção, boa qualidade do sinal, segurança no diagnóstico e conforto ao paciente.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1. Sistema cardiovascular

O sistema cardiovascular ou circulatório é composto pelo coração, pelo pulmão, e por uma vasta rede de tubos de vários tipos e calibres, que se distribuem por todas as partes do corpo. Dentro desses tubos circula o sangue, impulsionado pelas contrações rítmicas do coração. (VILELA, 2007a)

O sistema circulatório permite que algumas atividades sejam executadas com grande eficiência. As funções mais importantes, executadas por esse sistema, são: transporte de gases, transporte de nutrientes, transporte de resíduos metabólicos, transporte de hormônios, intercâmbio de materiais, transporte de calor, distribuição de mecanismos de defesa, coagulação sangüínea. (VILELA, 2007a)

O coração é um órgão muscular oco que se localiza no meio do peito, sob o osso esterno, ligeiramente deslocado para a esquerda. Em uma pessoa adulta, tem o tamanho aproximado de um punho fechado e pesa cerca de 400 gramas. O coração humano, como o dos demais mamíferos, apresenta quatro cavidades: duas superiores, denominadas átrios (ou aurículas) e duas inferiores, denominadas ventrículos. O átrio direito comunica-se com o ventrículo direito através da válvula tricúspide. O átrio esquerdo, por sua vez, comunica-se com o ventrículo esquerdo através da válvula bicúspide

60


ou mitral. A função das válvulas cardíacas é garantir que o sangue siga uma única direção, sempre dos átrios para os ventrículos. (VILELA, 2007a)

Toda a atividade cardíaca de contração e relaxamento é funcional de acordo com os estímulos elétricos que se propagam nesse órgão. O conjunto formado pelos nódulos sinoatrial e atrioventricular, pelas fibras do feixe His e suas ramificações constitui o tecido de condução. (VILELA, 2007a)

2.2. Doenças do sistema cardiovascular

O sistema cardiovascular é susceptível a falhas e surtos, relacionados a vários fatores, muitos dos quais, podem ser tratados e evitados. Alguns exemplos de doenças relacionadas ao sistema cardiovascular são: doença coronariana e doença cardíaca congênita. (VILELA, 2007a)

A doença arterial coronariana (DAC) ocorre quando os vasos sanguíneos que levam o oxigênio para o coração - as artérias coronárias - vão se estreitando (estenose), e diminuem até ficarem totalmente obstruídos. Esse estreitamento é causado pela aterosclerose ou ateroma (placa de gordura na parede do vaso), ou pela agregação de plaquetas sobre uma dessas placas de gordura. Quando a obstrução se torna grave (40% de oclusão do vaso), a DAC pode causar angina (dor no peito) ou ataque cardíaco (infarto do miocárdio). São fatores de risco: a pressão arterial elevada; colesterol alto; uso de tabaco; dieta inadequada; inatividade física; diabetes; idade avançada; herança genética; saúde mental debilitada (depressão); inflamação e disfunções no sistema de coagulação do sangue. (WIKIPEDIA, 2007)

Doença cardíaca congênita é a má formação das estruturas cardíacas. Podem ser causadas por fatores genéticos ou por exposições adversas durante a gestação. São exemplos: Má formação das cavidades do coração; válvulas anormais; câmaras do coração anormais. São fatores de risco: O uso de álcool por parte da gestante; medicamentos usados pela gestante; infecções maternais, como a rubéola; má nutrição da gestante; consanguinidade (relação sanguínea próxima entre os pais). (VILELA, 2007b)

2.3. O eletrocardiograma

Na medida em que o impulso cardíaco se propaga pelo coração, correntes elétricas passam pelos tecidos que cercam o coração e uma pequena fração dessas correntes atinge a superfície do corpo. Se forem colocados eletrodos

61


sobre a pele, em pontos opostos do coração, os potenciais elétricos gerados por essas correntes podem ser registrados. Esse registro corresponde ao eletrocardiograma (ECG). (GUYTON & HALL, 1997)

O eletrocardiograma normal é formado por uma onda P, um complexo QRS e uma onda T. O complexo QRS muitas vezes aparece sob a forma de três ondas: a onda Q, a onda R e a onda S. (GUYTON & HALL, 1997)

A onda P é causada pelos potenciais elétricos gerados pelos átrios ao se despolarizarem antes de se contraírem. O complexo QRS é causado pelos potenciais gerados quando os ventrículos se despolarizam antes de se contraírem, isto é, conforme a onda de despolarização cursa pelos ventrículos. Por conseguinte, tanto a onda P como o complexo QRS são ondas de despolarização. (GUYTON & HALL, 1997)

A onda T é causada por potenciais gerados na medida em que os ventrículos se recuperam do estado de despolarização. Esse processo normalmente ocorre no músculo ventricular, de 0,25s a 0,35s após a despolarização, e essa onda é conhecida como uma onda de repolarização. (GUYTON & HALL, 1997)

O eletrocardiograma é, portanto, o registro das ondas de despolarização e repolarização, por meio de dois eletrodos aplicados ao corpo. (GUYTON & HALL, 1997)

3. DESENVOLVIMENTO

No desenvolvimento, são descritos os circuitos escolhidos para a criação do eletrocardiógrafo e os componentes nele utilizados.

O primeiro componente escolhido foi o amplificador operacional de instrumentação. Devido às suas características, de captação dos sinais elétricos por intermédio de eletrodos, escolheu-se esse amplificador por sua alta sensibilidade, baixa captação de ruídos, alta impedância de entrada e seu alto ganho na amplificação de sinais.

Os dois circuitos seguintes são os filtros ativos, com capacidade de rejeitar as frequências acima de 140Hz (passa-baixa) e, em especial, a frequência de 60Hz (Notch), para evitar os ruídos provenientes da rede elétrcia.

62


Após os f i ltros, uti l izaram-se amplif icadores operacionais na configuração “buffer”, e grampeadores para a amplificação e a inserção de um nível DC ao sinal, para adequá-lo ao circuito do projeto digital que poderá juntar-se ao projeto analógico desse trabalho.

O eletrocardiógrafo funcionará alimentado com duas baterias de 9 Volts em associação simétrica, em função da alimentação dos amplificadores operacionais escolhidos. As baterias, além da alimentação adequada, introduzem baixíssimo ruído ao circuito.

Os circuitos encontram-se descritos separadamente e são apresentados a seguir. O circuito completo do eletrocardiógrafo projetado é mostrado na Figura 1.

• Eletrodo:

O eletrodo utilizado no eletrocardiógrafo é o eletrodo adesivo, por ser de fácil utilização e descartável. Esse eletrodo necessita ser colado ao paciente para que se perceba o sinal elétrico do coração.

• Amplificador de instrumentação:

O amplificador operacional de instrumentação escolhido foi o INA 114 AP. Trata-se de um excelente amplificador, com alto ganho, alta relação sinal-ruído, alta impedância de entrada e fácil implementação e projeto, além de ser de baixo custo. O INA 114 AP é um amplificador de instrumentação cuja utilização é bastante frequente em circuitos de equipamentos médicos, para captação de pulsos ou sinais elétricos do corpo humano. Esse amplificador tem alta rejeição de modo comum, atenuando bastante o ruído comum aos eletrodos, proveniente de harmônicas da rede elétrica, por exemplo.

• Filtro passa-baixa:

A faixa de frequência dos batimentos cardíacos não ultrapassa 140Hz. Sendo assim, as frequências superiores a esse valor constituem ruído e, por isso, decidiu-se pela sua atenuação. Para que se tenha uma filtragem de alto desempenho, foram utilizados dois filtros ativos idênticos, com os seus respectivos amplificadores operacionais ligados em cascata, de forma a obter-se um filtro de ordem superior (2ª ordem), que irá garantir melhor performance na função desejada. Para esse tipo de filtro, foi escolhido o circuito integrado modelo LM 324 AJ.

63


Figura 1. Circuito do eletrocardiógrafo de baixo custo.

• Buffer:

O circuito integrado escolhido para essa configuração foi o LM 324 AJ. O buffer está sendo utilizado para o casamento de impedâncias entre os estágios dos filtros passa-baixa e Notch.

• Filtro Notch:

O filtro Notch (rejeita-faixa) é utilizado com a finalidade de rejeitar somente a faixa de frequência próxima de 60 Hz, que constitui o ruído proveniente da rede elétrica. Esse filtro torna-se ainda mais importante com a utilização da fonte de alimentação no circuito. Para essa configuração, foi escolhido o circuito integrado LM 324 AJ.

• Amplificador inversor com grampeador:

O último estágio é formado por um amplificador operacional, que tem sua entrada ligada a uma associação de diodos em série denominada “Clamper”, utilizada para elevar o sinal, de um nível contínuo. Na saída do amplificador operacional também foi usado um diodo Zener, cuja

64


finalidade é a mesma dos diodos D1 e D2, para um nível DC de 5,1V, importante para os circuitos digitais que poderão fazer parte de um projeto posterior. Para essa configuração também foi usado o circuito integrado LM 324 AJ.

• Fonte simétrica regulada, com circuitos integrados 7809 e 7909:

A fonte foi projetada para uma carga de 9V e 100mA. O retificador escolhido para a fonte simétrica foi o de onda completa em ponte.

4. CONCLUSÃO

Após a montagem do protótipo, observou-se que todos os estágios foram projetados e dimensionados adequadamente, e que o funcionamento do eletrocardiógrafo ficou dentro do esperado.

O equipamento é de baixo custo (aproximadamente R$ 150,00), proporciona conforto ao paciente e trata-se de um equipamento portátil, que gera um sinal adequado para a sua visualização.

A digitalização do sinal, em um projeto futuro, permitirá enviar o sinal de ECG a um computador, que, utilizando técnicas mais robustas de processamento de sinais, poderá facilitar a obtenção de diagnósticos médicos ainda mais precisos, em menor tempo que o usual.

Durante a execução dos trabalhos, houve alguma dificuldade na escolha do circuito integrado do amplificador de instrumentação, devido, principalmente, ao custo e à disponibilidade do CI escolhido no mercado. Além disso, por se tratar de um sinal de movimentação rápida, porém de repetição lenta, tornou-se difícil, durante os testes preliminares, visualizar o sinal gerado em osciloscópio analógico, com boa qualidade.

A visualização desse sinal em um osciloscópio digital, da marca Minipa, modelo MO-115OD, possibilitou observar o sinal de ECG em alta relação sinal ruído (1,5V/0,1V), e formato compatível com aquele encontrado na literatura específica sobre o assunto (Guyton & Hall, 1997).

A fonte projetada não introduziu ruído significativo no sinal de saída, por possuir boa filtragem e circuito de regulação adequado. Pode-se, portanto, optar pelo uso das baterias (o que lhe dá maior portabilidade) ou da fonte de alimentação, sem restrições.

65


Concluiu-se, portanto, que os objetivos almejados para esse projeto foram alcançados de forma bastante satisfatória, garantindo baixo custo de produção, boa qualidade de sinal, segurança no diagnóstico e conforto ao paciente.


GUYTON, A. C., HALL, J. E. Tratado de fisiologia médica. Ed. Guanabara Koogan, 1997.

VILELA, A. L. M. Sistema Cardiovascular. Disponível em: < http://www.afh.bio.br/cardio/Cardio1.asp > Acesso em: 30 abr. 2007 (a).

VILELA, A. L. M. Sistema Cardiovascular. Disponível em: < http://www.afh.bio.br/cardio/Cardio4.asp > Acesso em: 30 abr. 2007 (b).

Wikipedia. Doenças do Sistema Cardiovascular. Disponível em: < http://pt.wikipedia.org/wiki > Acesso em: 30 abr. 2007.

66

EMISSÃO DE GÁS CARBÔNICO E ENERGIA NUCLEAR

C. L. Oliveira1,2

Claudia C. Frutuoso1,3

Krause C. S. Salles1

Teresa J. Manuel3

1 Instituto Militar de Engenharia (IME), Seção de Engenharia Nuclear.Praça General Tibúrcio 80, Praia VermelhaCEP 22290-270 - Rio de Janeiro - [email protected]@[email protected]

2 Un iver sidade Ga ma Fi l ho (UGF), Cur so de MatemáticaRua Manoel Vitorino 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – RJ

3 Un iver sidade Ga ma Fi l ho (UGF), Cur so de Engenharia CivilRua Manoel Vitorino 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected].

Resumo: Neste trabalho é demonstrada a validade do uso da energia nuclear como opção energética para conter a crescente emissão de gás carbônico devido ao uso de combustíveis fósseis, assim como são estabelecidas as vantagens pertinentes à utilização da energia nuclear, mesmo quando comparada às outras conhecidas fontes alternativas de energia, e seu impacto e influência no cenário mundial. É

67


utilizado o conceito de Análise do Ciclo de Vida, que vem tendo grande aceitação, tanto por países de modo individual, quanto por instituições internacionais, como medida da comparação entre energia gerada e energia consumida em todo o processo desde a mineração até o descomissionamento da instalação.

Palavras-chave: Análise do Ciclo de Vida, Meio Ambiente, Emissão de gás carbônico, Energia nuclear.

1. INTRODUÇÃO

A opção energética possui impacto direto sobre a representatividade de um país perante o mercado mundial e revela sua inf luência e desenvolvimento neste cenário. A eficiência energética demonstra a otimização do uso das fontes de energia. A utilização da energia sustentável e limpa é um tema pertinente e fundamental para melhores condições e qualidade de vida.

Os danos causados ao meio ambiente em geral possuem relação direta com o desenvolvimento tecnológico, devido ao uso indiscriminado de recursos naturais. Os principais processos responsáveis por danos ambientais, em termos de crescimento percentual, são os processos geradores de energia e processos industriais.

A composição química da atmosfera terrestre está mudando em decorrência da emissão de gases estufa. Estes gases, basicamente dióxido de carbono, metano e óxidos de nitrogênio aprisionam o calor irradiado pela Terra. O dióxido de carbono é liberado na atmosfera por meio da queima de combustíveis fósseis (geração de energia térmica), sendo responsável por aproximadamente 80% do total das emissões de gases estufa. O metano é emitido durante a decomposição de resíduos orgânicos em aterros e outros depósitos. O óxido de nitrogênio é emitido durante processos agrícolas e industriais (processos tecnológicos).

Apesar das mudanças nas demandas tecnológicas e industriais dos últimos 50 anos terem provocado a substituição pelo uso de fontes energéticas derivadas de combustíveis pobres em carbono, como o gás natural e o petróleo, a quantidade total de carbono emitido para a atmosfera continua a crescer.

68


Nos últimos 200 anos, a concentração atmosférica de CO2 aumentou

cerca de 30%. Devido à complexidade do sistema atmosférico é difícil determinar com exatidão qual será o impacto das crescentes concentrações atmosféricas de gases estufa sobre o clima global.

1.1. Energia: Um Conceito Inicial

O desenvolvimento econômico e os altos padrões de vida são processos complexos que compartilham um denominador comum: a disponibilidade de um abastecimento adequado e confiável de energia.

Desde a década de 80, em função das alterações climáticas, tornou-se crescente a preocupação com meio ambiente. Inquietações relacionadas com o aquecimento global, entre outros efeitos são pertinentes e cotidianos e estão relacionados principalmente com a forma como a energia é usada.

Os suprimentos de energia são fatores limitantes e primordiais para o desenvolvimento econômico. Aproximadamente 40% da energia global provêm do petróleo, sendo em grande parte importado do Golfo Pérsico, pelas nações industrializadas. Se os países industrializados fossem submetidos a alguma restrição significativa de seu acesso a estas fontes de petróleo, como a redução das jazidas ou grandes aumentos dos preços, suas economias iriam sofrer danos consideráveis.

Energia não é um fim em si mesma (declara Richard Balzhiser, ex-presidente do Electric Power Research Institute). Os objetivos fundamentais que devemos ter em mente são economia e um ambiente saudável. Temos que delinear nossa política energética como um meio para atingirmos estes objetivos. (HINRICHS, Roger A, 2009).

1.2. Poluentes do Ar e suas Fontes

Os poluentes do ar são geralmente considerados como as substâncias adicionadas ao ar por atividades humanas e que têm efeito adverso sobre o meio ambiente. Estes poluentes existem na forma de gases (partículas pequenas), sólidos (particulados), ou pequenas gotículas de líquido dispersas em um gás (aerossóis).

Geralmente, os poluentes são provenientes de fontes estacionárias (usinas termo e hidroelétricas e indústrias) ou fontes móveis (veículos

69


motorizados). O planeta é afetado não apenas por estes poluentes, mas também pelos produtos de reações químicas que estes poluentes sofrem na atmosfera, como a poluição fotoquímica. Alguns poluentes são secundários em sua origem, tal como o “smog” fotoquímico, que é o resultado de uma reação entre poluentes de hidrocarbonetos e NOx na atmosfera quando em presença da luz solar.

1.3 Efeito Estufa e Aquecimento Global

A conversão de combustível em energia útil também produz resíduos de calor além de liberar na água e no ar atmosférico uma série de poluentes.

O efeito estufa é causado por gases presentes na atmosfera terrestre e que absorvem determinados comprimentos de onda da radiação infravermelha emitida pelo planeta que, de outra forma, iriam ser irradiados para o espaço. O vapor d’água e o CO2,

naturalmente presentes na atmosfera, absorvem certos comprimentos de onda desta radiação. Uma parte deste calor absorvido é, então, reirradiado de volta para a Terra. Este processo mantém a temperatura da superfície terrestre aproximadamente 300C mais quente do que ela seria caso não existisse a atmosfera.

O aumento nas concentrações de CO2, em grande parte proveniente da

queima de combustíveis fósseis, faz com que mais calor fique retido dentro da atmosfera do planeta, levando a uma tendência de aquecimento, de 10C a 30C, prevista para o século XXI, com consequências que vão desde a elevação do nível do mar em função do derretimento das calotas polares a alterações nos padrões de precipitação, que irão afetar as principais regiões de produção agrícola e modificar sua produtividade.

2. EMISSÕES DE GASES PROVENIENTES DAGERAÇÃO DE ENERGIA

A “Análise do Ciclo de Vida” (ACV), para os sistemas energéticos atuais define uma relação entre insumos energéticos utilizados pelo sistema e as emissões de dióxido de carbono que variam de acordo com a escolha do combustível que o manterá. A ACV engloba todos os processos, incluindo a extração, preparação do combustível, construção da instalação, transporte, descomissionamento e gestão de resíduos. Quando utilizada com foco em

70


energia, é útil para comparar os rendimentos líquidos de energia a partir de diferentes métodos de geração de eletricidade.

A energia nuclear está entre as fontes de energia que produzem níveis muito baixos de emissões de dióxido de carbono no seu ciclo de vida completo, quando comparada com combustíveis fósseis, e é ainda vantajosa mesmo quando comparada a fontes renováveis como as eólica, solar e hídrica.

2.1. A energia nuclear e as emissões de CO2

Vários países e instituições internacionais estão utilizando a ACV como medida adequada para correspondência entre produção de energia e emissão de poluentes.

Nos últimos anos, inclusive, empresas de mineração têm publicado sua ACV como parte de divulgação mais ampla de responsabilidade ambiental ou social. Companhias de geração de energia adotaram a mesma postura, onde em ambos os casos faz-se uso dos resultados auditados e publicados como sistema de qualificação de seus serviços prestados.

Quanto à área nuclear, vários exemplos podem ser apresentados:

• Na Suécia, a partir de dados obtidos em 2002, para a usina de Forsmark, cuja capacidade é de 3090 MWe (megawatt elétrico) a análise de seu ciclo de vida informa um consumo de energia de 1,35% da produção de energia ao longo de 40 anos que equivale a 3,10 gramas por quilowatt-hora (g / kWh) de emissão de CO

2 .

A tabela a seguir demonstra o insumo energético referente à usina de Forsmark em base de sua energia térmica em picojaule (pJ) por 1000 MWe (megawatt elétrico) de capacidade ao longo de 40 anos, ao longo dos quais sua produção será equivalente a 299 TWh (terawatt-hora) ou 3226 pJ (Picojaule). Ou seja, considerando-se um fator de 10,8 a 33% de eficiência térmica valor, tem-se o correspondente a 1,35% da produção.

71


Tabela 1. Valores de insumos energéticos para usina de Forsmark, Suécia.

Mineração e Moagem 5.5 pJ

Conversão 4.1 pJ

Enriquecimento 23.1 pJ

Fabricação do Combustivel 1.2 pJ

Operação da Usina 1.1 pJ

Contrução e Desativamento 4.1 pJ

Gestao de Residuos 4.3 pJ

TOTAL 43.4 pJ

Fonte: www.world-nuclear.org/info/inf100.html

Outra análise da usina de Forsmark, com premissas conservadoras e enriquecimento por centrifugação, feita Jornal de Análise de Energia, é apresentada na tabela abaixo. Mesmo considerando condições altamente desfavoráveis, o total de insumos é, ainda, de 1,74% da produção para o ciclo da análise de vida desta central nuclear.

Tabela 2. Dados típicos com premissas conservadoras de enriquecimento por

centrifugação para usina de Forsmark, Suécia.

Mineração e Moagem 2.0 pJ

Conversão 9.2 pJ

Eriquecimento 3.3 pJ

Fabricação de Combustível 5.8 pJ

Contrução, Operação e Desativamento da Usina

30.7pJ

Gestão de Resíduos 1.5 pJ

TOTAL 52.5 pJ

Fonte: www.world-nuclear.org/info/inf100.html

72


• No Reino Unido, a Declaração de Produto Ambiental de Energia Britânico para Torness, usina de 1250 MWe (megawatt elétrico), em 2005, mostra as emissões de CO

2 de 5,05 g / kWh (ano de

referência 2002) a partir dos insumos. [2]. O relatório da Comissão de Desenvolvimento Sustentável do Reino Unido em 2006 forneceu um valor de 16 g / kWh para a energia nuclear em comparação a 891 g / kWh para o carvão e 356 g / kWh para o gás.[2]

• Associação Australiana de Uranio de Análise de Energia tabula dados cujas estimativas dos insumos energéticos equivalem a 1,7% da produção, assumindo de forma muito conservadora que todos os insumos de energia utilizados são da queima de carvão. Estima que as emissões de dióxido de carbono seriam de 17 g / kWh. [2]

• Dados publicados sobre a análise do ciclo de vida de centrais nucleares em 2006 no Japão mostram emissões de CO

2 a 13 g / kWh

para a energia nuclear, com perspectivas de redução a metade deste valor para o futuro.[2]

As informações reais de usinas nucleares acima demonstram um balanço energético muito favorável para a utilização da energia nuclear e uma produção baixa de dióxido de carbono para todo o ciclo de vida de centrais nucleares.

É difícil obter cálculos simples para a ACV em centrais consumindo carvão e gás, uma vez que muito do insumo energético (além do próprio combustível) esta no transporte, o qual varia muito. Os valores deste insumo de energia variam de 3,5% a 14,0% do tempo de vida útil de saída, para o carvão e de 3,8% a 20% para o gás natural.

Como exemplo de análise comparativa, a Figura 1, a seguir exibe informações do ciclo de vida de distintas fontes energéticas e as relaciona com as emissões de dióxido de carbono emitidas em seus processos de produção de energia.

73


Figura 1. Emissão de gases poluentes no processo de produção de energia elétrica.

Fonte: International Atomic Energy Agency (IAEA) 2000.

A relação entre a produção de energia e a emissão de CO2 ao meio é

descrita a seguir para determinadas fontes de energia, conforma a Tabela 3.

Tabela 3. Emissões de CO2 por kWh (kilowatt

hora) em função da produção de energia de fontes energéticas principais.

Fonte: WNA

74


Sintetizando informações provenientes da figura 1 e da tabela 3 cabe a análise que a energia nuclear possui cerca de 1 – 2% das emissões de dióxido de carbono provenientes de energias movidas a carvão, valor este correspondente a análise do ciclo de vida nuclear completo em comparação ao carvão.

2.2. Balanços de Energia e Implicações do CO2.

A economia da geração de eletricidade é importante. Se o custo financeiro da construção e operação da planta não pode ser recuperado através da venda de energia elétrica, não é economicamente viável. Mas, como no cenário mundial a energia é muitas vezes vista como uma unidade mais fundamental da contabilidade do que dinheiro é útil saber quais os sistemas geradores de energia proporcionam melhor retorno sobre a energia investida. Esta relação está inclusa à Análise do Ciclo de Vida (ACV).

Na década de 1970 muita atenção foi dada a analisar os insumos de energia para as diferentes partes do ciclo de vida de centrais nucleares e alguns dos dados disponíveis hoje ainda dependem deste trabalho.

Bem como os custos de energia existem custos externos a serem considerados. Os custos externos são definidos como aqueles efetivamente incorridos em relação à saúde e ao meio ambiente e quantificável, mas não incorporado ao custo da eletricidade para o consumidor e, portanto, que são custeados pela sociedade em geral. Eles incluem particularmente os efeitos da poluição atmosférica na saúde humana, o rendimento das colheitas e construções, bem como doenças ocupacionais e acidentes.

Para além destes e menos prontamente quantificável da mesma maneira são os custos envolvidos com o aquecimento global. Aqui, porém agora temos esquemas de comércio de emissões que colocam um custo direto sobre as emissões de dióxido de carbono, de modo que pode ser adicionado também. O foco principal da ACV para os sistemas energéticos de hoje é a sua contribuição para o aquecimento global.

Outra questão que se coloca neste contexto é o tempo de retorno de energia. Se 25 pJ (picoJoule) é tomado como o custo de capital da energia da criação (Outros valores publicados para a construção de uma usina nuclear de 1 GWe variam de 2 a 24 pJ.) (Incluindo o enriquecimento do combustível na primeira carga), em seguida, em 7 bilhões de kWh / ano ou produção de 75 pJ / ano, o investimento inicial de energia é reembolsado em 4 meses a plena potência; Sendo o tempo de construção de usinas nucleares de 4-5 anos.

75


2.3. Análise do ciclo de vida:custos externos e gases do efeito estufa.

A metodologia mede as emissões, a sua dispersão e impacto final. Com a energia nuclear, o baixo risco de acidentes é tido em conta, junto com as estimativas de impactos radiológicos de rejeitos de minas (uma vez que demonstrou ser exagerada) e emissões de carbono-14 do reprocessamento (gestão de resíduos e descomissionamento já estão dentro do custo para o consumidor).

Os custos externos da energia nuclear médios são 0,4 centavos de euro / kWh, o mesmo que hidrelétrica, o carvão é superior a 4,0 centavos (4.1-7.3 centavos em médias de diferentes países), para o gás varia 1.3 - 2.3 centavos e apenas a eólica aparece melhor do que a nuclear, com uma média de 0,1 - 0,2 centavos / kWh.

Na França, apesar da ineficiência energéticas de usinas de enriquecimento que são executados pelo poder nuclear, a contribuição de estufa a partir de qualquer reator nuclear usando urânio enriquecido francês é semelhante a um reator em qualquer, outro lugar usando urânio enriquecido por centrífuga, cerca de 20g/KWh em geral.

2.4. Nuclear tem papel no “mix” sustentável

Segundo o relatório do Conselho Mundial de Energia sobre as políticas energéticas dos países, a produção sustentável de energia deve provir de uma mistura de tecnologias de geração e estratégias. A avaliação energética do país e políticas climáticas classifica o desempenho do país de acordo com um índice de sustentabilidade de energia, em outras palavras, o quão bem eles desempenham nos três pilares da política energética: segurança energética, meio ambiente e acessibilidade.

Os melhores desempenhos são: Suíça (40% nuclear para eletricidade), Suécia (40% de energia nuclear), França (75% de energia nuclear), Alemanha (30% de energia nuclear antes de desligar o reator, no início deste ano) e Canadá (15% de energia nuclear). De acordo com os autores, estes países, possuem as políticas de energia mais coerentes e robustas e que melhor gerenciam as compensações entre os três pilares citados no parágrafo acima. Estes detêm portfólios diversificados de energia e promovem a eficiência energética. É importante ressaltar nenhum país lidera nos três pilares da política.

76


Os dados apurados são de 2009-2010, e, não refletem os efeitos das alterações na política provocadas pelo acidente nuclear de Fukushima e a recente instabilidade política no Norte de África e do Oriente Médio. A energia nuclear desempenha um papel de destaque no mix de geração de eletricidade de todos os países destacados, onde a tecnologia nuclear possui impacto direto ao seu desempenho.

O relatório constata que não basta focar exclusivamente na redução das emissões de gases de efeito estufa para alcançar a sustentabilidade. É necessário trabalhar no sentido de garantir um regime regulatório estável que suporte um grande volume de investimentos de capital, enquanto permita atualizações e revisões políticas, quando necessárias, que gerem mudanças nos sistemas de energia em um ritmo que pode ser mais rápido do que o mercado sozinho propicia.

Pierre Gadonneix, Presidente do Conselho Mundial de Energia, ressaltou a importância que, “as políticas públicas” possuem em prover o mercado com estruturas robustas e garantir preços que reflitam os custos reais, visibilidade em longo prazo, responsabilidade de desenvolver e garantir a segurança e aceitação, bem como as normas ambientais pelos Estados.

Nos EUA estabeleceram-se metas para obtenção de energia limpa e economia de baixo-carbono. A energia nuclear é fundamental para este objetivo, uma vez que fornecem cerca de 70% da eletricidade de ar-limpo da América, de acordo com o observado na Figura 2.

Figura 2. Fontes de Emissão-Free Infográfico Eletricidade (2011)

Fonte: NEI

77


A proteção do meio ambiente se estende a gestão das fontes energéticas utilizadas de forma proteger a qualidade da água, e melhorar o habitat Todas as instalações de energia nuclear dos Estados Unidos têm amplos programas de monitoramento ambiental, que estão sob a supervisão da Comissão Reguladora Nuclear dos EUA e dos reguladores estaduais, incluindo um programa de redução voluntária. O resultado é observado na Figura 3.

Figura 3: Reduções Voluntárias de dióxido de carbono dos EUA (2005).

Fonte: NEI

A Tabela 4, a seguir mostra as emissões de poluentes evitadas pelo uso da geração nuclear de energia, nos EUA, no período de 1995 a 2011.

78


Tabela 4 – Emissões evitadas devido a Indústria Nuclear nos EUA

Fonte: NEI.

3. CONCLUSÕES

Estabelecer as bases para o equilíbrio entre desenvolvimento e sustentabilidade, está sendo um dos grandes desafios para a sociedade moderna.

O efeito estufa, com todas suas implicações negativas para o meio ambiente é uma realidade, bem como as demais consequências da poluição envolvida nos processos de geração de energia. Neste trabalho, usando principalmente o conceito de ACV, foi demonstrado claramente como o uso da energia nuclear pode retardar o progresso de deterioração do meio ambiente, pela diminuição de rejeitos gasosos na atmosfera.

79



1 “Energy Balances and CO2 Implications”. Disponível em: < http://www.world-nuclear.org/info/inf100.html> Acesso em 28.junho.2012 às 15:15h

2 “Greenhouse gas emissions from power generation”. Disponível em: <http://www.world-nuclear.org/why/greenhouse_gas_from_generation.html>Acesso em 28.junho.2012 às 16:25h.

3 HINRICHS, Roger A, Energia e Meio Ambiente -- tradução da 3 ed. Norte-americana. / Roger A. Hinrichs, Merlin Kleinbach; [tradução técnica Flávio Maron Vichi, Leonardo Freire de Mello]. – São Paulo: Cengage Learning, 2006

4 “Nuclear Energy and the Environment”. Disponível em: <http://www.nei.org/resourcesandstats/documentlibrary/protectingtheenvironment/factsheet/nuclearenergyandtheenvironment/> Acesso em 28 junho.2012 às 15: 30h.

5 “Nuclear has role in sustainable mix”. Disponível em: <http://www.world-nuclearnews.org/EE_Nuclear_has_role_in_sustainable_mix_161111a.html>Acesso em: 11 junho 2012 às 20:30h.

80

LINGUAGEM EMOTIVAÇÃO

Gisélia Clarice Eirado de Almeida

Universidade Gama Filho, Curso de Licenciatura em MatemáticaRua Manuel Vitorino, 553 - PiedadeCEP 20740-900 – Rio de Janeiro - [email protected]

Resumo: Este artigo descreve um trabalho pedagógico realizado em 1989, na Escola Municipal, Luiz César Sayão Garcez, em Olaria, subúrbio da cidade do Rio de Janeiro, no mês de agosto, em uma turma com dez alunos de sexta série do Ensino Fundamental, oito alunas e dois alunos, com faixa etária de 15 a 19 anos. Na época a autora cursava o mestrado em Educação Matemática na Universidade Santa Úrsula, USU, no Rio, e, foi na aula de Psicologia da Educação que lhe ocorreu a ideia de realizar o trabalho que está desenvolvido abaixo.

Palavras-Chave: Motivação, Linguagem.

81


1. INTRODUÇÃO

O Ensino de Matemática no Ensino Fundamental exige do educador matemático muita habilidade e conhecimentos que vão além da ciência que ensina. Dentre os conhecimentos pertinentes à sua prática em sala de aula, está a linguagem como veiculo de comunicação pelo qual se dá o ensino da ciência com todos os seus códigos e significados. Em especial, a linguagem matemática oferece aos seus aprendizes, na maioria das vezes, uma barreira a ser vencida. Desta forma, como é possível pensar matematicamente sem ter o domínio de sua linguagem? Como entender a linguagem matemática para atingir e compreender o pensamento matemático? Parece que os dois: o pensamento matemático e a linguagem matemática têm ligações simbióticas.

A turma de sexta série tinha seus alunos moradores, nos arredores da escola, das comunidades: da Vila Cruzeiro, Morro do Alemão e conjuntos habitacionais populares, com perfil sócio econômico baixo. Com reprovações recorrentes, em especial, em Matemática, em agosto de 1989, após a evasão, remanesceram dez alunos. O comportamento hostil que apresentavam uns para com os outros e comigo, revelava certo cansaço e desmotivação em relação à escola, embora eu já houvesse tentado alguns trabalhos diferenciados, o que parecia não demovê-los do estado de desinteresse em que se encontravam. Este era o quadro que se repetia nas aulas desde o início daquele ano letivo. As aulas não lhes despertavam o menor interesse, embora tivessem muita dificuldade em leitura, interpretação, escrita e Matemática.

2. A CRIAÇÃO DA LINGUAGEM

Em virtude desta realidade, que me incomodava sobremaneira, pensando nesses pontos críticos do aprendizado da Matemática e nas dificuldades observadas, resolvi desenvolver um trabalho diferente, que os motivasse e que tornasse possível a construção de algum significado em suas mentes.

Em um dia do mês de agosto daquele ano, ocorreu-me a ideia de experimentar, a seguinte proposta: que considerassem os algarismos: 0, 1, 2,..., 9 e criassem um símbolo, para cada um. Que considerassem os símbolos das operações: adição, subtração, multiplicação, divisão, radiciação e potenciação, o símbolo para representar as frações e o sinal de igualdade, e

82


fizessem o mesmo. Foi aí, naquele momento, na sala de aula, que começou a mudança. Trabalharam e se dedicaram como até então não o tinham feito.

No Quadro 1, a seguir, são apresentados os símbolos criados para os algarismos, por aluno.

Quadro 1. Criação dos símbolos.

Analisando os símbolos criados, em duas aulas de cinquenta minutos, percebe-se que alguns alunos criaram símbolos bem abstratos; outros preferiram associá-los a objetos de seu dia-a-dia: telefone, associado à comunicação; tigela, panela, xícara e frutas, relativas à alimentação; outros símbolos ligados ao sentimento, o amor ou desamor: o coração; ao sonho romântico: lua, estrela; a natureza: f lores; bolsa feminina associada a guardar objetos e dinheiro; laço de cabelo feminino, à vaidade, e, surpreendentemente o ideológico: foice e martelo. Enfim, falam de

83


seus anseios, necessidades, ideologia, carências e sonhos. Deram asas à imaginação. Sentiram-se importantes e respeitados no processo criativo.

No Quadro 2, estão os símbolos criados, por aluno, para as operações, frações e sinal de igualdade.

Quadro 2. Sinais operatórios, de igualdade e fração

3. OPERANDO COM OS SÍMBOLOS CRIADOS

Na terceira aula, o desafio foi escrever, no novo código individual, números, operações, e expressões matemáticas. Queriam satisfazer a curiosidade: como seria a operacionalização do código? No Quadro 3, são apresentados alguns exemplos.

84


Quadro 3. A Matemática no novo código.

Para decodif icar as operações e os números consultaram seus apontamentos, e, logicamente, sentiram dificuldade. No entanto, não desistiram. Trabalharam. Perceberam, então, de imediato que teriam que ter um sistema único para que todos pudessem se entender. O próximo passo foi providenciar uma votação para que a turma dispusesse de um código único para escrever a Matemática.

4. VOTAÇÃO DOS SÍMBOLOS

Na aula seguinte todos os símbolos para: os algarismo, as operações, fracões e igualdade foram escritos no quadro negro, para que todos votassem naquele que melhor achassem. Ao final o resultado foi anotado no canto do quadro, e está no Quadro 5, abaixo, inclusive com a leitura que se faria para cada símbolo.

85


Quadro 5. Código votado

Com o novo código, os alunos vinham buscar o conhecimento: “professora, como é mesmo que se faz essa operação?” Inverteu-se completamente a situação de sala de aula. Antes eu ficava chamando atenção para que prestassem atenção ao conhecimento que estava sendo ensinado, agora, eles é que vinham buscar o conhecimento para poderem operar no novo código. Tudo tinha significado para eles, embora houvesse dificuldades para operar. Como afirma Piaget, agora eram agentes da construção de seu conhecimento.

4.1. Operando no novo código

Quadro 6. operações matemáticas escritas no novo código.

86


Foi sugerido que se montasse um mural, em papel pardo, para que ficasse exposto no quadro negro, e fosse consultado durante as aulas, para facilitar o uso do novo código. Além disso, foram construídas as tábuas de adição e multiplicação, que estão nos Quadros 7 e 8, respectivamente.

Quadro 7. Tábua de adição

Quadro 8. Tábua de multiplicação

87


4.2. Trabalhando equações do primeiro grau.

O estudo de equações do primeiro grau foi iniciado com um problema proposto por um dos alunos:

“Maria foi a feira e levou NCZ$ 158,00 (NCZ era o símbolo do cruzeiro novo, a moeda, da ocasião, no Brasil). Gastou NCZ$ 46,00. Quanto recebeu de troco?”

Alguns resolveram por cálculo mental.

Para resolver o problema diferente do usual foi proposto que os alunos desenhassem e pintassem na cartolina os códigos e os recortassem, como peças de um jogo. Usariam para incógnita um símbolo fora da linguagem.

Uma aluna montou, com as peças do código, a solução:

As peças seriam utilizadas para equacionar o problema.

Foi proposto: Se o problema for mudado para a seguinte situação: Maria foi à feira com NCZ$ 158,00, ficou com NCZ$ 46,00. Quanto gastou?

Quem sabe resolvê-lo propondo uma sentença?

Um aluno arrumou as peças: ...?.......... “ o que ponho aqui [nos pontilhados, apontou]?”

Questionado: “você sabe quanto ela gastou?” Dois alunos responderam: “Não”. Então os outros disseram: “Põe qualquer coisa aí.” Apontou para o seu relógio de pulso e disse: “posso”? Então completou:

O equacionamento na linguagem matemática: [158 – x = 46]. O tomou o lugar do termo desconhecido da sentença, a incógnita.

Foi discutido o problema do termo desconhecido, a incógnita e, propostas algumas equações, quando foi utilizado o desenho, , para o termo desconhecido. A seguir há um exemplo de uma das equações propostas: 5x-83 = 108.

88


4.3. Justificativa para as escolhas dos símbolos

Três alunos justificaram suas escolhas na votação para os símbolos.

• “Gosto do seis, porque lembra telefone e gosto de telefonar para falar com minha namorada”.

• “Escolhi a panela para o nove, porque panela lembra almoço, lembra comida que lembra jantar”.

• “Representei o nove por panela porque parece uma panela deitada”.

4.4. Depoimentos gravados

Levei um gravador para a sala de aula. Os alunos ficaram muito felizes e passaram a simular entrevistas entre eles, fazendo questionamentos que deveriam ser respondidos usando o código criado, sempre que se deparassem, com números tais como: endereços, idade, telefone, data de nascimento, dentre outros dados numéricos. Abaixo estão alguns depoimentos.

• “A linguagem foi interessante porque os alunos aprenderam muito mais e tem mais ideia para inventar outras coisas”.

• Achei legal. Um meio assim... , mais fácil de aprender e, com isso nós podemos criar mais coisas. Quem sabe ..., até criar o alfabeto, com símbolos diferentes”?

• Mexeu um pouco com a mente da gente. Não ficamos parados. Num “negócio” só”.

• “No primeiro dia fiquei meio assim..., sabe! Muito estranho, porque não tinha feito, ainda, este tipo de coisa e, comecei a ler bem, assim.... Agora já sei como são os números, como todos já sabem até de cor. Todo mundo já aprendeu. Fizemos trabalhos com isso.” ( o código novo).

• “Foi bom. Fizemos muitos trabalhos, com “isso”. ( o código novo). No começo dá muita diferença! Poxa! A professora chegou na sala: vamos inventar alguns códigos para simbolizar os números. Foi bacana. Foi legal! Gostei! Desenvolvemos nosso trabalho, mostrando que somos capazes”.

O clima na sala de aula a esta altura, entre os alunos, era amistoso e havia muita alegria. Cada um queria fazer uma gravação: identificando-se,

89


para contar um acontecimento interessante ou até cantar uma música, falar dos namorados, dos seus padrões morais.


Foi prazeroso e surpreendente o efeito que o trabalho produziu na turma. Muitas reflexões foram provocadas pelos resultados. Ficou patente a redução das agressividades e hostilidades, a dedicação que desenvolveram para atingir a solução dos exercícios propostos. Foi percebido também que agora havia significação no que faziam. Nada foi imposto. O novo código pertencia a eles. Sabiam de onde vinha.

Restam alguns questionamentos: o conhecimento que a escola impõe e como impõe não desrespeita a inteligência dos alunos? Será que todo aluno quer aceitar isso? E quando não aceita, o quê fazer para não perder este aluno e rotulá-lo como incompetente e incapaz? A escola e os professores estão preparados para isso? Será que a quantidade excessiva de conhecimento que é imposta pela escola está sendo assimilada pelos alunos? É isso que os faz desenvolver, mesmo sem compreender o significado de tudo que se “ensina” ou se pensa que ensina?

O que mais me incomoda é que nem todos os alunos do ensino básico serão professores de Matemática, muito menos pesquisadores em Matemática. Porque, então, não lhes ensinar os conceitos matemáticos de forma prazerosa, com significado, permitindo que tenham a capacidade para pensar matematicamente? É isso que importa para as pessoas que irão viver a vida trabalhando nas mais diversas atividades humanas, tendo que pensar matematicamente. Porque a vida nos exige isso. Porque a Matemática faz parte do nosso dia a dia.

Enquanto digitava todo este texto e desenhava todos os signos, vi o quanto é trabalhoso, complexo e rico. Sem, no entanto, dizer que os alunos utilizaram os conhecimentos já adquiridos do sistema posicional, a estrutura operatória da Matemática, não exatamente inventaram uma própria, porque é muito complexo e difícil, e, sabemos que historicamente isso foi um penoso desenvolvimento de séculos, quiçá milênios. Uma construção cultural da humanidade, sempre no sentido de simplificar a representação das ideias e conceitos da Matemática. Uma bela riqueza!!

Fica, então aqui, uma sugestão para quem achar interessante refazer o trabalho e aprofundar as pesquisas no sentido de encontrar soluções, que

90


nos auxilie no ensino prazeroso da Matemática e nos ofereça oportunidade para resgatar as competências e habilidades de nossos alunos que estão massacrados pelo ensino tradicional, desta bela ciência.

Finalmente, quero assinalar que este trabalho foi apresentado no congresso de Educação Matemática na USP em 1991.

REFERÊNCIAS

BAKHTIN, M. – (Volochinov). Marxismo e Filosofia da Linguagem. 4 ed.. São Paulo: Heucitec, 1988.

GIUSTA, A. da S.. Concepções de aprendizagem e práticas pedagógicas. Edu Rev., nº 1, p. 25-31. Belo Horizonte: UFMG, jul/1985.

GRANGER, G. G.. Filosofia do estilo. São Paulo: Perspectiva,1968.

KAMII, C. & DECLARK, G.. Reinventando a Aritmética (implicações da teoria de Piaget). Campinas: Papirus, 1988.

LURIA, A. R.. Pensamento e Linguagem (As últimas conferências de Lúria). Porto Alegre: Artes Médicas, 1986.

PIAGET, J. Psicologia e epistemologia (por uma teoria do conhecimento). 2 ed. São Paulo:Forense, 1978.

91

APLICAÇÃO DA RELAÇÃO ÁUREA EM UM SISTEMA DE VIBRAÇÕES MECÂNICAS COM DOIS GRAUS DE LIBERDADE

Wairy Dias Cardoso

Universidade Gama Fi lho , Depar tamento de Engenharia MecânicaRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280– Rio de Janeiro - [email protected]

Resumo: Neste artigo enfatiza-se o emprego da Relação Áurea com um estudo em Vibração Mecânica. Na natureza, a relação Áurea nos dá o equilíbrio entre o gasto de energia e o rendimento de um sistema. Dito isto, os problemas de engenharia e outras ciências podem ser otimizados, criando e estudando modelos com o conceito do Número de Ouro.

Palavras chave: Número de ouro, Relação áurea, Vibração mecânica.

92


1. INTRODUÇÃO

A Relação Áurea também conhecida como Número de Ouro, Número Áureo ou Relação Áurea, é uma constante real irracional denotada pela letra grega . Encontramos tal fato na Biologia, nas artes, Arquitetura e Engenharia [1] [2]. No caso presente estamos apresentando um fato em vibração mecânica mostrando as inúmeras possibilidades em futuros projetos mecânicos.

2. RELAÇÃO ÁUREA

Seja a divisão de um segmento ( Fig.1) de modo tal que a relação entre o segmento total e a parte maior, seja igual à relação entre a parte maior e a parte menor e dividi-la em média e extrema razão ou relação áurea [1]. Assim têm-se:

Figura 1. Segmento de reta com Proporção Áurea

A parte maior é denominada segmento áureo (x). Ela é a média geométrica entre o segmento total (a) e a parte menor do segmento (a-x).

Por definição que resulta em

Ao resolver esta equação, têm-se a relação áurea com as raízes aproximadas

e (1)

O valor numérico da primeira raiz representa um ponto externo ao segmento enquanto que a segunda raiz representa um ponto do segmento entre seus extremos .

93


2.1. Aplicações da Relação Áurea na engenharia mecânica

Entre muitos exemplos citaremos dois na Engenharia Mecânica que usaram a Relação áurea em seu projeto.

Ferrari Dino conceito de 2007

A Ferrari Dino conceito de 2007 (fig. 2) projetado por Ugur Sahin é a modernização de um modelo anterior de sucesso (Ferrari Dino) fabricada em homenagem a Alfredo Ferrari, filho de Enzo Ferrari, mais conhecido como Dino [10] [11].

O conceito da Relação Áurea foi aplicado no projeto dando origem a um modelo com equilíbrio estático e dinâmico conforme os testes confirmaram.

Podemos notar os retângulos áureos (1 e 1, 618) na confecção do veículo compondo um sistema harmonioso em sua estrutura espacial formando um belo automóvel (fig. 3).

Figura2. Ferrari Dino 2007 com aplicação da Relação Áurea

Figura 3. Ferrari Dino2007 de perfil

94


Boeing 747

As figuras 4 e 5 ilustram o projeto de um Boing 747

Figura 4. Número de Ouro aplicado ao Boeing 747

Figura 5. Boeing 747

Para projetar o Boeing 747, levaram-se em consideração os conceitos de Aerodinâmica, Resistência dos Materiais, Física, Química, mas, também usou o conceito da Relação Áurea tal como demonstra as proporções harmoniosas. De acordo com o texto e a figura no livro O Poder dos Limites, Harmonias e Proporções na Natureza, Arte e Arquitetura, pg. 130 e 131.

“O projeto integral dessa aeronave cabe em dois pares de retângulos áureos recíprocos, que se juntam ao longo da linha central da fuselagem; o comprimento dos maiores corresponde à frente do avião (do nariz ás pontas das asas), enquanto que nos menores contém a cauda...” e assim continua o relato da aplicação do número de ouro nesta aeronave [3].

95


3. SISTEMA MASSA-MOLA COM DOIS GRAUS DE LIBERDADE.

3.1. Desenvolvimento das Equações Diferenciais do Sistema.

Na Figura 6, está representado um sistema massa-mola com dois graus de liberdade, pois as duas massas podem movimentar-se independentemente portanto requerem duas coordenadas para identificar sua posição. Se as massas m1 e m2 são obrigadas a moverem-se verticalmente, pelo menos uma coordenada x(t) é requerida para definir a posição de cada massa a qualquer instante [4] [5].

Figura 6. Sistema massa-mola com dois graus de liberdade

O sentido de deslocamento das massas é considerado positivo para baixo e vamos supor que x

1 > x

2 de tal forma que a mola com coeficiente

k2 seja comprimida.

Agora isolamos cada massa e façamos o diagrama de corpo livre para cada uma aplicando a segunda lei de Newton nas mesmas.

De acordo com isolamento das forças dinâmicas no corpo de massa m

1, vem:

(2)

96


O sinal das forças da mola nesta equação é negativo porque atuam para cima, isto é contrárias ao sentido adotado.

Figura 7. Equilíbrio da massa m1

De acordo com isolamento das forças dinâmicas no corpo de massa m

2, vem:

(3)

Figura 8: Equilíbrio da massa m2

Reescrevendo as equações, têm-se:

(4)

(5)

97


3.2. Desenvolvimento das Freqüências Naturais de Vibração do Sistema

A freqüência natural é aquela na qual um objeto vibra quando não é perturbado por uma força externa e se processa na ausência de amortecimento e de forças externas. [6] [7]

Com isto as equações (4) e (5) tomam a forma

(6)

(7)

Supomos que as duas massas m1 e

m

2 executem o movimento harmônico

com a mesma freqüência e amplitudes diferentes a1 e a

2 onde consideramos

(8)

Derivando em relação ao tempo, obtemos:

(9)

Substituindo as equações (8) e (9) nas equações (6) e (7) tem-se:

(10)

Cuja matriz pode ser representada pela equação (11)

(11)

98


Levando-nos à equação (12)

(12)

Esta é a equação de freqüências para o sistema em função do movimento harmônico representado na equação (8).

Para nenhuma outra freqüência existe a possibilidade de movimento livre. A equação (12) fornece dois valores positivos e reais de .

Para continuar nosso estudo, devemos estabelecer condições que ao mesmo tempo simplificam o estudo, mas, estabelecem uma situação de equilíbrio :

m1= m

2 = m ; k

1= k

2= k. Então teremos a equação

(13)

cujas raízes são

(14)

Que desenvolvidas tem o valor

(15)

Como só interessam as raízes positivas, tem-se:

(16)

Onde os números 0,618 e 1,618 correspondem aos valores do número de ouro obtido na equação (1).

99


Os valores da equação (16) de 1 e

2 do sistema demonstram que no

caso apresentado, movimentos harmônicos livres e sem amortecimento só podem ser obtidos com estas freqüências naturais que estão em função do número de ouro[8] [9].


Sendo a Relação Áurea um relação natural aplicada pela natureza onde está interpretado como sendo o equilíbrio entre o gasto de energia de um sistema e o seu rendimento fica comprovado pelo exemplo deste artigo. Podemos melhorar os projetos mecânicos de modo geral mesmo que saibamos que não são ideais devido às perdas de energia usando o conceito do número de ouro.


NEROMAN, D. - Lê nombre d or . Dervy – Livres, 6, Rue de Savoie, Paris, 1994.

GHYKA, M.C. - El número de oro ( I e II ) – Editorial Poseidon, Barcelona,1978.

GYORGY, D. – O Poder dos Limites, Harmonias e Proporções na Natureza, Arte e Arquitetura - Editora Mercúrio, São Paulo -1981.

PRODONOFF, V. – Vibrações Mecânicas –Maity Comunicação e Editora Ltda. – Brasil, 1990.

BALACHANDRAN B., B., Edward – Vibrações Mecânicas – Editora Cengage – Brasil, 2011.

RAO S. -Vibrações Mecânicas – Pearson Education – Brasil 2009.

FERDINAND P. BEER , E. RUSSEL JONHSTON – Mecânica Vetorial para Engenheiros ; Dinâmica – Editora McGraw Hill -7ª edição ;Brasil .

J. L.MERIAN, L. G. KRAIGE – Mecânica para Engenharia ; Dinâmica – LTC, 6ª edição , Brasil.

100


M. LUCINI – Teoria de la Mecánica e sus Aplicaciones – Editorial Labor – Barcelona, 1965.

2007 Ferrari Dino Concept Design – www.topspeed.com.Car

Fibonacci Ferrari - http://www.xaviercromartie.com/2012/02/fibonacci- ferrari.html

101

MODELAGEM DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE CHAPAS DE TANQUE DE ARMAZENAGEM DE PETRÓLEO

Raphael Mesquita de Almeida1

Amândio Marques da Costa Junior1

1 Un iver sidade Ga ma Fi l ho (UGF), Cur so de Engenharia MecânicaRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected] [email protected]

Resumo: Realizar uma modelagem do comportamento mecânico de chapas de um tanque cilíndrico vertical de armazenagem de petróleo, de teto flutuante, era o objetivo deste trabalho. Foram realizadas uma pesquisa bibliográfica, visando a determinação dos esforços a que o costado estava submetido e dos materiais, que foram utilizados em uma modelagem matemática para o dimensionamento das chapas do costado do tanque, e uma modelagem computacional, cujos resultados foram comparados com os obtidos pela modelagem matemática. Concluiu-se que as tensões variam de acordo com a espessura e com o material da chapa, o que acarretou em tensões muito próximas em toda a extensão da parede do costado do tanque de armazenagem, uma vez que a variação entre as espessuras das chapas foram pequenas. A análise do comportamento mecânico

102


demonstrou que a variação das tensões ao longo das paredes do costado era bem uniforme, revelando que as diretrizes de dimensionamento das chapas, propostas pelas normas vigentes, eram adequadas à construção de tanques de armazenagem de petróleo.

Palavras-chave: Modelagem, Comportamento mecânico, Tanques de armazenagem.

1. INTRODUÇÃO

Tanques de armazenagem são equipamentos usados para tancagem de grandes inventários de produtos como o petróleo e seus derivados, produtos químicos, resíduos diversos, misturas e águas. São considerados equipamentos de caldeiraria pesada devido a grande quantidade de material utilizado na sua fabricação, opera normalmente exposto a pressão atmosférica (BARROS, 2009).

O dimensionamento do costado de um tanque de armazenagem depende, basicamente, da norma de projeto adotada. Neste trabalho adotou-se a norma NBR7821/1983 “Tanques Soldados para Armazenamento de Petróleo e Derivados“.

2. OBJETIVO

O objetivo deste trabalho era realizar uma modelagem do comportamento mecânico de chapas de um tanque cilíndrico vertical de armazenagem de petróleo, aéreo, dotado de teto f lutuante.

3. METODOLOGIA

Para o presente estudo, foram utilizados os métodos (ANDRADE, 2009):

Bibliográfico: para coleta de dados sobre tanques de armazenagem (espessura, material para construção, tipos de tanques, esforços atuantes).

103


Numérico: para cálculo de esforços e tensões sobre o modelo de tanque escolhido. Foi utilizado ainda um software para o desenho técnico e para o cálculo de tensões na estrutura, empregando-se o Método de Elementos Finitos (MEF).

3.1. Tensões

Estruturas cilindricas de paredes finas ( ), onde r é o raio e t a espessura, estão sujeitas basicamente a dois tipos de tensões: circunferencial (

1) e longitudinal (

2). (HIBBELER, 2004)

Tensão circunferencial (1)

A tensão na direção circunferencial (Figura 1) é o produto da pressão exercida pelo líquido armazenado, com o raio interno do tanque, em relação à espessura da estrutura naquele ponto:

(1)

Sendo:

p – pressão exercida pelo líquido armazenado;

r – distância do centro do cilindro ao ponto médio da espessura da parede do cilindro.

t – espessura da parede do cilindro.

Figura 1: Diagrama de corpo livre, representando a tensão circunferencial

104


Tensão longitudinal (2)

Visto que o peso da estrutura é sustentado uniformemente pelas paredes do tanque, a tensão longitudinal (Figura 2) é composta pelo peso da própria estrutura (Wmaterial) em relação a área sobre a qual ela atua (Achapa). (HIBBELER, 2004)

(2)

Onde:

Wmaterial –

é o produto do peso especifico do material (), pelo seu volume.

(3)

R – raio externo do anel

r – raio interno do anel

hanel – altura do anel

Achapa –

área circunferencial da chapa (coroa circular)

(4)

Figura 2. Diagrama de corpo livre, representando a tensão longitudinal.

105


3.2. Deformação

Como geralmente os materiais empregados em fabricação de tanques de armazenagem 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 materiais (HIBBELER, 2004; SHIGLEY, 1984):

(5)

Onde:

vm

– Tensão de Von Mises

1 e

2 – Tensões Principais do Estado Plano de Tensões.

3.3. Material

Foi adotado o aço ASTM A-36, com peso especifico () = 78,6 kN/m3 (BEER

& JOHNSTON, 2011) para construção do costado, essa decisão deveu-se por ser um material dotado de boa resistência mecânica, boa aderência, preço competitivo e ser fabricado por diversas siderurgicas.

O método utilizado para o dimensionamento do costado do tanque foi o da NBR7821/1983 Anexo J, visto que utiliza um ponto variável de projeto para cada anel do costado, o que resultou em tensões circunferenciais mais próximas da tensão de projeto, resultando em espessuras menores, por conseguinte em redução no custo de material e aumento da capacidade do tanque, devido à redução de peso do material utilizado.

4. MODELAGEM MATEMÁTICA

As tensões são funções da espessura do material, o que acarretou em tensões muito próximas em toda extensão da parede do costado do tanque de armazenagem, já que a variação entre as espessuras das chapas foram pequenas.

106


Tabela 1. Tensões principais exercidas em cada anel.

Tensões principais

1º Anel 2º Anel 3º Anel 4º Anel 5º Anel 6º Anel

Tensão longitudinal (MPa) 0,775 0,679 0,613 0,566 0,377 0,189

Tensão circunferencial (MPa) 153,04 153,5 154,1 155,04 105 54,6

Tensão de Von Mises (MPa) 153 153,2 153,7 155 104,8 54,5

A Tabela 1 apresenta as tensões principais exercidas em cada anel do costado do tanque obtidas na modelagem matemática.

5. MODELAGEM COMPUTACIONAL

Utilizando o Método de Elementos Finitos (MEF), modelou-se uma das seções do costado do tanque de armazenagem, utilizando as seguintes propriedades:

Tabela 2. Propriedades do tanque de armazenagem.

Tanque de aço ASTM A-36

Modulo de Elasticidade 200 Gpa= 2E9 N/m2

Coeficiente de poisson 0,32

Peso especifico 78,6 KN/m3 = 7,86E4 N/m3

Altura 2,4 m

Diâmetro 40 m

Espessura do anel 9,53 x 10-3 m = 9,53 mm

Condição de contorno Engastado na base

107


Figura 3. Modelo gerado no software ANSYS.

Figura 4: Malha gerada no software ANSYS.

108


Figura 5: Aplicação das condições de contorno.

Figura 6: Aplicação das forças.

109


Figura 7: Tensão resultante.

6. ANÁLISE DOS RESULTADOS

De acordo com os resultados mostrados nas Figuras 3 a 7, em nenhum dos anéis houve escoamento, ficando as tensões principais muito abaixo do limite de escoamento do material utilizado.

Tabela 3. Quadro comparativo entre as modelagens matemática e computacional.

Resultados comparativos entre a modelagem matemática e a computacional

Tensão de Von Mises Limite de Escoamento

Modelagem matemática 155MPa 250MPa

Modelagem computacional

179MPa 250MPa

cálculos manuais e por MEF apresentaram diferença <14%

A Tabela 3 é um quadro comparativo entre os resultados encontrados através da modelagem matemática e da modelagem computacional.

110


A diferença obtida entre os métodos de modelagem deveu-se ao fato da modelagem computacional calcular as tensões em um número bem maior de pontos, ao longo de todo comprimento da chapa do costado, diferentemente da modelagem matemática que efetuou os cálculos das tensões em um número bem menor de pontos, apenas nas extremidades, onde houve mudança de espessura.

7. CONCLUSÕES

Concluiu-se, a partir do objetivo deste trabalho de realizar uma modelagem do comportamento mecânico de chapas de um tanque cilíndrico vertical de armazenagem de petróleo, que as tensões variam de acordo com a espessura e com o material da chapa, o que acarretou em tensões muito próximas em toda a extensão da parede do costado do tanque de armazenagem, uma vez que as variações entre as espessuras das chapas foram pequenas. A análise do comportamento mecânico demonstrou que a variação das tensões ao longo das paredes do costado era bem uniforme, revelando que as diretrizes de dimensionamento das chapas, propostas pelas normas vigentes, eram adequadas à construção de tanques de armazenagem de petróleo. Deve-se ressaltar que as tensões encontradas estavam bem aquém das tensões de escoamento, conferindo desta forma estruturas estáveis.


ANDRADE, M. M. Introdução à metodologia do trabalho científico. 9a ed. São Paulo: Atlas, 2009.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7821. Tanques soldados para armazenamento de petróleo e derivados, 1983.

BARROS, S. M. Tanques de Armazenamento. Petrobras. Rio de Janeiro, 2009.

BEER, F. P.; JOHNSTON Jr., E. R. Resistência dos materiais. 3a ed. São Paulo: Makron Books, 1995.

HIBBELER, R. C. Resistência dos materiais. 5a ed. São Paulo: Prentice Hall, 2004.

SHIGLEY, E. J. Elementos de Máquinas 1, 1a ed. Rio de Janeiro: LTC, 1984

111

CORROSÃO E PROTEÇÃO CATÓDICA

André Luiz C. Simões1

Maria de Lourdes M. Magalhães2

Rosa Maria R. Nielsen2

1 Univercidade da Cidade, Curso de Farmácia2 Universidade Gama Filho, Curso de Engenharia

MecânicaRua Manuel Vitorino, 553 – PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected][email protected]@globo.com

Resumo: A corrosão é um processo que pode ser def inido como a deterioração de um material por uma ação química ou eletroquímica do meio, associada ou não a esforços mecânicos. O controle da corrosão em estruturas de aço submersas é realizado usualmente pelo processo denominado proteção catódica. Por este processo, a proteção é alcançada através do abaixamento do potencial de eletrodo para o domínio da imunidade termodinâmica do metal a ser protegido, isto é, através da polarização catódica geralmente por corrente impressa ou ânodo de sacrifício a um potencial tal que a corrosão possa ser considerada desprezível. Em tanques de armazenamento, a proteção catódica galvânica é normalmente adotada. Já em tanques enterrados utiliza-se a proteção por corrente impressa.

Palavras-chave: Taxa de Corrosão. Corrente impressa. Anodo de sacrifício.

112


1. INTRODUÇÃO

A corrosão, em aspecto amplo, pode ser definida como a deterioração de um material, geralmente metálico, pela ação química ou eletroquímica do meio, estando associada ou não a esforços mecânicos. O estudo da corrosão tem um grande interesse tecnológico devido ao elevado custo relacionado com as perdas de equipamentos e produtos. Em países desenvolvidos, onde os processos de prevenção contra a corrosão se encontram mais desenvolvidos, estima-se um custo anual de milhões de dólares. A corrosão de equipamentos e estruturas ocorre a nossa volta diariamente e, sendo assim, é necessário que se tenha conhecimento do mecanismo deste processo destrutivo para que se possa combatê-lo com eficiência. Este aspecto econômico é de grande importância, porém, de maior relevância, é o risco a vidas humanas oriundo de processos corrosivos.

Os elevados custos associados aos processos corrosivos justificam o esforço empenhado em se buscar métodos cada vez mais eficazes de controle deste processo de deterioração.

Quando uma estrutura se encontra enterrada ou submersa, o processo corrosivo se dá através do aparecimento de áreas anódicas e catódicas ao longo da superfície do metal, gerando um fluxo de corrente elétrica que flui das áreas anódicas em direção as áreas catódicas através do eletrólito.

A proteção catódica é um método de controle de corrosão que consiste em transformar a estrutura a proteger no cátodo de uma célula eletroquímica ou eletrolítica. Não pode ser usado em estruturas aéreas em face da necessidade de um eletrólito contínuo, o que não se consegue na atmosfera.

O sistema de proteção catódica galvânica ou por ânodo de sacrifício é aquele que utiliza uma força eletromotriz de natureza galvânica para imprimir a corrente necessária à proteção da estrutura considerada. Esta força eletromotriz resulta da diferença entre o potencial natural do ânodo e o potencial da estrutura que se deseja proteger. É uma grandeza que depende das características do ânodo, do material que compõe a estrutura que se deseja proteger e, de certa forma, do próprio eletrólito.

É usual o emprego deste sistema em instalações marítimas, já que a baixa resistividade da água do mar possibilita uma baixa resistência no circuito de proteção catódica, permitindo a injeção de uma corrente de maior intensidade no sistema.

113


2. PROCESSO CORROSIVO

A corrosão é um processo que ocorre com a deterioração de um material, geralmente metálico, por uma ação química ou eletroquímica do meio ambiente, estando ou não ligada a esforços mecânicos (GENTIL, 2003). Estas transformações produzidas pela corrosão tornam os materiais metálicos ineficientes ao fim a que se destinam, pois afetam a sua durabilidade e desempenho. A maioria dos componentes metálicos deteriora-se com o uso, caso haja exposição a ambientes oxidantes ou corrosivos. Como é impraticável eliminar a corrosão, o segredo de um bom projeto de engenharia, geralmente está nos processos de controle da corrosão. (GEMELLI, 2001).

Desta forma, a proteção interna anticorrosiva do fundo de tanques de armazenamento de petróleo e seus derivados é normalmente realizada de maneira econômica, com uma pintura de excelente qualidade, prolongando-se ao costado até uma altura de 1m, e complementada, caso necessário, por uma proteção catódica galvânica.

A cinética da corrosão refere-se à taxa ou velocidade das reações de corrosão, que definirá o tempo de vida útil do equipamento ou estrutura. Quando a corrosão se processa uniformemente, ensaios de perda de massa podem dar uma indicação da taxa de corrosão. Na Figura 1 estão indicadas algumas curvas representativas de processos corrosivos (GENTIL, RAMANATHAN, DUTRA).

2.1. Taxa de Corrosão

A ação corrosiva da água do mar está relacionada a vários fatores como a concentração de oxigênio dissolvido, o pH do meio, a temperatura e a concentração de sais

114


Figura 1. Variação da perda de massa em função do tipo de produto formado

Oxigênio dissolvido

Inicialmente a taxa de corrosão é elevada, reduzindo com a formação da camada de óxido (barreira na difusão de oxigênio). O aumento da concentração de O2

acelera a corrosão por consumir os elétrons gerados anodicamente de acordo com a equação:

2 H2O + O

2 + 4e- 4 OH-

Não se pode deixar de considerar que pode haver corrosão localizada, principalmente em meios com cloretos ou em altas temperaturas por quebra desta película, não sendo possível, portanto, garantir a passividade em meios com cloretos (DUTRA,1987).

pH

Entre pH 4 e 10, a taxa de corrosão depende da difusão de O2 para a

superfície, já que a taxa depende da concentração de O2, da velocidade e

da temperatura. Como as águas naturais se situam nesta faixa de pH, a velocidade de corrosão pouco varia para diferentes tipos de aços.

Em pH maior que 10 a taxa diminui, já que o Fe se torna passivo em presença de álcalis e oxigênio dissolvido.

Em pH menor que 4 há um aumento na velocidade de corrosão já que há a possibilidade de redução de H+ além de O

2. A difusão de O

2 passa a não ser

115


o fator de controle e sim a facilidade de desprendimento de H2 que depende

da sobretensão. (GENTIL, 2003)

Temperatura

Geralmente acelera a corrosão por haver maior difusão de íons. Pode retardar a corrosão por diminuir a concentração de oxigênio dissolvido.

Sais dissolvidos

Podem acelerar pela ação despolarizante e aumento da condutividade ou retardar pela precipitação de produtos de corrosão, diminuição da solubilidade de oxigênio, ação passivadora.

3. PROTEÇÃO CATÓDICA

A proteção catódica é a técnica que se baseia nos princípios fundamentais da eletroquímica, onde, uma estrutura metálica que precisa ser protegida é transformada pilha artificial, evitando, assim, que a estrutura se oxide, evitando assim sua deterioração (DUTRA, 1987).

Quando uma estrutura se encontra enterrada ou submersa, o processo corrosivo se dá através do aparecimento de áreas anódicas e catódicas ao longo da superfície do metal, gerando um fluxo de corrente elétrica que flui das áreas anódicas em direção as áreas catódicas através do eletrólito.

Para proteger catodicamente uma determinada superfície, é necessário eliminar todas as áreas anódicas, fazendo com que toda a superfície adquira comportamento catódico, ou seja, a proteção é alcançada através do abaixamento do potencial de eletrodo para o domínio de imunidade termodinâmica do ferro, geralmente por corrente impressa ou por proteção galvânica, a um potencial tal que a corrosão possa ser considerada desprezível. Esse domínio pode ser atingido de acordo com o diagrama de Pourbaix ou diagrama de equilíbrio eletroquímico potencial – pH do sistema (Pourbaix, 1974). A figura 2 apresenta um diagrama de equilíbrio do sistema Fe – H2

O.

116


Figura 2. Diagrama de equilíbrio potencial – pH do sistema

Na proteção catódica por corrente impressa, a corrente é fornecida ao sistema através de uma fonte externa, que transforma corrente alternada em corrente contínua. Para que a corrente seja liberada através do eletrólito e atinja a estrutura é necessário que se utilize anodos de sacrifício, que terão sua quantidade e posição determinadas no projeto. Pode-se citar como principais vantagens deste processo o fato da proteção ser aplicada em qualquer tipo de solo, mesmo que este apresente uma alta resistividade e a corrente do sistema ser controlada e, devido a sua capacidade de fornecer correntes elevadas, ser possível proteger estruturas sem revestimento. A principal desvantagem é que este sistema exige manutenção periódica nos equipamentos para verificação de algum dano que possa ter sido causado à fonte.

No caso da proteção catódica galvânica, a corrente é fornecida ao sistema pela diferença de potencial entre o metal a proteger e outro menos nobre que apresente um potencial mais negativo que possa atuar como anodo de sacrifício. O fluxo de corrente passa através do eletrólito, atingindo a estrutura metálica e retornando ao anodo por uma ligação metálica entre este e a estrutura.

As principais vantagens da utilização deste processo são o baixo custo de instalação e manutenção durante toda a sua vida útil e desnecessário fornecimento de corrente externa ao sistema. Como principais desvantagens pode-se citar o fato da corrente fornecida ser limitada pela diferença de

117


potencial existente entre os metais e este tipo de proteção não ser realizado em meios com altas reatividades.

Os fundamentos da proteção catódica são bem conhecidos. Entretanto, a prática ainda constitui um desafio para os engenheiros de projeto. Por exemplo, numa estrutura de geometria complexa tal como uma plataforma offshore, o potencial de polarização nem sempre é o mesmo em toda a superfície. Algumas áreas permanecem subprotegidas, portanto sujeitas à corrosão; enquanto que áreas superprotegidas podem sofrer falhas de material por fragilização pelo hidrogênio. Por outro lado, a interface metal/meio está sujeita a modificações ao longo da vida útil da estrutura, como a formação de depósitos que podem alterar as condições de proteção (GENTIL, DUTRA, RAMANATHAN).

Um dos procedimentos de estudo da proteção catódica consiste no levantamento de curvas de polarização do aço da estrutura no próprio meio de trabalho. Essas curvas indicam a relação entre o potencial de eletrodo e a corrente para uma faixa de potencial que varia das condições de ausência absoluta de proteção até a superproteção. A combinação dos resultados experimentais com o uso de técnicas numérico/computacionais permite verificar o projeto de proteção antes mesmo de sua instalação.

Na água do mar, o valor da densidade de corrente necessário à proteção das estruturas depende de alguns fatores como concentração de oxigênio e formação de barreira calco-magnesiana onde os depósitos de calcário/hidróxido na superfície reduzem a velocidade da reação catódica (MAGALHÃES, 1993). Vários parâmetros interferem na formação dessa camada, como potencial de eletrodo, corrente aplicada, tempo, temperatura, condições de superfície do substrato, velocidade e química da água.

Em tanques de armazenamento, a proteção catódica normalmente é aplicada interna e/ou externamente ao fundo do equipamento. Os tanques de armazenamento de petróleo normalmente apresentam certa quantidade de água salgada no fundo e, portanto, podem receber proteção catódica nessa região. Para outros produtos, a necessidade de proteção catódica é definida em função da existência de água, dos valores de resistividade, das condições de aeração, entre outras.

O tipo de proteção normalmente adotado é a proteção catódica galvânica com anodos de zinco ou alumínio. Anodos de magnésio são utilizados apenas quando o produto armazenado for água doce. A figura 3 representa o interior de um tanque com proteção catódica galvânica.

118


Figura 3: Proteção catódica galvânica no interior de tanques. Distribuição típica de anodos no fundo

do equipamento.

Apenas os tanques montados sobre bases de concreto elevadas e com excelente impermeabilização entre a base e a chaparia do fundo, podem ser considerados isentos de corrosão externamente ao fundo. Desta forma, do ponto de vista econômico, é interessante o emprego de proteção catódica externamente ao fundo do equipamento. O tipo de proteção mais utilizado em tanques enterrados é por corrente impressa (Figura 4).

Figura 4. Esquema de Proteção Catódica de Tanques enterrados

Os potenciais de proteção tradicionalmente considerados em proteção catódica são os seguintes:

• 0,85 V em relação à semicélula Cu/CuS04

• 0,80 V em relação à semicélula Ag/AgCl

Para tanques de grande diâmetro, a maior dificuldade consiste em garantir a proteção externa na parte central do fundo do equipamento. Um critério normalmente adotado é procurar atingir na borda do equipamento,

119


um potencial da ordem de – 1,0 V em relação à semicélula Cu/CuS04. Desta

forma, tenta-se obter o potencial de proteção de – 0,85 V na parte central do equipamento. O ideal, na realidade, é colocar permanentemente um eletrodo de referência na parte central do fundo do equipamento para garantir a obtenção do potencial de proteção nessa região.

Para o caso de embarcações, os eletrodos de referência mais utilizados são os de Prata/Cloreto de Prata (Ag/AgCl) e os de Zinco eletrolítico.

Na Tabela 1 encontram-se os potenciais mínimos de proteção de três diferentes tipos de eletrodos.

Tabela 1. Potenciais de proteção para casco de aço medido em relação diferente tipos de eletrodos de referência.

Eletrodo de Referência

Eletrólito Potencial de Proteção na Água do Mar com Resistividade Elétrica de

20ohm.cm à 20ºC

Ag/AgCl Água do Mar - 0,80 V

Cu/CuS04 (Solução) Água do Mar - 0,85 V

Zinco Água do Mar + 0,25 V

4. CONCLUSÃO

A proteção catódica é uma técnica de combate à corrosão, geralmente utilizada em estruturas submersas ou enterradas, que é eficiente, econômica e garante o estado metálico da estrutura durante sua vida útil. Por este processo, a proteção é alcançada através do abaixamento do potencial de eletrodo para o domínio de imunidade termodinâmica do ferro, isto é, através de polarização catódica, geralmente por corrente impressa ou anodo de sacrifício, a um potencial tal que a corrosão possa ser considerada desprezível.

Os trabalhos mais recentes sobre proteção catódica em água do mar empregam métodos numéricos para determinar com maior precisão a distribuição de densidade de corrente e/ou potencial na superfície da estrutura para um dado posicionamento de anodos.

Na água do mar, o valor da densidade de corrente necessário à proteção das estruturas depende de alguns fatores como concentração de oxigênio

120


e formação de barreira calco-magnesiana onde os depósitos de calcário/hidróxido na superfície reduzem a velocidade da reação catódica. Vários parâmetros interferem na formação dessa camada, como potencial de eletrodo, corrente aplicada, tempo, temperatura, condições de superfície do substrato, velocidade e química da água.

Em tanques de armazenamento, a proteção catódica normalmente é aplicada interna e/ou externamente ao fundo do equipamento. O tipo de proteção normalmente adotado é a proteção catódica galvânica com anodos de zinco ou alumínio. O tipo de proteção mais utilizado em tanques enterrados é por corrente impressa. Deve-se atingir um potencial da ordem de – 1,0 V em relação à semicélula Cu/CuS0

4 na borda do equipamento e um

potencial de proteção de – 0,85 V na parte central do equipamento.


DUTRA, A.C.; NUNES, L.P. Proteção catódica - Técnica de combate à corrosão. Rio de Janeiro: EditoraTécnica, 1987.

GENTIL, V. Corrosão, Rio de Janeiro: Editora Guanabara Dois, 2003.

MAGALHÃES, M.L.M. Estudo de Parâmetros eletroquímicos relativos à formação de camadas calco-magnesianas na proteção catódica em água do mar. Engenharia Metalúrgica e de Materiais, COPPE UFRJ,Rio de Janeiro, 1993.

POURBAIX, M. Lições de Corrosão Eletroquímica. 3ª ed. Bruxelas: CEBELCOR, 1987.

GEMELLI, E. Corrosão de Materiais Metálicos e Sua Caracterização. Rio de Janeiro. Editora LTC, 2001.

RAMANATHAN, L. V. Corrosão e Seu Controle. São Paulo. Editora Hemus, 2004.

RESUMOS DE TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO

122


Curso de Arquitetura e Urbanismo (2012.1)

CENTRO CULTURAL DE DANÇA

Carla PenafielMirian Keiko Ito Rovo de Souza Lima (orientador)

Resumo: O trabalho consiste em um projeto arquitetônico para um centro de dança a ser localizado no bairro da Lapa, Rio de Janeiro. O principal objetivo do centro é proporcionar espaços adequados à prática, ensino e apreciação da dança, promovendo interação, convívio social e desenvolvimento pessoal. O espaço foi pensado para os interessados na dança, independente da idade, limitações físicas ou classes sociais. Para a localização do CCD foi escolhido o bairro da Lapa por ser uma área central da cidade, portanto de fácil acesso, e por ser uma localidade que apresenta vocação para programas educacionais e culturais. O sítio com 5,580 m² acomoda os três setores do complexo: o setor de ensino (salas de aula e oficinas), o setor de apoio (administração, professores e serviço) e o setor público (teatro com dupla boca de cena uma delas voltada para uma praça interna). O grande desafio do projeto foi acomodar os setores em um terreno irregular e com três testadas, sendo a maior delas voltada para a Rua dos Arcos. Optou-se por uma implantação em forma de zigue-zague, acompanhando o formato do terreno. Localizou-se o setor de ensino junto a Rua do Lavradio pelo acesso e visibilidade privilegiados. Na outra extremidade posicionou-se o teatro/auditório por melhor se integrar a equipamentos de médio porte e atividades afins como o Circo Voador e a Fundição Progresso. Na área central do terreno, em sua parte mais estreita, ficou localizado o setor de apoio e a praça para onde se volta uma das bocas de cena do teatro/auditório. Com a localização estratégica desta praça objetiva-se a integração dos setores e de se criar oportunidades para a integração e convívio tanto dos usuários diretos quanto os visitantes que podem se sentir invitados a conhecer o centro de dança. Foi dada especial atenção ao setor educacional cujos blocos em forma de L proporcionaram uma área comum onde foram localizados o acesso principal e as principais circulações (verticais e horizontais). Um sistema de cobertura em estrutura metálica e painéis de vidros “low-e” e fotovoltáicos une os diversos blocos proporcionando leveza, movimento e unidade ao centro de dança. Palavras-chave: Arquitetura para a dança, Centro Cultural, Lapa

123


Perspectiva geral do CCD, Rua dos Arcos, Lapa

Planta Baixa do Térreo Vista do setor educacional

HANDY HOUSE: A CASA MODULAR SUSTENTÁVEL

Maria de Fátima SequeirosMirian Keiko Ito Rovo de Souza Lima (orientador)

Resumo: O presente trabalho de conclusão de curso traz como proposta a elaboração de um projeto de arquitetura de uma residência unifamiliar sustentável a partir dos conceitos da pré-fabricação e modulação. Abordando a questão do método construtivo, a pré-fabricação é um sistema que permite a produção em larga escala e que barateia os custos, tornando assim a habitação mais acessível ao grande público. A pré-fabricação tem a vantagem de reduzir os desperdícios presentes na técnica da construção civil brasileira convencional. A proposta da Handy House-Casa Modular é tornar acessível uma casa feita sob análise de todos os aspectos arquitetônicos:

Perspectiva geral do CCD Rua dos Arcos Lapa

Planta Baixa do Térreo Vista do setor educacional

124


com boas soluções de conforto ambiental, formal e estética, economicamente viável, ambientalmente correta e de rápida e fácil execução. O sistema construtivo modular permite a flexibilidade de aumento e modificação da residência, de acordo com a necessidade do cliente e/ou do terreno escolhido. O sistema construtivo adotado – módulos pré-fabricados na modulação de 2,50m x 1,50m é realizado em linhas de montagem, e pode demorar de dez dias a seis meses, dependendo do grau de dificuldade da construção. O sistema de fechamento se faz através de painéis estruturais duplos. São painéis de alta performance de construção utilizados em pisos, paredes e telhados residenciais e edifícios comerciais. Os painéis são feitos a partir da combinação de um núcleo de isolamento (Lã de Vidro) com os painéis de madeira e estrutura de aço leve. O transporte das placas é feito por meio de transportadoras até o local da obra e montado com maquinário pesado: as gruas. A parte estrutural do projeto fica a cargo da estrutura metálica, medida essa que permite a flexibilidade do projeto e permite também a adequação do projeto aos diversos tipos de terreno, facilitando ainda no transporte e armazenamento.

Palavras-chave: Casa Modular, Pré-fabricação, Arquitetura sustentável.

Planta Baixa, perspectiva e detalhes dos painéis modulares.

Planta Baixa, perspectiva e detalhes dos painéis

125


LABORATÓRIO TEMPORAL PARA INCENTIVOS CULTURAIS

Carolina Xavier Neves PereiraLídia Quieto Viana (orientador)

Resumo: Este projeto tem como proposta criar um espaço coberto para a realização de eventos culturais sintetizando e abrangendo as manifestações que já ocorrem hoje no local. Locado na região da Lapa, local que faz limite com os bairros da Cinelândia, de Santa Teresa, e do Centro. Nesses locais existem museus, casas culturais, centros de exposição,... O laboratório atenderá aos usuários que estejam interessados em concentrar e trocar ideias. A paisagem urbana não será agredida e por estar locado em um terreno com u bem tombado arruinado a principal preocupação plástica será não interferir na visibilidade da ruína. Outro objetivo do projeto é interferir na percepção de espaço público, ao criar uma extensão da rua neste local, potencializando o direito de ir e vir.

Vista ExteriorVista Exterior

Visão esquemáticada intervenção

126


Vista Interna

REINTRODUÇÃO DO BONDE E RESGATE TURÍSTICO DA FLORESTA DA TIJUCA

Caruline MezzavillaPaulo Aguiar (orientador) .

Resumo: O projeto visa a recuperação do uso do bonde como meio de transporte para moradores e turistas da região da Floresta da Tijuca, reintroduzindo este tradicional meio de transporte da cidade do Rio de Janeiro, com base em estudos realizados na fase e fundamentação do projeto.

A proposta visa explorar o bonde não somente como novo atrativo para incentivar a visitação deste ponto turístico da cidade, mais também ampliar as alternativas de transportes no bairro adotando um modal ambientalmente menos impactante e adequado às características locais.

O projeto compreende a reimplantação do antigo ramal ferroviário de bondes ao longo da Est. Velha da Tijuca construção de um novo terminal intermodal no Lg. De São Camilo de Lelis, no bairro da Usina, a reforma de pequenas praças, a qualificação da área verde localizada em Águas Férreas, como local de lazer além da reforma da Pç. Afonso Viseu localizada no Alto da Boa Vista, entrada da Floresta da Tijuca.

Palavras Chave: Reintrodução do bonde, Turismo, Floresta da Tijuca

Vista Interna

127


Vista geral da área de intervençãoVista geral da área de intervenção

128


129


Estação Intermodal de Lg. De S. Francisco de LellisEstação Intermodal de Lg De S Francisco de Lellis

Praça

130


Praça de Lazer

Estação de Integração ônibus/bondeEstação de Integração ônibus/bonde

Praça de Lazer

131


Praça de LazerPraça de Lazer

132


Pç. Afonso ViseuPç Afonso Viseu

133


Vista parcial da Pç. Afonso Viseu

PARQUE PÚBLICO FIRMINO AGUIAR DA COSTA

Jasmine da Costa BarbosaPaulo Aguiar (orientador)

Resumo: Parques urbanos têm sido criados em todo o mundo desde o século XVIII, com objetivo de amenizar os problemas sociais e ambientais citadinos gerados pelo crescimento urbano desordenado. Esses espaços urbanos adquiriram vários significados ao longo de sua existência - entre eles espaço de conflitos, conservação e lazer - alguns dos quais permitiram tanto a disseminação, quanto a inviabilização desse uso para compor o mosaico urbano.

Perante isso, o presente projeto tem como objetivo revitalizar o Parque de Exposição de Paraíba do Sul, que atualmente se encontra subutilizado. Para isso, será proposto um novo uso (não somente para a realização deste evento), utilizando equipamentos e arquitetura moderna, com o intuito de tornar o ambiente atrativo e agradável além de propício para a realização de diversas atividades que fazem parte do calendário da cidade.

Palavras Chave: Parque de Exposições; Paraíba do Sul; Arquitetura Efêmera

Vista parcial da Pç Afonso Viseu

134


Planta de Setorização GeralPlanta de Setorização Geral

135


Planta de SituaçãoPlanta de Situação

136


Planta de PavimentaçãoPlanta de Pavimentação

137


Vistas do Pórtico de EntradaVistas do Pórtico de Entrada

138


Implantação da Montagem para Exposição Implantação da Montagem para Exposição

139


Vista Gerais do Parque de ExposiçõesVista Gerais do Parque de Exposições

140


NOVO TERMINAL RODOVIÁRIO PARA MACAÉ, RJ.

Juliana Dutra Silva BarbosaWilliam Bittar (orientador)

Resumo: Este trabalho apresenta estudos preliminares de um projeto arquitetônico para o novo terminal rodoviário para a cidade de Macaé, município que vem apresentando acelerado crescimento populacional e econômico, principalmente decorrente da instalação de grandes empresas petrolíferas na região.

A atual rodoviária encontra-se aquém desta nova demanda, apresentando suas instalações precárias e obsoletas, não atendendo às reais necessidades da população local e flutuante.

Além dos estudos fundamentais necessários para o projeto, a proposta inclui diferenciais relevantes, incorporando novas tecnologias, buscando um espaço adequado aos usuários com acomodações confortáveis e com acesso universal, buscando integração direta aos diferentes meios de transportes de acesso à cidade.

Diante da complexidade do tema, se fez necessário analisar o contexto urbano, uma vez que a cidade é o local de transferência entre uma viagem urbana e interurbana e o edifício não pode ser visto isoladamente. Também se considerou sua inserção na cidade, observando-se as vias de acesso, os meios de transporte local e entorno, previsão do número de usuários e a possibilidade de expansão.

Considerando-se que a função adequada de um terminal rodoviário é atender a necessidade daqueles que estão em deslocamento, o projeto contempla uma adequada estrutura física de prestação de serviços aos usuários. Além disso, promove uma adaptação às mudanças rápidas e radicais impostas pelo crescimento da indústria de Petróleo, provocando o aumento populacional que a cidade de Macaé vem apresentando, em curto período.

O partido adotado privilegiou a concepção estrutural responsável por a sustentação de uma cobertura única, que abrange todo o complexo composto pelo setor operacional e serviços aos usuários.

Os pilares ramificados, com alturas diferenciadas, proporcionam uma ondulação do elemento de cobertura, gerando movimento, abrindo vãos para ventilação cruzada e possibilitando iluminação natural, além dos efeitos estéticos desejáveis pelo jogo de luz e sombra. Os corpos dos pilares podem funcionar como coletores das águas pluviais, direcionadas para um reservatório secundário, que será utilizado para finalidades específicas.

141


A diferença entre os níveis de cobertura facilita a ventilação cruzada, aproveitando o potencial eólico da região, minimizando a utilização de equipamentos e reduzindo o custo energético.

Em relação à setorização, houve uma hierarquização dos elementos do programa, procurando concentrar atividades afins, agilizando os percursos dos usuários e os serviços operacionais.

Deve ser registrada a preocupação fundamental na disposição dos fluxos dos veículos e passageiros, evitando cruzamentos inadequados e indesejáveis.

O resultado plástico obtido foi produto da inter-relação das soluções desenvolvidas, buscando-se a resolução dos aspectos técnicos e funcionais porém constituindo-se num marco visual atrativo para um município em franco desenvolvimento.

Palavras Chave: Terminal, Rodoviária, Macaé

142


Planta de Situação e FluxosPlanta de Situação e Fluxos

143


Vista interna das baias de embarqueVista interna das baias de embarque

Vista Geral da Implantação

USO E APROPRIAÇÃO DE ESPAÇOS PÚBLICOS: ESTUDO DE CASO DA PRAÇA SÃO SALVADOR

Roberto de Assumpção RiosPaulo Aguiar (orientador)

Resumo: Este é um trabalho de pesquisa sobre o uso e apropriação de espaços públicos, incentivado pelo meu questionamento pessoal relativo acerca dos fatores que influenciam no modo como o cidadão ocupa e utiliza o ambiente da cidade.

Vista Geral da Implantação

144


O objetivo da monografia foi analisar, adotando como estudo de caso da Praça São Salvador, as diversas práticas de uso e apropriação do espaço público da cidade. O estudo dessa Praça já ocupada e consolidada permitiu uma reflexão sobre a qualidade e o desempenho de suas propostas originais de uso, para que assim fosse possível propor futuras transformações neste e em outros espaços com esta mesma tipologia.

A metodologia adotada foi a observação direta através da pesquisa de campo na Praça São Salvador, tomando como base teórica uma ampla revisão bibliografia de alguns autores clássicos que já trabalharam este tema.

A apropriação dos espaços públicos pode ser entendida como um processo constante e natural de atuação e identificação do usuário com o ambiente vivenciado, questão desdobrada ao longo do desenvolvimento da análise da Praça. O uso de um espaço público depende principalmente do comportamento dos indivíduos que atuam em seu espaço, seus motivos e intenções.

Palavras Chave: Apropriação de espaços públicos, Usos e apropriação das praças, Praça São Salvador

145


Localização da Pç. São SalvadorLocalização da Pç São Salvador

146


Foto de 1888 do Largo do MachadoFoto de 1888 do Largo do Machado

Evolução da Pç. São SalvadorEvolução da Pç São Salvador

147


Mapa das práticas de uso na Pç. S. SalvadorMapa das práticas de uso na Pç S Salvador

148


Práticas de uso na Pç. S. SalvadorPráticas de uso na Pç S Salvador

Práticas de uso na Pç. S. SalvadorPráticas de uso na Pç. S. Salvador

149


Práticas de uso na Pç. S. SalvadorPráticas de uso na Pç. S. Salvador

150


Curso de Engenharia de Elétrica (2011.2)

COMPENSADOR ESTÁTICO DE REATIVOS

Bruno S. Moreira MendesOdailton N. de OliveiraJoão Carlos de Oliveira Aires (orientador)

Resumo: Os compensadores estáticos de reativos (CER) são dispositivos cada vez mais utilizados no mundo para o controle da tensão nos grandes sistemas de transmissão de energia elétrica. Pela sua f lexibilidade e velocidade de atuação está inserido no contexto dos FACTS (Flexible A. C. Transmission Systems) que atuam no sentido de melhorar a performance dos sistemas. O trabalho aborda os compensadores estáticos shunt, suas características e desempenho operacional bem como a forma de utilização no Sistema Interligado Nacional (SIN).

Para ilustrar a utilização no SIN são apresentados, no estudo de caso, exemplos de utilização de CER em vários pontos do sistema, avaliando o seu desempenho no sistema em regime permanente, bem como é apresentado um levantamento dos dispositivos existentes e da previsão de instalação de novas unidades no Plano de 2020 da Empresa de Pesquisas Energéticas (EPE).

Palavras-chave: Compensador estático, Controle de tensão e Estabilidade.

ANÁLISE E MODELAGEM DE UM GERADOR DE OZÔNIO PARA TRATAMENTO DE EFLUENTE DOMICILIAR

Fábio Coelho AraujoSergio Luiz Fernandes (orientador)

Resumo: Este trabalho propõe a análise e modelagem de um gerador de ozônio com um pulso de mudança de fase modulação por largura (PWM) inversor ponte completa como uma fonte de alimentação. O circuito operação é descrito na íntegra. O transformador de alta freqüência e modelos matemáticos gerador de ozônio também são incluídos para preliminarmente o cálculo de tensões e correntes instantâneas. A vantagem do sistema proposto é uma capacidade variar a quantidade de ozônio, a produção de gás, variando a freqüência do conversor, enquanto a tensão aplicada à

151


eletrodos é mantida constante. A justeza da proposta técnica é verificada por resultados experimentais.

Palavras–chave: Eletrônica, Eletrônica de Potência, Meio ambiente, custo.

MÓDULO DE CONTROLE COMANDADO POR VOZ VIA “WIRELESS”

Marcos Paulo Ribeiro GordilhoMaycon Oliveira Castelo de SáJosé Octávio Ribeiro Pinto Guimarães (orientador)

Resumo: O presente trabalho tem como objetivo apresentar conceitos sobre a automação comandada por voz via wireless, realizando uma profunda análise e pesquisa no que diz respeito ao módulo de comando acionado por voz, seus tipos, e possíveis utilizações. 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. Bem como na melhoria de qualidade de vida de idosos e portadores de deficiências físicas. Mostrar que estes dispositivos já podem ser utilizados em diversas aplicações, visto que existe a possibilidade de adaptação deste módulo as mais diversas aplicações em automação residencial e que é possível ser criado um projeto para atender a cada perfil de usuário, com as mais diversas deficiências físicas, neurológicas e visuais. Este trabalho também tem uma visão holística quantos aos aspectos referentes ao meio ambiente, segurança, saúde, principalmente 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. O trabalho irá explanar com relação à interatividade, que uma residência moderna pode ter com os idosos e portadores de deficiência, melhorando assim a qualidade de vida e saúde do indivíduo.

Palavras-chave: Automação, comando por voz, deficiência física, “wireless”.

152


PROJETO DE REDE SEM FIO 802.11N NA UGF - CAMPUS PIEDADE

Carlos José dos Santos AzevedoLeandro dos Santos LimaAntônio Dias de Macedo Filho (orientador).

Resumo: O presente trabalho tem como objetivo oferecer à Universidade Gama Filho uma alternativa tecnológica para melhorar a cobertura e a capacidade de sua rede sem fio, adotando o mais recente padrão de redes sem fio.

As redes IEEE 802.11n fornecem ganhos de capacidade e velocidade são extremamente vantajosos em relação aos padrões anteriores, principalmente através do uso da tecnologia MIMO (Múltiplas Entradas – Múltiplas Saídas).

Características da tecnologia MIMO, como multiplexação espacial, transmissão em forma de feixe e junção de canais, entre outras, são fundamentais para que estas vantagens sejam alcançadas. Além disso, o grande facilitador para a sua adoção é a interoperabilidade com dispositivos legados, o que confere compatibilidade com os dispositivos móveis dos padrões anteriores.

Além das redes IEEE 802.11n, a tecnologia MIMO é aplicada a todos os novos padrões de comunicações móveis, já que, através das suas técnicas, são alcançadas altas taxas de transferência de dados.

E ainda, mostrar através de testes de campo as deficiências de cobertura, a influencia da interferência sobre a rede existente e o projeto com sugestões de melhoria para a rede com o novo padrão e melhoria da cobertura existente com novos pontos de acesso.

Palavras-chave: redes sem fio, MIMO, “WiFi”, 802.11n

PLANEJAMENTO DE UMA “WLAN” PARA OS PRÉDIOS SD E AR DO CAMPUS PIEDADE DA UGF

Marcos da Costa CarneiroRenan Candido de FriasRogério Moreira Lima Silva (orientador)

Resumo: Nos últimos anos tem-se observado um crescimento explosivo na utilização de redes de acesso local sem fio, conhecida como WLAN (Wireless Local Area Network), estas redes se utilizam de equipamentos com nível de radiação restrito operando em bandas de frequência livre para utilização,

153


não sendo necessária liberação por parte do órgão gerenciador do espectro de rádio frequência, no caso do Brasil, a Anatel.

Este tipo de ferramenta é de grande importância para difusão e universalização do conhecimento, pois, permite o acesso a rede mundial de computadores de maneira simples e ágil, sem a necessidade de acesso ao um ponto fixo de rede.

Atualmente na Universidade Gama Filho, campus Piedade, utiliza um sistema de redes sem fio com cobertura limitada. Esta rede wireless tem como objetivo gerar acesso a internet sem deixar de lado a mobilidade e conforto que o sistema trás. Os estudos sobre esta tecnologia indicam muitas formas e configurações para a implementação de uma rede wireless.

Neste trabalho será feito o planejamento da rede Wi-Fi para os prédios SD e AR, do campus piedade da Universidade Gama Filho.

Palavras-chave: “WLAN”, “Wi-Fi”, Padrão 802.11

INSTALAÇÃO DE UMA ESTAÇÃO RADIOAMADORA NA UGF

Leandro Pujol RochaAntonio Dias de Macedo Filho (orientador).

Resumo: Desde o advento da comunicação via rádio, o ser humano vem se aprimorando neste invento e cada vez mais buscado novas maneiras de se comunicar. O radioamadorismo é uma delas. Criado sem fins comerciais, os radioamadores tem contribuído em muito com sua inventividade, para o desenvolvimento dessa atividade.

O Objetivo desse trabalho é realizar um estudo básico sobre propagação voltado para o radioamadorismo. Serão abordados temas como, comunicação por onda direta, utilização do software Echolink e comunicação via Satélite.

Tomando-se por base esse estudo, é proposta a instalação de uma estação rádio base na Universidade Gama Filho cujo propósito é para fins didáticos. O aluno, com auxílio de seus professores, poderá visualizar diversos conceitos de telecomunicações.

Neste projeto está incluída a localização da estação, o material necessário e os custos desse projeto.

Palavras-chave: Propagação, VHF/UHF, Satélite, Metodologia.

154


UTILIZAÇAO DA TECNOLOGIA SDH COM INTERFACE “ETHERNET” INTERLIGANDO OS CAMPUS DA UGF

Leonardo Abaz de MendonçaRodrigo Faria lima da SilvaRogério Moreira Lima da Silva (orientador).

Resumo: Neste trabalho, se estuda a tecnologia SDH e seus princípios básicos, seguidamente será abordado o assunto Ethernet Óptica e, finalmente, a junção dessas duas tecnologias. Essa junção está revitalizando a tecnologia SDH e aumentando o seu campo de aplicação, ao aliar as vantagens de uma tecnologia destinada às redes de dados com outra destinada às redes de transporte, maximizando a confiabilidade da rede e minimização de custos. A Ethernet sobre SDH se refere a uma série de protocolos que permitem que o tráfego ethernet seja carregado nos containers do SDH de uma forma bastante eficiente e flexível, aproveitando as infra-estruturas SDH existentes nas redes das operadoras. Utilizando todo conteúdo apresentado, é proposto um projeto de transmissão visando à implantação de um anel SDH interligando os campus da UGF (Candelária, Piedade e Downtown) e, posteriormente um link de transmissão com taxa de 1 Gbit/s entre os campus citados, visando uma melhor comunicação e compartilhamento de pesquisas com o objetivo de exemplificar a especificação de um equipamento que se adequaria ao projeto.

Palavras Chave: “Ethernet”, SDH, Fibra Ótica.

SUPER VELOCIDADE EM BANDA LARGA MÓVEL E REDES “ALL-IP” COM O LTE

Carolina R. de Freitas AlvesLeonardo Henrique G. F. da Silva (orientador).

Resumo: Este trabalho tem como objetivo geral apresentar a nova tecnologia, estudar os benefícios e ônus obtidos com o conceito estrutural proposto pelo LTE e evidenciar o contraste entre essa e as tecnologias anteriores, como GSM/GPRS e UMTS/HSPA, com enfoque em suas arquiteturas, sintetizando os resultados encontrados num trabalho monográfico. Será estudada a abordagem do LTE aos serviços básicos e serviços de valor agregado, o tratamento ao user plane e control plane e o apresentar o emprego destes à uma arquitetura “all-IP”.

Palavras chave: “All-IP”, banda larga móvel, multimídia

155


RECUPERAÇÃO DE DESASTRES: SOLUÇÃO EMERGENCIAL DE ENLACE SATÉLITE PARA INTERFACE ABIS

Carlos A. Soares da SilvaJoão Felipe Fuly SilvaAntonio Dias de Macedo Filho (orientador).

Resumo: Este trabalho tem como objetivo apresentar uma forma de recuperação das comunicações em caso de desastre seja de origem humana ou natural, em sistemas GSM 2G utilizando a interface Abis como forma de comunicação entre a “Base Station Controller” (BSC) e a “Base Transceiver Station” (BTS).

Recentemente os desastres naturais têm sido cada vez mais severos e freqüentes. Desta forma, tem-se estudado diversas formas de minimizar os danos às comunicações causados por estes fenômenos. Porém, dependendo da intensidade do evento, mesmo com todas as medidas de prevenção se faz necessário a utilização de medidas emergenciais para evitar maiores interrupções no sistema.

Mesmo nas regiões onde tais desastres naturais são mais incomuns, interrupções podem surgir à partir de falhas humanas,portanto, em países como o Brasil, onde há órgãos reguladores, o tempo de recuperação das comunicações pode representar uma economia em multas por demora no reparo de tais sistemas.

O alvo deste estudo será a interface Abis, que é a conexão entre a “Base Station Controller” (BTS), equipamento responsável pela conexão em radiofreqüência entre o terminal do cliente e a rede “Global System for Mobile Communications” (GSM), e a “Base Station Controller” (BSC), unidade responsável pela “inteligência” da “Base Station Controller” (BTS) e a conexão final na rede “Global System for Mobile Communications” (GSM).

Desta forma, este trabalho tem como objetivo mostrar a viabilidade de uso de enlace satélite na interface Abis como forma de recuperação emergencial em caso de interrupções.

Palavras-chave: Satélite, “GSM”, Abis.

156


APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE ATERRAMENTO E FILTRAGEM EM MODERNIZAÇÃO DE ELEVADORES

Ivo José de Castro JuniorJosé Octavio R. P. Guimarães (orientador).

Resumo: Falhas intermitentes e danos em módulos eletrônicos são constantes em obras de modernização de elevadores, o motivo desse problema reside no fato de que a estrutura presente em loco, utilizada pelo comando a ser substituído, geralmente não dispõe de um bom aterramento ou dispositivos eficientes de atenuação de correntes harmônicas.

A razão da ausência dessas proteções é a relativa imunidade de comandos a relé a esse tipo de ruído, mas com a implantação de um comando microprocessado, com controle de potência via inversor de frequência, surge a possibilidade de se implementar algum tipo de medida preventiva em relação a esse fenômenos.

Esse projeto propõe o estudo do efeito das harmônicas gerado durante a operação de um quadro modernizado e o desenvolvimento de um filtro capaz de atenuar esse efeito.

Palavras-chave: Aterramento. Filtros. Harmônicas.

CÁLCULO DE PARÂMETROS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO

Luiz Antônio de Oliveira RibeiroMarcos Paulo RibeiroJoão Carlos de Oliveira Aires (orientador).

Resumo: Com o crescimento da economia do país, é inevitável que novas cargas sejam ligadas ao sistema interligado brasileiro, inf luenciando diretamente o fluxo de potência dos sistemas de transmissão. Para viabilizar o estudo e o planejamento de novos sistemas que atendam às demandas atuais e futuras é preciso realizar uma análise do sistema elétrico como um todo, analisando a geração, transmissão e a distribuição de energia. Apesar da abordagem mais completa do sistema elétrico será dada ênfase ao estudo das linhas de transmissão. O cálculo dos parâmetros para a simulação das linhas de transmissão é uma parte importante não só para o projeto adequado de linhas novas, mas como para a correta avaliação no caso de reforços.

157


Com a tendência de se transmitir energia com valores de tensão cada vez mais elevados para diminuir as perdas, o objetivo básico volta-se para os aspectos elétricos fundamentais para o cálculo dos parâmetros de uma linha de transmissão correspondentes às características elétricas, dimensões e espaçamento dos condutores.

Será apresentada uma breve descrição das rotinas usadas pelos programas ATP e RLC utilizados para o cálculo dos parâmetros de linhas de transmissão, que permitirá aprofundar os estudos e analisar os resultados de projeto de uma linha de transmissão.

Palavras-chave: Parâmetros elétricos, Linhas de Transmissão, Sistemas.

SURTO TRANSITÓRIO EM INSTALAÇÕES DE BAIXA TENSÃO

Leonardo Ribeiro OliveiraJoão Carlos de Oliveira Aires (orientador).

Resumo: O estudo de surtos transitórios é de grande importância para os sistemas de transmissão e distribuição, pois possibilita a análise de perturbações que normalmente acontecem nas redes elétricas, mais conhecidas como surtos ou sobretensões transitórias. Este trabalho teve como objetivo analisar o desempenho das linhas urbanas frente aos surtos transitórios, mais especificamente descargas atmosféricas diretas, por se tratar de um fenômeno freqüente em linhas onde a rede de 13,8kV está em um nível mais alto que as construções ao seu redor facilitando a captação dos raios. A análise feita foi da instalação da rede urbana de distribuição, onde os pára-raios de proteção contra os surtos estão instalados somente no primário dos transformadores e estes limitam a tensão de pico, que pode chegar a mais de 1.000kV, a níveis de suportabilidade de 95kV. Apesar desta limitação de tensão na rede de 13,8kV, ainda assim a transferência de tensão do primário para o secundário do transformador alcança níveis elevados, podendo chegar a 5kV dependendo das características do transformador, da distância da carga e do nível de tensão do raio. Após as análises feitas no software ATPDraw verificou-se as seguintes vantagens dos pára-raios instalados tanto no primário quanto no secundário dos transformadores urbanos:

• Maior proteção dos aparelhos ligados à instalação, devido à proteção nos dois lados do transformador de distribuição (primário e secundário), pois

158


com o pára-raios apenas no primário, verificou-se a transferência da tensão de descarga através do transformador afetando as cargas ligadas no secundário, impondo níveis elevados de suportabilidade.

• A instalação no primário do transformador tem por objetivo a proteção do mesmo e da linha, enquanto a instalação do secundário tem por finalidade a proteção das cargas reduzindo as queimas por surtos transitórios.

• Equipamentos com grande sensibilidade que requerem maior nível de cuidados estarão mais bem protegidos se instalados com proteções individuais (pára-raios ZnO, comumente chamado de pára-raios eletrônicos) e estabilizadores.

Pode-se concluir que os pára-raios instalados também no secundário protegerão as cargas desde que seja dimensionado para limitar a tensão em no máximo 500V, pois a maioria dos aparelhos suportam este nível de sobretensão, reduzindo assim o pagamento de indenizações por parte das concessionárias de energia aos consumidores por queima de eletro-eletrônicos.

SELETIVIDADE, COORDENAÇÃO E PROTEÇÃO EM REDE DE DISTRIBUIÇÃO EM BAIXA TENSÃO.

Claudio VieiraWellington Batista SilvaJoão Carlos de O. Aires (orientador).

Resumo: O presente trabalho tem como objetivo principal estudar os conceitos teóricos, normas, nomenclaturas, fórmulas matemáticas e análise de curvas de energia, I2.t, que envolva a seletividade, coordenação e proteção em rede de distribuição de baixa tensão. O principal dispositivo de proteção apresentado neste artigo é relé acoplado ao disjuntor. O comprometimento de um projeto elétrico propõe uma análise e um cuidadoso dimensionamento para reduzir os efeitos de falhas como: sobrecarga, curto-circuito e corrente residual sobre um sistema de distribuição. Um projeto dimensionado de forma correta, que caso ocorra falha e/ou distúrbios na rede elétrica, deve ser suficiente para garantir a integridade do sistema, evitar propagação de arco elétrico para o meio, eliminar riscos à vida e manter equipamentos intactos. O estudo de seletividade e coordenação permite, principalmente, identificar e rapidamente isolar o ponto ou zona de falha garantindo a continuidade do restante do sistema elétrico envolvido.

Palavras-chave: Seletividade, Proteção e Coordenação, Rede de Distribuição.

159


GERAÇÃO EÓLICA E FOTOVOLTAICA INTERLIGADA A UM SISTEMA DE BAIXA TENSÃO

Adriano Diogo CabralAmanda de Araujo Costa CastroJoão Carlos de Oliveira Aires (orientador).

Resumo: Este artigo tem como objetivo apresentar um sistema de geração eólica e fotovoltaica interligada ao sistema de baixa tensão e sua regulamentação. Desenvolveu-se o processo de regulamentação brasileiro para a mini e microgeração de energia, que teve início com uma audiência publica para buscar opiniões sobre os parâmetros para esta regulamentação. Finalmente, será apresentado o projeto de um sistema de microgeração, mostrando a viabilidade de obter energia elétrica, a partir de energia eólica e solar fotovoltaica.

Palavras-chave: Geração Distribuída, Energia Eólica, Energia Solar Fotovoltaica.

GERAÇÃO EÓLICA, MONTAGEM E OPERAÇÃO DE UM PEQUENO GERADOR EÓLICO

Carlos José Pereira MoreiraLeandro de Carvalho AbreuJoão Carlos de Oliveira Aires (orientador).

Resumo: Atualmente, a principal fonte geradora de energia elétrica no Brasil são as hidrelétricas. Contudo, embora o país em questão seja rico em recursos hídricos, estes não são infinitos e, por isso, é necessário priorizar o aprofundamento de pesquisas acerca de fontes energéticas que sirvam como alternativa sustentável e estratégica, visto que as fontes já existentes demandam um custo ambiental altíssimo que se intensifica, dia a dia, com o crescimento populacional e o avanço tecnológico em nossa nação.

O tema central desse TCC ficou, portanto, definido como a geração, a formação e o funcionamento de aerogeradores, bem como a análise das diversas formas de aproveitamento da força motriz que os move, conhecida como ventos. Assim, com base nessa diretriz temática, após contextualizar o assunto estudado por meio de breves explicações históricas, abordaram-se questões concernentes ao principal objetivo do presente projeto, que consiste na construção de um aerogerador de pequeno porte capaz de possibilitar

160


um alto rendimento aerodinâmico, gerando energia elétrica mesmo a ventos de baixa velocidade.

A despeito das dificuldades encontradas ao longo do desenvolvimento deste projeto, o mesmo foi concretizado com grande êxito e, para que os resultados desta pesquisa possam ser verificados e aprofundados, será relatado, neste artigo, o processo de desenvolvimento e de testes do mesmo.

Palavras-chave: Energia Alternativa, Aerogeradores, Energia eólica.

PLANTA COMERCIAL EFICIENTE

Claudio dos A. F. AndradeJefferson de O. S. BrasilJoão Carlos de Oliveira Aires (orientador).

Resumo: O presente artigo tem por finalidade apresentar resultados referentes à aplicação de medidas de eficiência energética em uma planta elétrica comercial a fim de comprovar a viabilidade econômica e a eficácia de tais medidas. O foco principal é a redução do consumo de energia elétrica para com isso reduzir os custos da instalação e ao mesmo tempo contribuir para a preservação do meio ambiente. Dentre as diversas técnicas e conceitos conhecidos de eficiência energética, nesse trabalho, foram utilizados os considerados mais simples e de fácil implantação.

Palavras-chave: Planta Comercial, Eficiência Energética, Geração Distribuída.

SISTEMA DIGITAL DE CALIBRAÇÃO DA POTÊNCIA TÉRMICA DO REATOR DE ANGRA 2

Felipe PontesLuís Augusto M. da SilvaSérgio Luiz Fernandes (orientador).

Resumo: O projeto foi idealizado com a construção de um voltímetro duplo utilizando o mi-crocontrolador PIC16F877A, capaz de realizar duas leituras analógicas, com duas entradas independentes e ambas operando em escala única. São realizadas 10 leituras de cada sinal e o próprio microcontrolador

161


calcula a média e a razão entre elas, dando maior precisão as leituras de entrada. O resultado da média e o cálculo do fator entre as duas leituras são apresentados em display, agilizando o processo da calibração da potência térmica do reator de Angra 2, uma vez que o mesmo é realizado com dois voltímetros independentes sem cálculo de média e o fator extraído em calculadora, enquanto os sinais oscilam de valor. Com a criação de um instrumento de fácil utilização o técnico será capaz de realizar tal calibração em menor tempo, com maior precisão e menos repetições, tendo em vista a metodologia atual de calibração. Auxiliando assim, de forma mais significativa, a física de reatores da usina de Angra 2 no ajuste do controle da potência térmica do reator.

Palavras-chave: Microcontrolador, Calibração, Reator

PROJETO DE UM NOVO OXÍMETRO ELETRÔNICO PORTÁTIL

Gelber Lúcio do AmaralWandeval Gomes de SouzaMarcelo de Almeida Duarte (orientador).

Resumo: Este trabalho tem por objetivo descrever os aprimoramentos efetuados no equipamento médico oxímetro, projetado originalmente por Medeiros et al. (2008), que tornaram possível o seu funcionamento adequado. O equipamento traz informações relevantes sobre a saturação do sangue e os batimentos cardíacos apresentadas em um display de LCD, trazendo a possibilidade de monitoramento dos parâmetros por intermédio de um computador. Esse novo projeto possibilitou, também, a redução dos custos em relação ao projeto original, sendo a sua principal contribuição, a melhoria na etapa de sensoriamento do aparelho. Esse trabalho apresenta os princípios básicos do funcionamento de um oxímetro, além dos detalhes das adaptações e melhorias realizadas no projeto original.

Palavras-chave: Oxímetro, Saturação de Oxigênio, Medidor de Pulsação, Engenharia Biomédica, Sensoriamento.

162


SISTEMA DE GERENCIAMENTO VEICULAR

Marçal Felix dos SantosTiago Maessi Santos JuniorJosé Octávio Ribeiro Pinto Guimarães (orientador)Rogério Moreira Lima Silva (orientador).

Resumo: O Sistema de Gerenciamento Veicular tem por objetivo proporcionar ao usuário facilidade, segurança, detecção de falhas no veículo, envio de informações à distancia e até redução de gastos com manutenções. A Unidade de Controle Eletrônico (UCE) do veículo fornece informações importantes que os fabricantes não disponibilizam aos usuários. A UCE gerencia e controla toda a parte eletrônica do veículo. Através de um protocolo de comunicação é possível identificar e gerenciar todas as informações e disponibilizar ao usuário.

Com o auxílio de um microcontrolador PIC é possível integrar e agregar serviços, inclusive de segurança do veículo, através da telefonia celular e da rádio freqüência. Foi estudada a interface ELM 327 e a unidade de controle eletrônico de um automóvel, assim como, o respectivo protocolo de comunicação. Após esses estudos, foi realizada a programação em um microcontrolador PIC possibilitando rotinas que efetuam o gerenciamento através da UCE conectado a interface ELM327. Em outro módulo foi integrado ao PIC um telefone celular com a finalidade de comunicação entre o veículo e o usuário à distância. O estudo foi realizado com o auxílio de livros, manuais, laboratórios, datasheets e internet. Todas as informações gerenciadas e controladas pelo PIC são disponibilizadas em um display ao usuário, desenvolvendo assim um software de simples interface, amigável ao usuário e plenamente integrado a um veículo para que todos vejam em funcionamento e também transmitindo ao usuário a longa distância essas informações através de um serviço de SMS. O vídeo do projeto encontra-se disponível no site www.youtube.com.br, com o titulo Sistema de Gerenciamento Veicular.

Palavras-chave: Interface ELM 327, OBD II, PIC, Protocolo CAN, SMS

163


AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL - A DOMÓTICA APLICADA

Joel José da SilvaMateus de Freitas TavernariJosé Octávio Ribeiro Pinto Guimarães (orientador).

Resumo: O presente trabalho tem como objetivo apresentar conceitos e definições sobre a automação de ambientes, residenciais e/ou comerciais, além de propor a implementação de uma solução microcontrolada para controle remoto de diversos sistemas que possam estar instalados no referido ambiente. Tal controle se realizará por meio de um telefone qualquer, utilizando-se da tecnologia de DTMF. O usuário poderá realizar uma série de ações, como controlar a luminosidade ou a temperatura do ambiente, abrir ou fechar portas, janelas e portões, ligar ou desligar diversos aparelhos eletroeletrônicos presentes no ambiente. A possibilidade de se controlar vários aspectos de um ambiente à distância traz diversos benefícios, tanto ao usuário quanto à sociedade como um todo. O usuário se beneficia do conforto, da comodidade e da economia oferecidos pelo sistema, além de contar também com uma maior segurança em sua residência ou ponto comercial. A sociedade recebe um sistema capaz de otimizar a utilização dos recursos energéticos, o que vai diretamente ao encontro de uma sociedade sustentável e ecologicamente correta.

Palavras-chave: Automação, Domótica, Sustentabilidade

SOLUÇÕES PARA COBERTURA DE SINAL DE RADIOFREQUÊNCIA EM TÚNEIS URBANOS

André Luiz Daniel VieiraLeonardo Gonsioroski da Silva (orientador).

Resumo: O objetivo deste projeto é fornecer uma base técnica para o estudo de soluções que contribuam para a redução significativa dos problemas que ocorrem nos serviços de radiocomunicações encontrados ao longo dos túneis urbanos. O sistema atualmente empregado será comparado com outros possíveis de serem implementados e serão sugeridas evoluções para melhorar o serviço com baixo custo e com boa qualidade. A modulação empregada nesse projeto será em FM (Modulação por Frequência). A comunicação

164


será na faixa de UHF, o sistema será analógico e a frequência utilizada no projeto será de 451,5 MHZ.

Palavras-chave: Radiocomunicação, Propagação de ondas eletromagnéticas, Sistemas irradiantes.

ESTUDO DE UTLIZAÇÃO DE “GAP FILLER” PARA MELHORA DA COBERTURA DO SINAL DE TV DIGITAL

Laisy Rebelo Caroba da SilvaLeonardo Gonsioroski da Silva (orientador).

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo de utilização da tecnologia “Gap Filler” para retransmissão de TV Digital no Rio de Janeiro, em áreas em que o sinal da torre principal é deficiente em determinados locais. Seja por questões topográficas, seja por conta da diversidade local.

Através do software EDX, será possível verificar o desempenho do sistema SBTVD na cobertura da área de sombra e de sobreposição de sinais, a partir de um sistema ativo de repetição de sinal, composto de uma antena de recepção, uma antena de transmissão e um módulo reforçador de sinal (ISG5P0), que constituem o “Gap Filler”.

Palavras-chave: “Gap Filler”, TV Digital, SFN.

MAPEAMENTO DA UNIDADE PIEDADE DA UNIVERSIDADE GAMA FILHO POR GPS

Andre Mattos Ramos MuradRogério Moreira Lima Silva (orientador)

Resumo: O Programa localizador para aparelhos Android, desenvolvido para utilizar o Mapeamento da Unidade Piedade da Universidade Gama Filho, tem por objetivo proporcionar ao usuário facilidade na locomoção dentro do Campus Piedade. Todas as edificações serão mapeadas e transportadas para o sistema de localização por latitude e longitude.

Palavras-chave: “GPS”, Android, Cerca Eletrônica

165


Curso de Engenharia Mecânica (2011.2)

GERADOR EÓLICO PREDIAL

Graziela Bernardo de LemosRafael Cutalo Neto, Ademir Tomaz (orientador)

Resumo: Este trabalho baseia-se no cálculo dos requisitos que influenciam o projeto de um Gerador Eólico que pode ser amplamente utilizado em prédios e condomínios, onde a energia cinética gerada pelo vento move as pás de uma turbina que ligada a um gerador produz energia elétrica limpa. Já que o vento é uma fonte de energia renovável, em grande abundância em nossa natureza e não causa nenhum impacto direto ao meio ambiente, pois não consome combustível. O seu conteúdo busca uma linguagem de simples entendimento para ser projetado e aplicado em pequenas e grandes cidades, assim como um passo a passo para um projeto novo. Onde o cálculo de vários componentes de um sistema mecânico, como: potência do vento e do gerador, hélices, engrenagens, eixos e mancal, reduzem a possibilidade de ocorrência de perdas mecânicas excessivas. Assim como o seu estudo teórico, indicam os métodos de projeto.

Palavras-chave: Gerador eólico, Vento, Gerador predial, Energia eólica, NACA2412.

TENSIONADOR DE CORRENTE AUTO-AJUSTÁVEL POR MOLA HELICOIDAL DE COMPRESSÃO

Ladir Paulo da SilvaAdemir Tomaz (orientador)

Resumo: Este projeto pretende resolver o problema ocasionado pela dilatação natural do elemento de máquina denominado corrente dentada de roletes. Com o tempo, essa dilatação provoca uma folga no sistema fazendo com que a mesma tenda a sair de seu eixo normal, acelerando o processo de desgaste tanto da corrente quanto das rodas dentada motora e movida, provocando também parada indesejada no equipamento. O tensionador de corrente auto-ajustável consiste basicamente em manter a corrente dentada sempre tensionada (esticada) corrigindo o efeito da dilatação da mesma através de uma mola helicoidal de compressão.

Palavras-chave: Corrente de roletes, Mola helicoidal.

166


ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DOS ROLOS DE TRANSFERÊNCIA DO LINGOTAMENTO CONTÍNUO

Kleiton da Silva SantosThiago C. de MedeirosAdemir Thomaz (orientador)

Resumo: Este trabalho baseia-se no dimensionamento de elementos mecânicos para os rolos do leito de transferência de um Lingotamento contínuo, processo metalúrgico de fabricação de peças metálicas, buscando melhorias para aumentar a confiabilidade e vida destes elementos. Foram descritos os principais tipos de elementos mecânicos utilizados para a montagem dos rolos, assim como seus tipos, suas funções e definições. Verificou-se o material mais adequado para o ambiente de trabalho. Com análises e dimensionamentos através de cálculos, encontraram-se as mais viáveis maneiras para melhorar as condições de trabalho dos elementos de maior criticidade. Foi realizado o dimensionamento do acoplamento e rolamentos. O principal objetivo foi melhorar a capacidade dos elementos mecânicos, sem afetar a produtividade, e reduzir os custos de manutenção e sugerir melhorias que podem ser feitas no projeto mecânico apresentado.

Palavras-chave: Elementos de máquinas; Rolamentos; Acoplamento; Rolos; Lingotamento contínuo.

DISPOSITIVO MANUAL PARA ENSAIOS DE DOBRAMENTO

Diogo Alexandre GonçalvesAdemir Tomaz (orientador)

Resumo: Este projeto tem como objetivo simplificar um dispositivo para realizar ensaios de dobramento guiado, segundo a norma AWS D1.1. A forca a ser gerada para realizar o ensaio de dobramento será feita através de acionamento manual de um macaco hidráulico. As dimensões do dispositivo foram definidas através dos estudos de forcas aplicadas individualmente em cada componente, com base nos conceitos de Resistência dos Materiais, Elementos de Maquinas e Ciência dos Materiais, além de ser considerado o custo da fabricação. O software comercial Solid Edge v.19 foi utilizado a fim de facilitar a visão de montagem e modelagem do dispositivo.

Palavras-chave: Ensaios de dobramento, Corpo de prova de dobramento.

167


MECANISMO DE UM PORTÃO BASCULANTE

Isabella Garcia Muniz da SilvaRaquel de Souza Costa, Ademir Tomaz (orientador)

Resumo: Os portões basculantes tem sido a opção de abertura mais procurada, afinal é o modelo mais utilizado para automatização, sendo muito seguro e de fácil manuseio. Ao contrário do que as pessoas acreditam é extremamente leve, pois sua abertura é feita por um sistema de contra peso, o que possibilita sua abertura com apenas o mínimo de força no sistema manual. O presente trabalho de conclusão de curso apresenta o desenvolvimento do projeto do mecanismo de um portão basculante o qual está no contexto do curso de engenharia mecânica da Universidade Gama Filho. Este tema foi escolhido devido ao mecanismo que é apresentado e tem como objetivo a identificação e análise dos cálculos do cabo de aço, das polias, do eixo parafuso sem fim, da barra estabilizadora, do braço articulado, seleção do motor, entre outros, levando também em consideração as limitações e a análise de falha por fadiga.

Palavras-chave: Portão basculante, cabos de aço, mecanismos.

168



CÂMARA HIPERBÁRICA PARA TESTES DE EQUIPAMENTOS SUBMARINOS

Pedro Barbosa de Carvalho CorrêaWairy Dias Cardoso (orientador)

Resumo: As câmaras hiperbáricas são equipamentos amplamente utilizados nos mais variados ramos e aplicações, podendo ser divididas basicamente em dois tipos, as para ocupação humana, de uso medicinal, e as industriais. As primeiras são mais utilizadas na área de medicina hiperbárica e na área de mergulho comercial, para tratamento de doenças e acidentes como os que podem ocorrer durante os mergulhos. Quanto às segundas, são utilizadas nas indústrias e centros de pesquisa, com objetivo de realizar testes em protótipos ou equipamentos durante sua fabricação ou manutenção, com objetivo de checar a integridade ou realizar ensaios destrutivos. Esta pesquisa tem por objetivo apresentar o projeto e o dimensionamento de uma câmara hiperbárica para testes de equipamentos subaquáticos. Para tanto, foram demonstradas as especificações do equipamento, tendo como base suas premissas de capacidade e operação. Além disso, foram realizados os cálculos dos esforços resultantes em seus componentes.

Palavras-chave: câmara hiperbárica, equipamentos subaquáticos, ensaios não destrutivos, ensaios destrutivos, tensão de Von Mises, método de elementos finitos.

SISTEMA DE SUSPENSÃO DIANTEIRA E SUPORTE DO MOTOR DO MINI BAJA

Marcelo Rodrigues CarvalhoThiago Barbosa de OliveiraVinícius Santana da Silva FreitasCicero Vianna de Abreu (orientador)

Resumo: Este projeto tem por objetivo propor uma modificação estrutural no sistema de suspensão dianteira e o reposicionamento do motor de um veículo denominado mini baja. Para se igualar as distâncias entre rodas do sistema de suspensão dianteiro ao traseiro, foi necessário modificar algumas peças do sistema de suspensão e da estrutura do carro. Para o suporte do

169


motor foi projetado um mordente similar ao já existente na base do motor, podendo então o motor se deslocar longitudinal e transversalmente. Foi necessário calcular a correia ideal para o projeto, já que a correia existente se desgastava rapidamente e não transmitia toda potência que o motor é capaz de gerar para as rodas. Os cálculos mostraram a necessidade da ampliação da polia motora e a adição de mais uma correia, para que toda potência do motor seja transmitida pelas correias até as rodas. Além dessas modificações, foram feitos os cálculos de novos rolamentos e o cálculo do parafuso que sustenta a polia movida.

Palavras-chave: Cálculo de correia, Suspensão e Mini Baja.

ANÁLISE DA OPERAÇÃO DE UMA BOMBA UTILIZANDO UM DIFERENCIAL E DOIS ACIONADORES DE FONTES DISTINTAS

Herve Piedade da CostaJosé Gonçalves PachecoMárcio Vieira Machado FernandesCicero Vianna de Abreu (orientador)

Resumo: O presente Trabalho de Conclusão de Curso tem como objetivo apresentar o dimensionamento de um diferencial a ser utilizado como acoplamento entre uma bomba de incêndio e duas fontes distintas de acionamentos, um motor mecânico (combustão interna) e um motor elétrico. O desenvolvimento do projeto se deu por modelagem matemática com intermédio de pesquisa bibliográfica em Trabalhos de Graduação e Mestrado de outras Universidades, em

Livros de Engenharia Nacionais e Internacionais. Neste projeto foram dimensionados eixos, engrenagens, acoplamentos, mancais de apoio (rolamentos), sistema de freios, demonstrados através de modelagens matemáticas, com memória de cálculo, especificações e estudo comparativo de custos operacionais com a utilização do sistema durante Horário de Ponta.

Palavras-chave: Diferencial, mecanismos de acionamento de equipamentos, custos operacionais.

170


ATUADORES LINEARES ELETROMECÂNICOS

Caroline Campos CovaAdemir Tomaz (orientador)

Resumo: O presente trabalho de conclusão de curso apresenta o desenvolvimento do projeto de uma linha de atuadores eletromecânicos, os quais são dispositivos que fornecem força mecânica através da conversão de energia elétrica. Tornando-se cada vez mais populares para aplicações industriais, os atuadores eletromecânicos oferecem várias vantagens sobre os tradicionais atuadores lineares manuais mecânicos, hidráulicos e pneumáticos, tais como: aumento da eficiência mecânica, composição, robustez, capacidade de carga, um número mínimo de peças e uma montagem fácil. Diversas indústrias utilizam atuadores eletromecânicos, são elas: militar, para veículos terrestres blindados e aeronaves; hospitalar, para médicos em sistemas de infusão, posicionadores para cama médica, cadeiras odontológicas e equipamentos médicos e odontológicos complementares; aeroespacial, a fim de abrir e fechar portas de carga, movimentar carga em superfícies, estabilizar dispositivos rotativos e aplicações de controle para os demais movimentos, e na agricultura, para uso em motores de tratores, máquinas agrícolas e aplicativos adicionais. Foi feita uma pesquisa a fim de analisar os produtos disponíveis no mercado, e no caso deste projeto, foi proposta uma linha de atuadores eletromecânicos com altas velocidades de atuação, variando entre cargas de 150 Kg à 3000 Kg, já que se trata de algo que não se encontra no mercado. Os resultados alcançados foram satisfatórios, tanto na parte dos cálculos, quanto na parte da confecção do modelo tridimensional.

Palavras-chave: Atuador linear. Atuadores Eletromecânicos.

SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DE UMA BOMBA FUNCIONANDO COMO TURBINA: MICRO CENTRAL HIDRELÉTRICA

Henrique P. VianaRobert K. de Mello A. dos SantosWairy D. Cardoso (orientador)

Resumo: Tendo em vista a demanda de energia necessária para alimentar as grandes cidades, outros métodos de obtenção desta energia estão sendo descobertos e está se tornando mais usual a aplicação destes novos métodos.

171


A utilização de bombas funcionando como turbina é uma recém descoberta que vem sendo empregada em alguns locais atualmente. Este novo método é voltado às microcentrais energéticas, tendo em vista a baixa geração de até 50 KW. O objetivo deste trabalho de conclusão de curso é a análise através de cálculos e comparações do projeto de um sistema de geração de energia alternativa, para locais que possuam quedas de água, sendo este abundante e com a possibilidade de aproveitamento dos recursos hídricos do local. Mostra-se a viabilidade e praticabilidade do projeto tendo em vista a funcionalidade, o desempenho, os custos e as facilidades de instalação e manutenção. Tem-se demonstrado também uma gama de teoria relacionada às bombas e à hidráulica. Um breve histórico de bombas funcionando como turbina pelo mundo e também no Brasil é apresentado, assim como uma breve análise de alguns dos casos já existentes.

Palavras-chave: Microcentrais hidrelétricas, bombas e turbinas.

DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE AR CONDICIONADO PARA UM EMPREENDIMENTO COMERCIAL

Aline Maturana CostaFilipe Rechuen Cardoso SardinhaLuiz André Mattos da SilvaRosa Maria R. Nielsen (orientadora)

Resumo: No trabalho está apresentado o dimensionamento de um sistema de ar condicionado de um edifício comercial localizado na cidade do Rio de Janeiro. Devido às atuais condições climáticas e de saúde é inviável o trabalho em ambientes fechados sem a devida renovação de ar e conforto térmico. Com a vigência da nova norma de ar condicionado no Brasil (NBR 16401), lançada em 2008, o ar condicionado passou a ser visto e fiscalizado de uma maneira mais rigorosa. Questões que antes eram esquecidas agora passaram a ser item fundamental no dimensionamento e escolha dos equipamentos do sistema. O estudo do tipo de sistema empregado não mais abrange somente o local a ser atendido. Com as atuais preocupações com o meio ambiente, é cada vez mais comum a utilização de equipamentos que não agridem o meio ambiente com menores índices de consumo energético, etc, parâmetros que foram considerados no presente projeto.

Palavras chave: Ar condicionado, carga térmica, água gelada.

172


ANÁLISE COMPARATIVA DO CICLO DE REFRIGERAÇÃO REAL E TEÓRICO DO APARELHO DE AR CONDICIONADO OPERANDO COM R-134 A

Douglas de Queiroz Corrêa, Rosa Maria R. Nielsen (orientadora)

Resumo: O trabalho tem como objetivo apresentar os componentes e suas especificidades nos sistemas de refrigeração, e detalhar os ciclos termodinâmicos. De forma experimental, isto é, através experiência laboratorial levantar as perdas referentes ao sistema, buscando propor soluções para uma melhor eficiência energética destes equipamentos, já que representam uma parcela considerável no consumo do país. Realizar, através de instrumento computacional uma análise das propriedades e suas respectivas curvas do fluído refrigerante R-134a e compará-las com tabelas pré-existentes.

Palavras-chave: Sistemas de refrigeração, eficiência energética, fluído refrigerante.

ANÁLISE DE ESFORÇOS MECÂNICOS DAS CHAPAS DO COSTADO DE UM TANQUE DE ARMAZENAGEM DE PETRÓLEO

Raphael Mesquita de AlmeidaAmândio Marques da Costa Junior (Orientador)

Resumo: O objetivo deste trabalho foi fazer uma análise do comportamento mecânico das chapas do costado de um tanque cilíndrico vertical de armazenagem de petróleo, aéreo, dotado de teto flutuante. Isto foi realizado por meio de uma pesquisa bibliográfica, visando efetuar o dimensionamento da espessura das chapas que constituíam o costado do tanque, de acordo com as normas vigentes, o levantamento dos dados sobre os esforços a que o costado estava submetido e os materiais mais comuns utilizados, por meio de modelagem matemática dos dados obtidos na pesquisa bibliográfica e de uma modelagem computacional, que correlacionou o modelo matemático com os dados da pesquisa. Concluiu-se que as tensões são funções da espessura do material, o que acarretou em tensões muito próximas em toda extensão da parede do costado do tanque de armazenagem, já que a variação entre as espessuras das chapas foram pequenas. A análise dos esforços mecânicos demonstrou que o andamento das tensões ao longo das paredes do costado era bem uniforme, com pouca variação, revelando que as

173


diretrizes de dimensionamento propostas pelas normas vigentes permitem um bom equilíbrio na graduação das espessuras das chapas utilizadas na construção desse tipo de estrutura.

Palavras-chave: tanque de armazenamento de petróleo, costado, chapas, espessura, tensões.

ANÁLISE DE TENSÕES EM TUBULAÇÃO CURVADA

Gabriel de Mendonça VieiraAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento das tensões envolvidas numa seção de tubulação curvada sujeitos à pressão interna, por meio de uma pesquisa bibliográfica, visando levantar dados sobre os esforços e sobre a tubulação, de uma modelagem matemática dos dados obtidos na pesquisa bibliográfica, e de uma modelagem computacional, para comparação com os resultados obtidos na modelagem matemática. A justificativa é que as tubulações são de grande importância para o processamento do fluido nas indústrias de processos. 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% do HH do projeto da indústria. A conclusão obtida foi que quando se curva uma tubulação as tensões de von Mises aumentam, inclusive a parte de maior solicitação é a parte interna da curva, onde foi feito o curvamento.

Palavras-chave: Análise de tensões, método dos elementos finitos, tubulações.

TANQUE PARA ESTOCAGEM E ENVASE DE VII (VISCOSITY INDEX IMPROVER)

Alexandre Santos de AraujoAndré Luiz Corrêa CarvalhoFábio Azeredo da SilvaRosa Maria R. Nielsen (orientadora)

Resumo: Sendo a viscosidade uma característica fundamental nos óleos lubrificantes, óleo de transmissão, f luidos de transmissão automática,

174


fluidos de direção hidráulica, graxas e fluidos hidráulicos diversos, faz se necessário o controle deste índice, principalmente a altas temperaturas, e isto é conseguido adicionando melhoradores de viscosidade (vii – viscosity index improver) a estes produtos. Este estudo trata-se em dimensionar uma jaqueta para aquecimento do tanque de estocagem de vii e especificar os equipamentos para o controle da variação de temperatura, especificar a tubulação e seu isolamento, calcular a perda de carga na tubulação e acessórios para seleção de uma bomba, fazer o procedimento de soldagem da tubulação e elaboração do custo envolvido, visando o escoamento e envase do produto a granel ou a tambor.

Palavras-chave: óleos lubrificantes, fluidos hidráulicos, melhoradores de viscosidade.

ANÁLISE DE TENSÕES NO EIXO DE ACIONAMENTO DO ARRANQUE-GERADOR DO MOTOR ARRIEL

Ivênio Teixeira de SouzaAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: Este trabalho apresenta uma análise de tensões no eixo de acionamento do arranque -gerador do motor arriel e uma simulação computacional por elementos finitos; a fim de fazer uma análise de tensões em um eixo que integra um arranque-gerador; componente este fabricado pela empresa TALLES Avionics, que equipa os motores ARRIEL fabricado pela empresa francesa TURBOMECA. Foi necessário realizar uma pesquisa bibliográfica do componente. No decorrer do trabalho foi realizada uma modelagem matemática e uma simulação computacional por elementos finitos das tensões no eixo. Concluiu-se que não há escoamento do material e que o eixo de acionamento do arranque-gerador suporta, em condições normais, o esforço a ele solicitado.

Palavras-chave: Eixo de acionamento, arranque-gerador, análise de tensões, motor ARRIEL, Tensão de von Mises, MEF – Método de Elementos Finitos.

175


ENERGIA EÓLICA SISTEMA AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL

Diego de Oliveira SantosAdemir Tomaz (orientador)Waldemir Cristino Rômulo (coorientador)

Resumo: O presente trabalho visa abordar de maneira concisa a geração de eletricidade a partir de sistemas híbridos que utilizam, além da energia elétrica fornecida pela concessionária local, a energia eólica como uma das fontes alternativas. Nesse projeto, foi descrita a geração de energia eólica como uma alternativa energética de fonte “limpa” e renovável, onde, em seu processo de elaboração e criação, não há a formação de resíduos significativos impactantes ao meio ambiente, uma vez que não existe consumo de combustível fóssil ou mineral, visto que seu conceito básico de funcionamento consiste em utilizar a energia cinética contida nos ventos para movimentar as pás de uma turbina conectada a um eixo, onde o mesmo é ligado a um gerador (aqui denominado aerogerador). O autor destinou-se à tarefa de elaborar o projeto de um aerogerador de eixo horizontal baseando-se no cálculo dos requisitos mínimos que influenciam a construção, configuração, concepção, elaboração e especificação com aplicação em pequenas residências rurais e pequenas comunidades, apresentando os princípios da energia eólica, sua história, o funcionamento de uma turbina, origem e aplicações, e componentes do sistema mecânico como: potência do vento e do aerogerador, pás, engrenagens, eixos e mancal.

Palavras-chave: Energia eólica, aerogeradores de eixo horizontal, energia renovável, energia – fontes alternativas.

ANÁLISE COMPUTACIONAL DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DO CONJUNTO CAMISA-PISTÃO DE UM COMPRESSOR ALTERNATIVO NO TEMPO COMPRESSÃO

Pedro Silame Ferreira SampaioAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: Compressores alternativos são amplamente utilizados não somente em plantas frigoríficas como abatedouros, laticínios, mas também em Aeroportos, prédios ou outros quaisquer locais que se deseja resfriar o

176


ambiente. A capacidade de entregar pressões muito altas aos fluidos os torna especiais e alvos de muitos estudos. Muitas vezes, o comportamento mecânico de seus componentes dita o ritmo (leia-se produção) de uma empresa. Em especial, este trabalho analisou o comportamento mecânico do conjunto camisa-pistão de um compressor em seu tempo mais crucial, o instante em que gera a carga necessária para resfriar determinado fluido. Para isso, utilizou-se de análises matemáticas e computacionais, tendo-se os resultados importantes para comparações com os dados iniciais apresentados pelo maquinário.

Palavras-chave: compressor alternativo, compressão, análise de tensões, camisa, pistão, MEF – Método de Elementos Finitos.

MÓDULO DE ENSAIOS PARA MECÂNICA DOS FLUIDOS

Flávio Lopes FonsecaThiago de Abreu Duarte SilvaWairy Dias Cardoso (orientador)

Resumo: Este projeto visa dimensionar um sistema hidráulico, composto por uma bomba centrífuga, com a finalidade de se ensaiar alguns parâmetros de mecânica dos fluidos em funcionamento bem como demonstrar cálculos ensinados na disciplina mecânica dos fluidos. Definidos as características gerais do fluido, as fórmulas aplicadas para definição de perda de cargas e conhecendo as características dos equipamentos utilizados no sistema, podemos selecionar a bomba a ser utilizada no nosso sistema. Após definido a bomba a ser utilizada, são definidos os ensaios a serem realizados no sistema. Para a conclusão do trabalho foram calculados os resultados teóricos dos ensaios definidos para o sistema.

Palavras-chave: Mecânica dos Fluidos, perdas de carga, Método Hazen-Williams, bombas hidráulicas, curvas de bombas.

177


DIMENSIONAMENTO DO LEME E MADRE DO SISTEMA DE GOVERNO DE UM NAVIO REBOCADOR PORTUÁRIO

Rodrigo de Santana DiasAdemir Tomaz (orientador)

Resumo: O presente trabalho tem por objetivo é realizar uma análise do comportamento mecânico do conjunto leme e madre por meio de uma modelagem matemática e de uma modelagem computacional usando o Método de Elementos Finitos. O leme em estudo é um dispositivo de controle da direção de um Rebocador, embarcação utilizada para auxiliar manobras delicadas de navios de grande porte como atracação e desatracação. O princípio de funcionamento consiste em desviar o fluxo do fluido em questão, isto é, a água. Assim gerando um momento na parte de popa da embarcação fazendo com que ela gire realizando a manobra desejada. Mesmo existindo vários e modernos sistemas de governo, ainda é bem pratico e confiável o leme convencional. Os resultados obtidos pela simulação numérica com o programa Ansys estão dentro do padrão aceitável. As análises estruturais da madre, dos flanges superior e inferior, da chaveta e dos parafusos redundaram em valores satisfatórios.

Palavras-chave: Leme, projeto mecânico.

BOMBA HIDROPNEUMÁTICA

Emerson Teixeira PeixotoWairy Dias Cardoso (orientador)Waldemir Cristino Rômulo (coorientador)

Resumo: O projeto se refere a uma bomba hidropneumática de acionamento por ar comprimido para deslocar óleo hidráulico ou outro tipo de fluido, o projeto é destinado para todas as áreas de manutenção que precisam de um equipamento para gerar determinada pressão para teste de pressão interna em tubulações. O projeto tem um baixo custo de fabricação e um baixo custo de manutenção devido à fácil desmontagem e peso favorável para seu deslocamento manual. O sistema é acionado por ar comprimido, que entra pela parte superior da bomba, pela sede central entre as duas camisas, com uma pressão pré-determinada de ar comprimido de acordo com a exigência de pressão necessária em cada trabalho, logo, quanto maior é a pressão de entrada de ar comprimido que alimenta a bomba, maior será

178


a pressão de deslocamento do óleo hidráulico ou outro fluido, o aumento de ar comprimido no sistema é proporcional ao aumento ou diminuição da pressão no deslocamento do óleo. Todo o conjunto da bomba está preso por quatro estojos fixados por porcas em cada extremidade.

Palavras-chave: bombas hidropneumáticas, equipamento para teste de tubulações.

ANÁLISE DE TENSÕES APLIACADA AO PROJETO MECÂNICO DE UMA CÉLULA DE ALTA PRESSÃOTarcísio de Lima AzevedoVictor Luiz M. de FreitasAdemir Tomaz (orientador)

Resumo: Neste trabalho de conclusão de curso foi executada a adequação do projeto mecânico de uma célula de alta pressão utilizada em ensaios para análise do comportamento de materiais em altas pressões, utilizando a técnica de análise de tensões para a avaliação e adequação do projeto do equipamento. A análise de tensões foi executada com o uso do método de elementos finitos (MEF) através da ferramenta computacional ANSYS 13.0. A análise de tensões do projeto original evidenciou tensões elevadas nos principais componentes da célula de pressão e pontos de concentração de tensões que levariam o equipamento ao colapso. O dimensionamento do equipamento foi adequado e executado novamente a análise de tensões para a validação das alterações. O resultado da segunda análise evidenciou a redução das tensões em todo o equipamento, tendo assim as tensões de membrana e de flexão compatíveis com as tensões admissíveis para os materiais empregados.

Palavras-chave: Análise de tensões, Elementos Finitos, célula de alta pressão.

179


PROJETO DE IÇAMENTO COM PONTE ROLANTE DE 10 TONELADAS

André BallardLuciano Nascimento da CostaAdemir Tomaz (orientador)

Resumo: O presente trabalho objetiva apresentar as etapas do dimensionamento de um equipamento de elevação e transporte de cargas. O sistema de içamento e transporte adotado para essas cargas é o de ponte rolante, pois apresenta uma grande capacidade de elevação de cargas pesadas, além de possuir manutenção mais simples do que outros sistemas, como por exemplo, o guindaste. O dimensionamento da ponte rolante foi fundamentado na Norma NBR 8400. A especificação dos acessórios e materiais envolvidos no projeto está calcada em fabricantes renomados neste ramo de atividades. Todas as solicitações envolvidas na ponte rolante foram determinadas e, com isso, os seus componentes e acessórios dimensionados.

Palavras-chave: Içamento de cargas, Ponte Rolante.

180



ANÁLISE DE ESFORÇOS MECÂNICOS DAS CHAPAS DO COSTADO DE UM TANQUE DE ARMAZENAGEM DE PETRÓLEO

Raphael Mesquita de AlmeidaAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: O objetivo deste trabalho era fazer uma análise do comportamento mecânico das chapas do costado de um tanque cilíndrico vertical de armazenagem de petróleo, aéreo, dotado de teto flutuante. Isto foi realizado por meio de uma pesquisa bibliográfica, visando efetuar o dimensionamento da espessura das chapas que constituíam o costado do tanque, de acordo com as normas vigentes, o levantamento dos dados sobre os esforços a que o costado estava submetido e os materiais mais comuns utilizados, por meio de modelagem matemática dos dados obtidos na pesquisa bibliográfica e de uma modelagem computacional, que correlacionou o modelo matemático com os dados da pesquisa. Concluiu-se que as tensões são funções da espessura do material, o que acarretou em tensões muito próximas em toda extensão da parede do costado do tanque de armazenagem, já que a variação entre as espessuras das chapas foram pequenas. A análise dos esforços mecânicos demonstrou que o andamento das tensões ao longo das paredes do costado era bem uniforme, com pouca variação, revelando que as diretrizes de dimensionamento propostas pelas normas vigentes permitem um bom equilíbrio na graduação das espessuras das chapas utilizadas na construção desse tipo de estrutura.

Palavras-chave: Costado, chapas, espessura, tensões.

ANÁLISE DE TENSÕES EM TUBULAÇÃO CURVADA

Gabriel de Mendonça VieiraAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento das tensões envolvidas numa seção de tubulação curvada sujeitos à pressão interna, por meio de uma pesquisa bibliográfica, visando levantar dados sobre os esforços e sobre a tubulação, de uma modelagem matemática dos dados obtidos na pesquisa bibliográfica, e de uma modelagem computacional,

181


para comparação com os resultados obtidos na modelagem matemática. A justificativa é que as tubulações são de grande importância para o processamento do f luido nas indústrias de processos. 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% do HH do projeto da indústria. A conclusão obtida foi que quando se curva uma tubulação as tensões de Von Mises aumentam, inclusive a parte de maior solicitação é a parte interna da curva, onde foi feito o curvamento.

Palavras-chave: Análise de tensões, método de elementos f initos, tubulações.

ANÁLISE COMPUTACIONAL DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DO CONJUNTO CAMISA-PISTÃO DE UM COMPRESSOR ALTERNATIVO NO TEMPO COMPRESSÃO

Pedro Silame F. SampaioAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: Compressores alternativos são amplamente utilizados não somente em plantas frigoríficas como abatedouros, laticínios, mas também em Aeroportos, prédios ou outros quaisquer locais que se deseja resfriar o ambiente. A capacidade de entregar pressões muito altas ao f luidos os torna especiais e alvos de muitos estudos. Muitas vezes, o comportamento mecânico de seus componentes dita o ritmo (leia-se produção) de uma empresa. Em especial, este trabalho analisou o comportamento mecânico do conjunto camisa-pistão de um compressor em seu tempo mais crucial, o instante em que gera a carga necessária para resfriar determinado f luido. Para isso, se utilizou de análises matemáticas e computacionais, tendo-se os resultados importantes para comparações com os dados iniciais apresentados pelo maquinário.

Palavras-chave: Compressor alternativo, compressão, análise de tensões, camisa, pistão, Método de Elementos Finitos.

182


ANÁLISE DE TENSÕES NO EIXO DE ACIONAMENTO DO ARRANQUE-GERADOR DO MOTOR ARRIEL

Ivênio Teixeira de SouzaAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: Este trabalho apresenta uma análise de tensões no eixo de acionamento do arranquegerador do motor arriel e uma simulação computacional por elementos finitos; a fim de fazer uma análise de tensões em um eixo que integra um arranque-gerador; componente este fabricado pela empresa TALLES Avionics, que equipa os motores ARRIEL fabricado pela empresa francesa TURBOMECA. Foi necessário realizar uma pesquisa bibliográfica do componente. No decorrer do trabalho foi realizada uma modelagem matemática e uma simulação computacional por elementos finitos das tensões no eixo. Concluiu-se que não há escoamento do material e que o eixo de acionamento do arranque-gerador suporta, em condições normais, o esforço a ele solicitado.

Palavras-chave: Eixo de acionamento, arranque-gerador, análise de tensões, Método de Elementos Finitos.

183


Curso de Desenho Industrial (2012.1)

PROJETO EDITORIAL E MERCHANDISING: O CAÇADOR DE PIPAS

Raian da Silva FonsecaFernanda Vuono (Orientador)

Resumo: O projeto teve como objetivo unir dois grandes sucessos, o livro e o filme “O Caçador de Pipas” de Khaled Hosseini em um pack que contêm todo o valor do romance, como amizade e lealdade. Teve como meta colocar o produto novamente no mercado, usando da técnica de marketing atualmente conhecida como merchandising. A proposta foi o lançamento de um produto reformulado que atenda as necessidades do público de hoje, atingindo os antigos leitores e telespectadores da trama e alcançando outros, trazendo à tona o sucesso do romance que já estava sendo esquecido. A edição especial da história tem como público alvo, jovens e adultos, homens e mulheres, amantes da literatura, colecionadores e fãs da história, o produto destina-se às pessoas entre 15 a 50 anos das classes A, B e C, em especial às pessoas que já leram ou assistiram o romance, aos que se encantaram com o drama e desejam tê-lo sempre em casa para reler ou re-assistir, porém também se destina a novos leitores e telespectadores que ouviram do grande feito dessa obra há alguns anos atrás e que esteja curioso para saber do que se trata e para atestar o motivo de tal sucesso.Foi desenvolvido uma nova edição do livro, agora na versão do filme, o re-design do DVD, um livreto (glossário e curiosidades), um box para armazenar os itens selecionados, estampa de camisa, embalagem para presente, capa de alarme para a divulgação do produto no ponto de venda, o cartaz de lançamento, busdoor, painel e convite para a noite de autógrafos.Com base nas pesquisas feitas, foi proposto que a arte do produto remetesse a cultura afegã, já que é o espaço onde a história é desenrolada e dando impressão de época (tendo que na maior parte do livro são relatados acontecimentos de anos anteriores ao que o narrador está vivendo), as ilustrações presentes nas páginas do livro são fotografias retiradas do filme, para fazer essa relação já que o filme é outro item presente no box, as fotografias usadas receberam o efeito sépia para remeter o tempo narrado, essa opção foi escolhida também pela cor que possui meio amarronzado que também faz lembrar as ruas de terras da grande Cabul, cidade onde acontece a história, e aos grandes desertos afegãos. A tipografia utilizada é em estilo asiática,Tencele Latinwa é uma fonte em formato de escrita à pena, remetendo a escrita afegã já que Amir, personagem principal do livro se descobre escritor durante a história, o material escolhido para a embalagem foi papel, para baratear

184


o produto, entretanto deverá ter gramatura suficiente para dar resistência necessária para portar o peso dos itens que irá suportar, o box traz um livreto que serve de glossário proporcionando ao leitor maior compreensão do livro, já que o texto possui muitas palavras em farsi, idioma utilizado no Afeganistão.Após estudos sobre a temática que aborda diagramação, projeto editorial, marketing e merchandising deu-se início ao processo de criação dos aplicativos propostos, visando a divulgação e aumento nas vendas da obra que estava sendo esquecida. O objetivo traçado no início foi atingido, alcançando sucesso no resultado do trabalho.

Palavras- chave: Projeto Editorial, Merchandising, Diagramação, Marketing, Design.

Capa do livroCapa do livro

Capa do DVD

185


Box

Cartaz de lançamento e capa de alarme

Estampa de camisa

186


Embalagem para presente

Convite para a noite de autógrafosConvite para a noite de autógrafos

Painel para a noite de autógrafosPainel para a noite de autógrafos

187


CONCEPÇÃO VISUAL DE UM DESFILE CARNAVALESCO

Rodrigo Vale de OliveiraRegina Oliveira (orientador)

Resumo: O desfile das Escolas de Samba é a temática escolhida por Rodrigo Vale de Oliveira para a realização do projeto de conclusão do curso de Desenho Industrial da Universidade Gama Filho.

A justificativa para a escolha deste tema está baseada na ligação existente entre o design e o desfile das Escolas de Samba. No curso de Desenho Industrial notam-se várias disciplinas ligadas intimamente ao trabalho do carnavalesco, que no caso seria o designer da Escola de Samba. Baseado na temática, foi desenvolvida a concepção visual para uma Escola de Samba fictícia. Foram elaboradas tanto a identidade visual da escola quanto a representação visual do enredo autoral escolhido para um desfile.

Para a identidade visual da escola foi adotada a Universidade Gama Filho como referencia para sua execução. O resultado obtido com a marca remete a Universidade em si e temas ligados a uma Escola de Samba. Após a definição da marca para a escola foram desenvolvidos seus aplicativos, como: Papelaria, adesivo para carro, mini bandeira, CD e DVD( incluindo sambas e desfiles antigos) e brindes da escola.

Com a marca da escola desenvolvida, iniciou-se a elaboração do enredo, de sua marca e seus aplicativos. O título do enredo é : Como será o fim?. Este enredo promove um novo olhar sobre a palavra “ fim”. Esta palavra foi escolhida para representar tudo aquilo que a principio nos assusta, porém, com um novo olhar, percebemos seu lado positivo. Associamos o fim a algo negativo como o fim do mundo, da vida, dos relacionamentos e etc. Porém, mudando nosso olhar sobre esta palavra, podemos ver o fim da escravidão, o final feliz daquele conto de fadas lido na infância e etc. Como uma fênix, o enredo termina com o fim sendo associado ao recomeço, onde até mesmo o fim da vida pode ser o início de outra.

Para este enredo foi desenvolvida uma marca representando esta dualidade de significado, sendo desenvolvidos aplicativos como: Banner, outdoor, busdoor, camisa e anúncio em ponto de ônibus. A representação visual do enredo foi realizada através de croquis de fantasias e desenhos dos carros alegóricos totalizando 24 ilustrações digitais referentes ao enredo.

Palavras- chave: Identidade Visual, Ilustração, Carnaval.

188


Marca da escolaMarca da escola

Marca do enredoMarca do enredo

189


Ilustrações:

Carro 4 – Fênix ( vista lateral )

Ala 8 – O recomeço do samba ( ala das baianas )

190


Ala 9 – O tempo não para

Rua Manoel Vitorino, 553, prédio GD, 2º andarPiedade, Rio de Janeiro, RJ, 20740-280Telefone: (021) 2599 7187E-mail: [email protected]

revista_procet_v3_n1_2012

Documents