Portfólio Berço Aquecido

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RESUMO OBJETIVO DO PROBLEMA: 
É apresentado para um engenheiro biomédico, da Accel SA, a função de desenvolver um berço térmico para bebês recém-nascidos, pré-termo e de baixo peso, ou hipotermia. A fim de aperfeiçoar o mercado, já que o mesmo projeto, só que de outras marcas, havia apresentado falhas e causando queimaduras nos bebês. 
OBJETIVOS:
· Entender a função de um berço aquecido.
· Utilizar o datasheet para solução de problemas 
· Conhecer sensores de temperatura resistivo
· Calcular resistores de potência para aquecimento 
· Conhecer os circuitos divisor de tensão e seu funcionamento 
· Aplicar as leis de ohms e kirchoff.
TERMOS DESCONHECIDOS: 
1. TCRs: São resistências flexíveis, seu uso é mais frequente nos setores de aquecimento e refrigeração. Podem contar nelas até três (3) tipos de isolamentos, como vidro, PVC e silicone. [10]
2. Efeito Joule: É o calor gerado, dentro de uma resistência elétrica, pela movimentação dos elétrons. [6]
3. Resistência Elétrica: É a capacidade que um condutor tem de dificultar a passagem de corrente elétrica, conseguindo, através de resistores, transformar essa energia elétrica em térmica. [14]
4. Potenciômetro: É um elemento de três (3) terminais com um contato deslizante, é usado para ajustar a tensão fornecida para um circuito. [4] 
5. Lei de Ohms: É a lei d física que, através de expressões matemáticas, explicam a conexão entre a tensão, corrente e a resistência para praticamente todos os circuitos elétricos de corrente contínua. [3]
6. Lei de Kirchhoff: São duas leis estabelecidas no uso de correntes elétricas. A primeira é focada na corrente (LKC) que diz que a soma algébrica das correntes que entram em um nó, ou limite fechado, é zero. A segunda é focada na tensão (LKT) que diz que a soma de todas as tensões ao longo de um caminho fechado, ou laço, é igual a zero. [2], [4]
7. Radiador (berço aquecido): É o aparelho que pega o calor direcionado a ele e distribui em um lugar específico. [8]
8. Termistores (NTC ou PTC): Dividido em dois tipos, temos os PTC e NTC. Os PTC são termistores que possuem o coeficiente térmico positivo, ou seja é proporcional ao aumento da resistência, apenas a partir de uma determinada temperatura X é que vão apresentar variação ôhmica em relação a temperatura. Os NTC (mais usados) possuem característica inversamente proporcional a resistência, ou seja conforme aumenta a temperatura diminui o valor resistência. [5]
9. Termoresistências: São sensores que permitem reconhecer a temperatura do ambiente e usam o principio da variação da resistência ôhmica em função da resistência. São geralmente feitos de platina (Pt) com o mais auto grau de pureza e encapsulados em tubos de cerâmica ou vidro; por possuírem boas características acabaram se tornando um dos sensores de temperatura mais usados nos processos industriais. [13]
10. Termopares: É um sensor utilizado para a medição de temperatura. É constituído de dois metais distintos, unidos por suas extremidades e ligados a um termômetro termopar, na outra extremidade. Quando configurado corretamente podem fornecer uma ampla faixa de temperatura. [9].
QUESTÕES:
1. De que forma o resistor é utilizado como sensor e como aquecedor?
Hipótese:
Validação da Hipótese:
Resposta: O resistor é usado como aquecedor quando ele precisa, assim como seu nome diz “aquecer algo”, é geralmente usado em secadores de cabelo e chuveiros elétricos; tecnicamente eles não deveriam ser usados para aquecer, porém como o efeito Joule é inevitável em um circuito elétrico, é possível usar o aquecimento a nosso favor.
 Já os resistores usados como sensores, são utilizados, na medicina, para a proteção contra o sobreaquecimento, limitando a corrente elétrica quando determinada temperatura é ultrapassada. [7], [12]
2. Quais as aplicações de uma incubadora e de um berço aquecido?
Hipótese: A incubadora simula o útero e o berço aquecido mantem a temperatura do bebe instável, de acordo com os dados do médico.
Validação da Hipótese: A hipótese está errada.
Resposta: A incubadora protege o bebê de infecções, ruídos do ambiente e ajuda a manter a manter o calor no corpo. 
 Já o berço aquecido serve apenas para ajudar o bebê ficar aquecido, pois sua gordura corporal e peso são muito baixos, geralmente o bebe é colocado no berço aquecido nos seus primeiros momentos de vida. [11]
3. (Figura 3) Desenhe os dois circuitos a serem considerados: 
Hipótese:
4. Por que o Nicromo é utilizado no aquecimento dos resistores?
Hipótese: 
Validação da Hipótese: 
Resposta: De acordo com a tabela abaixo, o elemento com maior condutividade é a prata (Ag), porém a maioria dos fios são feitos de cobre por serem tão bons quanto e mais baratos; além de tudo isso existe a liga metálica chamada nicromio (NiCr, formada por níquel (Ni) e crômio (Cr)) que possui uma resistividade 58 vezes maior que a do cobre sendo então utilizada em sua grande maioria para fazer resistores e elementos de aquecimento. [4] 
 
Tabela 1: Resistividade dos elementos, retirada do livro Análise de circuitos elétricos com aplicações. [4].
5. Calcule o diâmetro dos resistores considerando o material como nicromo
Hipótese:	
Validação da Hipótese:
Resposta: O diâmetro dos resistores são de 2,54.10-4m. 
Demonstração dos cálculos
1° passo
 A = 5,1.10-8 m2.
2° passo
 r = 1,27.10-4 m.
3°passo
 d = 2. 1,27.10-4 d = 2,54.10-4 m.
6. Compare os três tipos de sensores: termistor, termo resistência e termopares 
Hipótese:
Validação da Hipótese:
Resposta: [1].
	-
	Termistor
	Termoresistência
	Termopares
	Medidor de temperatura (na medicina)
	Não 
	Sim
	Sim
	Proteção contra sobreaquecimento
	Sim
	Não
	Não
	Feitos de
	Óxido de níquel (NiO), cobalto (Co), magnésio (Mg), sulfeto de ferro (FeS), alumínio (Al) ou Cobre (Cu)
	Platina (Pt) ou Níquel (Ni)
	Utilizados diversos tipos de mais em suas pontas, tendo um número variado de termopares
7. Preencher a tabela e indicando os valores de resistência e tensão:
Hipótese: 	
Validação da hipótese:
Resposta: Como um exemplo do que foi feito, abaixo será demonstrada a resolução para achar a resistência na temperatura 15 e 42 °C. Para facilitar os cálculos foi usada R1 = 10000 e T1 = 25 °C para achar todos os valores. Tudo foi feito direto na calculadora, por isso o valor de e já foi automaticamente calculado e foi notado que conforme a temperatura aumenta a resistência diminui, comprovando o uso do termistor NTC -103 – R. 
 A constante B foi encontrada no datasheet em pdf do próprio termistor, que dizia ser 4038. 
 Para o cálculo do Vdiv foi utilizado a lei de ohmn (R = U/ i), onde cada Vdiv foi calculado de acordo coma a temperatura e sua resistência, quanto mais aumentava a temperatura mais aumentava o Vdiv. Para facilitar o cálculo, novamente, foi utilizado a resistência do NTC dada no datasheet, que era de 10 kΩ e a fonte de alimentação era de 24V. Após achar a corrente [A] do circuito era preciso descobrir a voltagem na resistência e subtrair da fonte de alimentação, essa diferença gerava o Vdiv.
Abaixo segue a tabela com a resposta.
	Temperatua (°C)
	Resistência (Ω)
	Tensão em Vdiv (V)
	15
	16007,9
	14,75
	20
	12601,54
	13,35
	22
	11477,46
	12,73
	25
	10000
	12
	30
	7996,32
	10,63
	33
	7016,94
	9,89
	35
	6440,71
	9,33
	40
	5223,71
	8,20
	42
	4812,88
	7,79
Demonstração dos cálculos das resistências (Ω)
· Para calcular as resistências foi dado a fórmula
Temperatura 15 °C:
 R2 = 16007,90 Ω.
Temperatura 40 °C
 R2 = 4812,88 Ω.
Demonstração dos cálculos do Vdiv (V)
 i = 0,0012 A. (Corrente do circuito)
 U = 12V 
8. Determinar o valor nominal dos resistores de potência do sistema de aquecimento: 
Hipótese:
Validação da hipótese:
Resposta: Considerando o potenciômetro 0% (imagem da questão 3), que é quando as resistências possuem maior funcionalidade, seus valores são de, aproximadamente, 4,27Ω.
Demonstração dos cálculos
P: 540W.
U: 24V.
Lei de ohm.
 i = 22,5A.
Após acharo valor da corrente total, deve-se dividir por quatro, pois o circuito está em paralelo, resultando em uma corrente de valor i = 5,625. O próximo passo será calcular as resistências.
 R = 4,27. 
9. Traçar o gráfico da tensão do divisor em função da temperatura, a partir da tabela 1.
Hipótese:
Validação da hipótese:
Resposta:
MAPA CONCEITUAL: 
RESUMO CRÍTICO:
Apesar de o grupo desenvolver boas perguntas, não conseguiu controlar o tempo, para que, juntos, conseguissem desenvolver as hipóteses, faze-las individualmente quebra o conceito do trabalho, que, o motivo principal, é de trabalhar junto para achar a solução de um problema. Entretanto, por ser o primeiro trabalho após a troca dos grupos, ele foi bem desenvolvido no dia e com debates construtivos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 
[1] Artigo sobre os termoresistores, termopares e termistores: Fiorin, Marcos. Apostila de Instrumentação Industrial. Instituto Federal Catarinense – Luzerna – Santa Catarina, 2012.
[2] Livro: Alexander, Cherles. K; Sadiku, Matthew. N. O. Fundamentos de Circuitos Elétricos. 5. ed. AMGH, 2013. 896p;
[3] Livro: Eismin, Thomas K. Eletrônica de Aeronaves: introdução aos sistemas aviônicos. 6. ed. Minas Gerais: Bookman, 2016. 512p.
[4] Livro: M. N. O. Sadiku; S. M. Musa; C. K. Alexander. Análise de circuitos elétricos com aplicações. Minas Gerais: AMGH Editora Ltda, 2014. 616 p.
[5] Livro: Pessôa, Marcelo. S. P; Spinola, Mauro. M. Introdução à automação: para cursos de engenharia e gestão. 1. ed. Elsevier, 2014. 352p.
[6] Livro: Sato, Hilton; I. Ramos. Física para edificações. Porto Alegre: Bookman, 2014. 134p.
[7] Site: http://www.addtherm.com.br/2017/02/16/caracteristicas-termistores-ntc/, acessado às 18:51, 22/04/2019.
[8] Site: https://www.bidu.com.br/seguro-residencial/sistema-aquecimento-residencial/ , acessado às 17:04 22/04/2019.
[9] Site: https://br.omega.com/prodinfo/termopares.html , acessado às 16:57 22/04/2019.
[10] Site: http://www.globoresistencias.com.br/resistencia-flexivel , acessado às 14:22 22/04/2019.
[11] Site: http://www.ideias.ufpe.br/prematuro/index.php/cuidados/cuidados-hospitalares , acessado às 19:50 22/04/2019.
[12] Site: https://www.infoescola.com/fisica/resistores/ , acessado às 18:09, 22/04/2019.
[13] Site: https://www.salcas.com.br/termoresistencia , acessado às 16:35 22/04/2019.
[14] Site: https://www.todamateria.com.br/resistencia-eletrica/ 14:39 22/04/2019.
Gráfico da tensão Vdiv (V) em função da temperatura (°C)
15	20	22	25	30	33	35	40	42	14.75	13.35	12.73	12	10.63	9.89	9.33	8.1999999999999993	7.79	Temperatura (°C)
Tensão Vdiv (V)