PTG 5 SEMESTRE - ENG ELÉTRICA

Prévia do material em texto

8
Sistema de Ensino Presencial Conectado
engenharia eletrica 4° semestre 
Anilson picini
Cristian Verza
Daniel Vieira
Kevin martins
	
SISTEMA PARA CONTROLE DE NÍVEL DIGITAL DE UM RESERVATÓRIO
Chapecó
2021
SISTEMA PARA CONTROLE DE NÍVEL DIGITAL DE UM RESERVATÓRIO
Trabalho Interdisciplinar em Grupo apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica à Universidade do Norte do Paraná, para as disciplinas Cálculo Diferencial e Integral IV, Cálculo Numérico, Fenômenos de Transporte, Sistemas Digitais e Circuitos Elétricos I do 5º semestre.
Professores: Alessandra Negrini Dalla Barba.
 Débora Cristine Barbosa Kirnev.
 Katielly Tavares dos Santos.
 Lucas dos Santos Araujo Claudino.
 Renato Kazuo Miyamoto.
Chapecó
2021
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	3
2	TUBULAÇÃO	5
2.1	GRÁFICO	5
2.2	MODELO TRIDIMENSIONAL	5
2.3	TAXA DE VAZÃO	5
3	MOMENTO DE INÉRCIA DO ELEVADOR	6
3.1	CÁLCULO MOMENTO DE INÉRICA DO ELEVADOR	6
3.2	ROTAÇÃO X TRANSLAÇÃO	6
3.3	CORPOS RÍGIDOS	7
3.4	1° LEI DE NEWTON E PRINCÍPIO DE INÉRCIA	7
3.5	ELEVADOR COM CARGA E SUA ALTERAÇÕES	8
4	MOMENTO DE INÉRCIA DO ELEVADOR	9
4.1	FLUXO MAGNÉTICO	9
4.1.1	CÁLCULO DO CAMPO MAGNÉTICO	10
4.1.2	CÁLCULO DO FLUXO MAGNÉTICO	11
4.2	CÁLCULO DO FLUXO MAGNÉTICO PARA 0,5WB	11
4.2.1	CÁLCULO DO CAMPO MAGNÉTICO	11
4.2.2	CÁLCULO DO FLUXO MAGNÉTICO	11
5	CONCLUSÃO	12
6	BIBLIOGRAFIA	13
	
	
1. INTRODUÇÃO
Este trabalho visa o aprofundamento dos conhecimentos adquiridos em sala de aula e conteúdo web, especificamente nas disciplinas de Cálculo Diferencial e Integral IV, Cálculo Numérico, Circuitos elétricos I, Fenômenos de Transporte e Sistemas Digitais.
Será apresentado a itens relacionados a um sistema de controle de nível de um reservatório bem como cálculos matemáticos sendo está situação sugerida pela Universidade do Norte do Paraná – UNOPAR, os estudos desenvolvidos pelos alunos do 5° semestre de engenharia elétrica da UNOPAR polo de Chapecó Santa Catarina é baseada na Situação Geradora de Aprendizagem – SGA que foi proposta pela UNOPAR.
Através desta proposta serão abordados assuntos que trarão a prática dos conteúdos relacionados a cada disciplina do 5º semestre. Tendo como principal objetivo o conhecimento e aplicação destes de forma simples, na elaboração do circuito elétrico, dimensionamento e cálculos.
Ao longo do desenvolvimento serão apresentados cálculos e gráficos referentes as tubulações de água a serem utilizadas no projeto, sendo utilizados softwares para a modelagem de um esboço tridimensional da tubulação. Sendo este um item extremamente necessário na elaboração de um projeto, através da execução destes passos os materiais serão de maior exatidão. As utilizações de softwares para construção de esboços tridimensionais proporcionam aos profissionais a melhor visualização de como ficará o produto final, bem como visualizar algum desvio que poderá impactar na execução da atividade, os cálculos auxiliam os projetistas um melhor emprego de qual tipo de material será utilizado, evitando desperdícios e retrabalhos durante a execução do projeto.
Poderá ser visto o circuito lógico construído para a realização do controle de nível de liquido no reservatório, circuito este onde foram utilizados circuitos integrados (CI), onde estes foram demostrados de forma aberta (explodida), assim ficando de mais fácil visualização dos usuários, de como o circuito se comporta com cada sinal de entrada e como fará o tratamento e gerará os sinais de saída. O circuito empregado fará o controle do nível de liquido do reservatório a partir de um sensor de nível simples que gera um sinal para a partida da bomba de reposição este mesmo sensor gera o sinal para desligamento da bomba após a reposição do liquido e restabelecimento do nível ou não, pois no circuito de controle há a parte que controlará o tempo máximo de bomba ligada, também há no circuito em sensor de nível mínimo que trem a função de alertar o nível através de um sinalizados luminoso de alerta.
No bombeamento de líquidos por tubulações apresentam diversidade nas características do escoamento deste liquido pela tubulação, dependendo da característica do líquido, da tubulação e do bombeamento, assim serão apresentados os tipos de regime de escoamento de líquidos, sendo este um item a ser levado em consideração nos cálculos rendimento do circuito hidráulico.
Outro fator importante do projeto é a consulta nas normas, procedimentos, assim em nosso projeto foi realizado a consulta na Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), mais especificamente no que diz respeito aos condutores elétricos e o fator de correção a ser empregado para dimensionamento destes condutores tendo como variante a temperatura ambiente.
As matérias estudas no quinto semestre de engenharia elétrica estão diretamente ligadas a projetos, onde mesmo para situação complexas podem ser empregados itens simples para a construção e mesmo assim mantendo a eficácia e confiabilidade do produto final. 
. O Brasil possui diversas normas sendo regidas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), normas quais os engenheiros mecânicos, eletricistas e projetistas devem levar em consideração em seus projetos e manutenções, assim assegurando os usuários destes 
Engenheiros elétricos tem como alguns dos objetivos de criar, projetar ou melhorar processos, equipamentos, instalações e outros, onde é imprescindível pensarmos desde a elaboração dos projetos com o correto emprego das ferramentas que venham a otimizar as etapas de criação, implantação e manutenção dos equipamentos.
tubulação
Gráfico 
Com base nos dados fornecido na tarefa 1 da situação geradora de aprendizagem (SGA) proposta pela UNOPAR foi representado no plano cartesiano a trecho da tubulação.
Modelo tridimensional
Utilizando software foi confeccionado em software, sendo este modelo tridimensional representando o trecho reto da tubulação no eixo X, Z.
taxa de vazão
	
Circuito de Controle de nível
Para a construção do circuito de controle da bomba de reposição de liquido no reservatório, faram utilizados componentes básicos de eletrônica. Tal construção foi realizada no software Proteus 8, software onde é possível a construção bem como a simulação do circuito. O circuito como um todo pode ser dividido em duas partes, sendo uma de contagem tempo e controle e a outra parte de controle da bomba. 
Circuito de contagem de tempo e controle
 Na parte correspondente a contagem de tempo de operação da bomba de reposição, onde foi utilizado um gerador de sinal configurado em 1Hz para o sinal de clock nos flip-flop’s do modelo 7476, onde a cada pulso do gerador de clock faz com que os CI 7476 gerem a combinação binária corresponde aos quantos segundos a bomba está ligada, sendo o tempo máximo de 9 segundos, o circuito de contagem também causa o desligamento da bomba caso o tempo de 9 segundos de bomba ligada seja alcançado. Para a visualização do tempo decorrido de bomba ligada ou para verificar por quanto tempo a bomba permaneceu ligada na sua última partida foi utilizado um display de sete segmento com decodificador.
Na imagem abaixo poderá ser visto circuito de contagem como também o circuito de controle. A imagem é referente ao print retirado no momento em que a bomba foi desligada devido ao tempo de 9 segundos de bomba ligada, a condição da bomba pode visto através do sinalizador luminoso ao lodo do display. 
Fonte: O Autor
Circuito de controle
Baseado na proposta sugerida no SGA, abaixo será demonstrado o cálculo do momento de inércia do elevador tendo como referências as medidas da cabine do elevador demostradas no desenho supracitado.
Ix = b x h³ Iy = 2,2 x 1,3
 12 12
Ix = 1,3 x 2,2³ Iy = 2,2 x 2,197
 12 12
Ix = 13,8424Iy = 4,4834
 12 12
Ix = 1,15353 m Iy = 0,4027 m 
Rotação x translação
O movimento de quaisquer objetos pode ser classificado entre Rotação, Translação e/ou a combinação entre eles. 
O movimento de rotação é quando o objeto está girando em seu próprio eixo, logo todos os pontos do objeto passam a percorrer trajetórias em forma de círculo, ou seja, circulares. Suponhamos que um aro de bicicleta está rotacionando a uma velocidade de 2 mt/s em um ambiente em que não existe atrito, logo ele se torna inerte, e conservará sua velocidade infinitamente, ou seja, por tempo indeterminado. 
O movimento de translação é quando todos os pontos do objeto percorrem paralelamente suas trajetórias e apresentam a mesma velocidade, ou seja, o objeto possui uma trajetória definida, porém, é sempre paralela a última percorrida. Um exemplo é o elevador, ele sobe e desce, porém, não rotaciona, logo todos os pontos têm a mesma velocidade.
Um exemplo de rotação e translação é a hélice de um helicóptero, a mesma está rotacionando e ao controlar as pás está exercendo o movimento de translação. (Silva, s.d.)
Corpos rígidos
O estudo dos corpos rígidos levamos em consideração o momento de inércia devido ao momento de inércia ser uma grandeza física que estima a dificuldade de alterar o estado de movimento de um corpo em rotação. Quanto maior for o momento de inércia de um corpo maior será a dificuldade de fazê-lo girar ou alterar sua rotação
1° Lei de Newton e princípio de inércia
A primeira lei de Newton estabelece que a Inércia é a conservação do estado atual do objeto, ou seja, se o mesmo está em movimento retilíneo uniforme e não possui nenhuma forma de atrito, o mesmo continuará inerte, ou seja, continuará na mesma velocidade e sentido de movimento.
Corpo rígido é um objeto em que a distância entre os dois pontos quaisquer que o compõem é invariável sobre ações de forças externas, ou seja, tende a se manter inerte. Por exemplo em um elevador, seu corpo rígido hipoteticamente pesa 1000 kg, seu contrapeso hipoteticamente também pesa 1000kg, sendo assim, o elevador tende a manter a sua inercia e se manter em uma velocidade e direção constante onde o único atrito que existe no local é na haste/eixo do motor.
Massa e momento de inércia não são a mesma coisa, porém, trabalham juntas. A massa pode ser o peso/formato do objeto, já o momento inerte é o momento em que o objeto fica inerte, ou seja, mantem seu estado atual sem sofrer modificações, que pode ser tanto parado como em movimento constante seja ele retilíneo ou não. Onde trabalham juntas? Para classificarmos o estado de inercia precisamos de uma massa, podendo ser de densidade/peso indeterminados sendo uma massa de valor maior que Zero.
Elevador com carga e sua alterações
A presença de pessoas alterará seu momento de inércia. Todo possui um contrapeso, aproximadamente de massa equivalente à da cabine, sabendo disso, quando a carga no elevador, a massa da cabine aumenta, logo, haverá um acréscimo no peso a ser movimentado, dessa forma a inercia na subida devido à desaceleração pelo peso da cabine não é equivalente e em relação a gravidade do planeta se torna uma inercia nula, ou seja, não tem inercia. 
Como a cabine tornou-se mais pesada ela tende a descer e não a ficar parada ou em constante movimento, logo, ganhamos velocidade na descida, ao contrário da subida a qual perdemos velocidade. 
No movimento de descida há um esforço maior do sistema de frenagem do elevador, pois devido ao peso, gravidade do planeta presente, se estima que o elevador ganhará velocidade perdendo sua inércia. 
Esses dados são levados em consideração no projeto do elevador, onde o contrapeso é projetado com o mesmo peso da cabine mais 50% do peso do total de pessoas que o mesmo pode transportar, dessa forma, mesmo que ele esteja “leve ou pesado” o contrapeso sempre estará o mais próximo possível do peso da cabine, logo, o conjunto cabine e contrapeso se manterão o mais inerte possível e aliviando o torque exigido pelo motor e sistema de frenagem. 
Momento de inércia do elevador 
Os elevadores em sua maioria usam motores elétricos para suas movimentações, motores que são indutores. Os indutores têm por características durante seu funcionamento a formação de fenômenos como o campo magnético e fluxo magnético, estes dois fenômenos são diretamente ligados na capacidade destes indutores de gerarem força suficiente para o correto funcionamento do elevador. Para que este elevador tenha seu funcionamento normal é necessário que o indutor tenha a característica de gerar um fluxo magnético de 0,5Wb. Sabendo que o indutor apresentado na SGA é um indutor solenoide e tem a dimensão de 5 centímetros (cm) de diâmetro e 45 cm de comprimento, conforme figura 1.
Figura 1
Fluxo magnético
Para o verificarmos que o indutor proposto na SGA, tem capacidade de gerar um fluxo magnético de 0,5Wb, necessita-se realizar o cálculo do fluxo, através da fórmula abaixo.
Φ = B.A
Onde o “B” é o campo magnético do indutor e o “A” área do indutor, assim é necessária ter o valor do campo magnético, onde para um solenoide pode ser encontrado através da fórmula.
Neste caso a formula é composta da seguinte forma:
B – Campo magnético (T)
N – Número de voltas
μ0 – Permeabilidade magnética do vácuo (4π.10 –7 T.m/A)
i – Corrente elétrica (A)
L – Comprimento do solenoide (m)
Como o solenoide proposto tem um núcleo ferromagnético é necessária encontrarmos a permeabilidade real onde está e encontrada pela fórmula.
µ = µr x µ0.
Neste caso a formula é composta da seguinte forma:
µ - Permeabilidade real
µr – Permeabilidade relativa
µ0 – Constante de permeabilidade o vácuo.
CÁLCULO DO CAMPO MAGNÉTICO
B= 4500 x 6,28 xx 32
0,45
B= 90,432
 0,45
B= 200,92 T/m²
CÁLCULO DO FLUXO MAGNÉTICO
Φ = B.A
Φ = 200,96 x 1,9525 x 
Φ = 0,39 Wb
Cálculo do fluxo magnético para 0,5wb
Conforme proposto na SGA, onde o solenoide deve ter um fluxo magnético de 0,5Wb, assim deverá ser alterado a quantidade de espiras, onde inicialmente a quantidade de espiras era de 4.500, após simulações foi obtido o valor de 0,5Wb conforme solicitado, através da alteração o número de espiras sendo o novo valor de 5.800 espiras. Segue abaixo o cálculo.
CÁLCULO DO CAMPO MAGNÉTICO
B= 5800 x 6,28 xx 32
0,45
B= 116,5568
 0,45
B= 259,015 T/m²
CÁLCULO DO FLUXO MAGNÉTICO
Φ = B.A
Φ = 259,015 x 1,9525 x 
Φ = 0,50 Wb
conclusão
O trabalho foi elaborado com empenho e dedicação, sendo o objetivo apresentar referências das disciplinas do quarto semestre de engenharia elétrica e focando no aprendizado destas. 
Visto que o trabalho foi de grande valia para o aprendizado dos alunos, pois através deste foi possível conciliar e praticar as aprendizagens adquiridas em sala de aula e nos ambientes virtuais, proporcionou a prática da discussão dos integrantes do grupo, elevou o espírito de equipe dos membros deste trabalho. 
A partir do andamento das atividades foi possível analisar a importância da engenharia nas diversas etapas de um projeto, onde desde sua criação até sua manutenção. Ressaltamos a importância de os engenheiros terem a visão crítica sobre suas criações, análises e estudos para que estas atividades andem em conformidade com as normativas proporcionando aos usuários, segurança, conforto e as equipes de instalação e manutenção a clareza do projeto em todas as etapas.
Concluiu-se que a engenharia está presente em todo o local, sendo para diversos fins, assim devendo aos profissionais do futuro a evolução em suas atividades, pois nos tempos atuais a sustentabilidade a competitividade, acabam ressaltando os valores de otimização dos recursos o bom uso das ferramentas disponíveis, onde só assim as corporações são sustentáveis, lucrativas e longevas. 
A preocupação com o futuro da criação de produto é essencial, pois só quem é competitivo e tem qualidade irá alcançar a estabilidade em seus negócios. Engenheiros devem ter plena capacidade de criação e elaboração e assistênciaem suas atividades.
Bibliografia
Silva, D. C. (s.d.). https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/movimentos-translacao-rotacao.htm. Fonte: Mundo Educação.
Teixeira, M. M. (s.d.). Momento de Inércia. Fonte: Prepara Enem.