Revisão Bibliográfica Sistemática: Uso de Circuitos Elétricos para Automação de um Reator de Biodiesel

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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SISTEMÁTICA SOBRE CIRCUITOS ELÉTRICOS PARA AUTOMAÇÃO DE UM REATOR DE BIODIESEL
1 INTRODUÇÃO
	Os circuitos elétricos são usados para ligar dispositivos elétricos e eletrônicos de acordo com suas especificações de funcionamento e a sua utilização adequada faz o processo operacional adquirir melhor qualidade e maior flexibilidade nos resultados.
	Requisitos de alto rendimento de produção, confiabilidade na operação e baixas probabilidades de falhas não detectadas no sistema, em combinação com rápida velocidade de desenvolvimento e baixos custos de produção, requerem abordagens de projeto mais detalhadas e cuidadosas (GRANIG, et. al, 2019).
	Os sistemas de sensores integrados, que são produzidos em alto volume para aplicações críticas de segurança, como automotivas, por exemplo, requerem um projeto mais acurado e estratégias de otimização (GRANIG, et. al, 2019).
Em vista disso, é necessário realizar uma coleta de dados sobre o estado da arte acerca da utilização dos circuitos elétricos para o acionamento e comando de máquinas elétricas e equipamentos elétricos, para auxiliar o desenvolvimento de um painel elétrico de um Reator de Biodiesel e garantindo que ele atue corretamente.
Paralelamente, esta pesquisa também atende as ODS (Objetivos de Desenvolvimento Sustentável) propostas pela ONU (Organização das Nações unidas), satisfazendo o objetivo de número 9.4, que visa modernizar a infraestrutura e reabilitar as indústrias para torná-las sustentáveis, com eficiência aumentada no uso de recursos e maior adoção de tecnologias e processos industriais limpos; e o objetivo 4.4, o qual promove a qualidade de ensino e oportunidades de aprendizagem como esta, para todos estudantes (ONU, 2021). 
Diante disso, essa Revisão Bibliográfica Sistemática (RBS) teve como finalidade verificar a literatura a respeito da aplicação dos circuitos elétricos para facilitar o processo de automação de um Reator de Biodiesel.
2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
	A revisão bibliográfica sistemática é o processo de coletar, conhecer, compreender, analisar, sintetizar e avaliar um conjunto de artigos científicos com o propósito de criar um embasamento teórico-científico (estado da arte) (CONFORTO; AMARAL; SILVA, 2011), com o objetivo de fornecer uma base sólida para um tópico e pesquisa método (LEVY; ELLIS, 2006).
	Para o desenvolvimento do artigo, utilizou-se o modelo apresentado pelo CONFORTO, AMARAL E SILVA (2011), no caso, o RBS Roadmap, método organizado em três fases:
· Entrada: Problema, objetivo, fontes primárias, strings de busca e critérios de inclusão
· Processamento: Condução das buscas e análise dos resultados.
· Saída: Síntese dos resultados 
	Todas as etapas executadas nessas três fases para a realização dessa RBS foram auxiliadas pelo software StArt (State of the Art through Systematic Review), uma ferramenta gratuita desenvolvida no Laboratório de Pesquisa em Engenharia de Software da UfScar que possibilita uma certa facilidade nessa categorização (IBPAD, 2017).
2.1 Entrada
	Primeiramente, definiu-se o problema de pesquisa, o objetivo, as bases de dados, as strings de busca e os critérios de inclusão e exclusão das publicações. O Quadro 1 apresenta os parâmetros de entrada da RBS.
Quadro 1 - Parâmetros de entrada da RBS.
	Problema
	Como os Circuitos Elétricos podem ajudar no processo de Automação?
	Objetivo
	Verificar o estado da arte, por meio de uma Revisão Bibliográfica Sistematizada (RBS), sobre da aplicação dos circuitos elétricos para facilitar o processo de automação com base nas publicações em periódicos acadêmicos sobre o tema.
	Bases de Dados
	IEEE
Science Direct
Scopus
	Strings de busca
	(“electric circuit” AND “automation”)
	Critérios de inclusão 
	Inclusão (I) - Pesquisas envolvendo circuitos elétricos 
Inclusão (I) - Pesquisas envolvendo circuitos elétricos para automatização
Inclusão (I) - Trabalhos publicados e disponíveis integralmente nas bases científicas buscadas
	Critérios de exclusão 
	Exclusão (E) - Pesquisas que não envolvem circuitos elétricos
Exclusão (E) - Trabalhos que não tenham relação com a pesquisa
Fonte: Elaborado pelo autor.
	Definidos os parâmetros de entrada para a execução da RBS e declaradas explicitamente no protocolo da pesquisa, passou-se para a etapa de processamento, com busca nas bases de dados e análise das publicações.
2.2 Processamento
	O Quadro 2, apresenta o resultado do processo de busca pelas bases de dados, por artigos relacionados ao tema de interesse.
Quadro 2 - Resultados das buscas.
	Base de Dados
	Geral
	A partir de 2017
	Artigos originais
	IEEE
29/04/2021
	97
	32
	33
	Science Direct
29/04/2021
	680
	248
	174
	Scopus
29/04/2021
	323
	93
	32
	Total
	1100
	373
	239
Fonte: Elaborado pelo autor.
A partir dos resultados obtidos, pode-se traçar uma relação entre quantidade de artigos publicados nas bases de dados e o ano, conforme é representado na Figura 1, onde é possível observar um aumento da quantidade de artigos a respeito da utilização dos circuitos elétricos para automação de processos ao longo dos anos. A tendência é que esses números continuem crescendo, conforme a indústria 4.0 se expande. 
Figura 1 - Relação da quantidade das publicações nas bases de dados e o ano.
 
Fonte: Elaborado pelo autor.
	Os resultados obtidos do processo de busca foram exportados em formato RIS para o software StArt. Os artigos classificados como duplicados foram identificados e excluídos automaticamente pelo sistema. 
	Posteriormente, foi realizada a análise e seleção de palavras-chave relacionadas com tema da pesquisa, com o intuito de identificar os artigos mais relevantes, atribuindo uma pontuação e dividindo-os em quadrantes: Q1, Q2, Q3 e Q4, onde é sugerido que os artigos classificados no primeiro quadrante sejam aceitos e os do quarto quadrante sejam rejeitados e os do segundo e terceiro quadrantes sejam revisados manualmente, o qual fora executado. 
A classificação automática considerando a pontuação dos artigos foi feita pelo próprio sistema, com base na triagem das seguintes palavras-chave: actuators, Arduino, Arduino UNO, automated production systems, automation, automation system, circuit, circuit diagram, connection circuit, electric circuit, electrical installations, electricalparameters, industrial internet of things, industry automation, instrumentation, integrated circuit modeling, integrated systems, microcontrollers, modelling, relay protection, sensor, sensor calibration e temperature sensors.
Como critérios de inclusão dos artigos, foram utilizados somente os que abordavam pesquisas envolvendo circuitos elétricos, os circuitos elétricos para automatização e os trabalhos publicados e disponíveis integralmente nas bases científicas buscadas.
Foram excluídos com base no título e nas palavras-chave dos trabalhos, os artigos que não envolviam circuitos elétricos e/ou trabalhos que não possuíam relação com a pesquisa. 
	A análise dos artigos por meio dos títulos, resumos e palavras-chave, foi realizada respeitando os critérios de inclusão e exclusão estabelecidos inicialmente no protocolo de pesquisa (Start), selecionando-se 46 artigos. A Figura 2, ilustra a quantidade de artigos aceitos e rejeitados nessa etapa inicial de seleção de artigos.
Figura 2 – Resultados de aprovação e rejeição dos artigos
Fonte: Elaborado pelo autor.
Após a leitura e análise do resumo de cada artigo, 16 foram selecionados para serem lidos. A seção a seguir apresenta a síntese dos resultados obtidos na terceira fase do método RBS Roadmap.
A figura abaixo apresenta uma nuvem de palavras construída a partir das palavras-chave dos artigos selecionados. Pode-se observar maior destaque aos termos Automation, Integrated-circuit-modeling, Energy-harvesting, Optimization e Modelling.
Figura 3 – Nuvem de palavras
Fonte: Elaborado pelo autor.
A seguir, no Quadro 3, é apresentado os dezesseis artigos selecionados para essa pesquisa, com informações de autoria, ano de publicação, título e resumo do artigo.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Quadro3 - Relação dos artigos selecionados pelo método RBS Roadmap.
	Autores 
	Ano
	Título
	Resumo
	Grzybek, Dariusz ; Micek, Piotr
	2017
	Piezoelectric beam generator based on MFC as a self-powered vibration sensor
	O elemento básico do gerador é feito de material piezoelétrico no qual a energia elétrica é gerada como resultado das deformações causadas por reações da estrutura mecânica do gerador. Os geradores, nos quais o elemento principal é uma viga em consola construída de material básico e de material piezoelétrico, são uma das estruturas, que são utilizadas para a captação de energia das vibrações mecânicas. Contudo, o gerador de feixe piezoelétrico tem uma aplicação limitada no fornecimento de um sensor, pois a quantidade de energia elétrica gerada por tal gerador não ultrapassa alguns mili Watts e é alcançada apenas se a frequência de vibração da fonte de energia mecânica for igual à frequência de ressonância de um feixe do gerador piezoelétrico.
Em contraposição a essas abordagens, o artigo apresenta a investigação experimental sobre a ação de um sensor sem fio autoalimentado em que uma diminuição da quantidade de energia consumida foi conseguida através da utilização de um gerador de feixe piezoelétrico, que alimenta o rádio transmissor, como um sensor de vibração.
O sensor de vibração autoalimentado apresentado com base em um gerador de feixe piezoelétrico equipado com um circuito de captação de energia padrão, um transmissor de rádio e um sistema de controle de transferência de energia permitindo a potência de um transmissor de rádio para o nível estabelecido de energia armazenada no capacitor que permite a detecção de vibrações perigosas para a estrutura do edifício, monitoradas por este sensor. 
	S. Agarwal ; N. Agarwal
	2017
	An algorithm based low cost automated system for irrigation with soil moisture sensor
	Neste artigo é apresentado uma das aplicações da placa Arduino mega 2560 e sensores ultrassônicos para modernização social de tecnologia embarcada. O objetivo é construir um robô avançado autônomo e autocalibrado com sensores e atuadores que possam ser usados para operações de irrigação na agricultura. Com o desenvolvimento da tecnologia, a automação é canalizada com o processo para facilitar a irrigação para aumentar a produtividade das safras, além da conservação do recurso hídrico e do tempo.
	Lin, C.-H. ; Li, C.-S. ; Ku, T.-T. ; Ho, C.-Y.
	2021
	Implementation of feeder automation using colored petri nets
	A automação do alimentador é uma das principais funções do sistema de automação da distribuição da Taiwan Power Company, pois a automação do alimentador reduz a duração da interrupção do cliente quando uma contingência de falha ocorre em um alimentador de distribuição. A fim de propor uma estratégia de restauração de serviço para uma automação mais eficiente, um mecanismo de inferência usando uma rede de transição colorida é empregado para derivar as operações de chaveamento apropriadas, considerando as restrições operacionais de um sistema de distribuição. Os resultados mostram que o modelo CPN proposto pode ser aplicado de forma eficiente para o FDIR do sistema de distribuição.
	Al-Mashakbeh, A.S
	2018
	Development of the analitical method for nonlinear circuits analysis with the use of the admittance and resistance orthogonal components
	É proposto um método para a análise de circuitos elétricos não lineares com o uso das componentes ortogonais de admitância instantânea e resistência. As equações de equilíbrio para os componentes de admitância instantânea e resistência são analisadas e com base nelas, são determinados os componentes harmônicos da corrente do circuito elétrico não linear, baseado em uma resistência linear e não linear ativa, conectada em série. As vantagens do método proposto incluem sua versatilidade no uso, a possibilidade de avaliar a influência dos parâmetros do circuito na composição do espectro de corrente, boa adaptação à automação dos cálculos no domínio da frequência, capacidade de obter o resultado previsto independentemente do grau do polinômio de aproximação e o número de harmônicos analisados.
	Cai, Qinlin ; Zhu, Songye
	2020
	Unified strategy for overall impedance optimization in vibration-based electromagnetic energy harvesters
	Coletores de energia eletromagnética baseados em vibração envolvem um efeito de acoplamento aparente entre a dinâmica das estruturas mecânicas e o circuito elétrico. Este artigo propõe uma estratégia de otimização de impedância geral unificada para o circuito de colheita para atingir a potência máxima de saída e eficiência energética, e tal estratégia unificada é aplicável a uma série de casos com complexidade estrutural diferente, diferentes tipos de excitações e diferentes níveis de acoplamento efeitos entre sistemas mecânicos e elétricos. Os resultados da simulação validam com sucesso a eficácia e a precisão da estratégia geral de otimização de impedância proposta para melhorar o desempenho de coleta de coletores de energia eletromagnética baseados em vibração.
	Sah, Dipak K. ; Amgoth, Tarachand
	2020
	Renewable energy harvesting schemes in wireless sensor networks: A Survey
	Em técnicas de gerenciamento de energia, é discutido sobre os vários métodos para economizar o consumo de energia das redes de sensores de captação de energia. Notavelmente, neste artigo foi estudado as estratégias de projeto de protocolo para economia de energia e estratégias essenciais, como previsão para maximizar a captação de energia dos nós nos sensores. Também se resumiu suas deficiências e capacidade de lidar com o sistema de captação de energia. Em esquemas de colheita de energia renovável, apresentamos vários mecanismos de colheita de energia, como solar, eólica e outros. Também se discutiu os diferentes mecanismos de captação de energia, especialmente suas estratégias de projeto de protocolo para maximizar a captação de energia, resumindo seus méritos e deméritos. O trabalho também aborda várias questões desafiadoras para RSSFs para coleta de energia, seguidas por direções de pesquisas futuras e algumas aplicações recentes.
	Micek, Piotr ; Grzybek, Dariusz
	2020
	Wireless stress sensor based on piezoelectric energy harvesting for a rotating shaft
	Um eixo é um componente mecânico que transmite força mecânica e torque. Uma falha do eixo pode resultar em sérios danos à máquina em operação. Por essa razão, técnicas de monitoramento de contato ou sem contato do eixo giratório foram desenvolvidas para evitar esse dano. A técnica de contato apresentada consiste em um sensor sem fio baseado em coletor de energia piezoelétrico e um sistema de transmissão de rádio. Tal sensor sem fio construído baseado em um coletor de energia piezoelétrica foi testado em bancada de laboratório que continha um eixo giratório com sistema de geração de força, uma correia de transmissão com sistema de geração de movimento rotacional e um sistema de medição.
	Granig, Wolfgang ; Faller, Lisa-Marie ; Hammerschmidt, Dirk ; Zangl, Hubert
	2019
	Dependability considerations of redundant sensor systems
	Os sistemas de sensores integrados, que são produzidos em alto volume para aplicações críticas de segurança, como automotivas, requerem um projeto cuidadoso e estratégias de otimização. Para aumentar sua confiabilidade, esses sistemas são frequentemente usados em configurações redundantes. No entanto, em muitos casos, isso não é suficiente: requisitos de alto rendimento de produção, confiabilidade na operação, baixas probabilidades de falhas não detectadas no sistema, em combinação com rápida velocidade de desenvolvimento e baixos custos de produção, requerem abordagens de projeto mais detalhadas e cuidadosas. Em vista disso, esse trabalho sugere abordagens de design estatístico, estimativa e otimização para a definição e design de produtos eficientes. A metodologia sugerida é mostrada exemplarmente para um sistema de sensor de campo magnético Hall linear integrado redundante para aplicações automotivas críticas de segurança.
	G. D. Koltun ; S. Feldmann; D. Schütz ; B. Vogel-Heuser
	2017
	Model-document coupling in aPS engineering: Challenges and requirements engineering use case
	Especialmente devido à complexidade cada vez maior dos sistemas de produção automatizados, a engenharia de sistemas baseada em modelos (MBSE) está ganhando cada vez mais importância. No entanto, os modelos de sistema não são independentes - em vez disso, eles estão relacionados a uma infinidade de documentos de engenharia, como documentos de especificação de requisitos, desenhos CAD ou diagramas de circuitos elétricos. Para contornar esse problema, este artigo propõe um conceito para acoplamento de modelos e documentos em sistemas de produção automatizados a exemplo de modelos de engenharia de requisitos. Imaginamos que o conceito seja uma base para futuras extensões que visam melhorar as abordagens MBSE atuais para torná-los mais produtivos e atraentes para aplicações práticas durante a engenharia de sistemas de produção automatizados.
	Chen, Ching-Han ; Lin, Ming-Yi ; Guo, Xing-Chen
	2017
	High-level modeling and synthesis of smart sensor networks for Industrial Internet of Things
	Neste trabalho, usamos uma metodologia de projeto de alto nível para a rápida síntese de hardware de um sistema complexo de rede de sensores inteligentes (SSN). Aplicamos regras de síntese de alto nível para gerar uma linguagem de descrição de hardware VHSIC (VHDL) - hardware eficiente para um controlador de sensor inteligente e controlador de gateway inteligente. Esses controladores de hardware embarcados são gerados automaticamente para integrar todos os módulos funcionais inteligentes em um sistema embarcado complexo e um circuito de hardware é então sintetizado. Além disso, essa metodologia permite uma qualidade de design coerente, curto período de design, baixo custo de desenvolvimento e curto tempo de colocação no mercado para aplicações industriais complexas.
	Oliveira, J.V.P. ; Coelho, A.L.F. ; Silva, L.C.C. ; Viana, L.A. ; Pinto, A.C.V. ; Pinto, F.A.C. ; Oliveira Filho, D.
	2020
	Using image pre-mapping for applications of monitoring electrical switchboards
	A detecção de possíveis falhas na instalação elétrica através da análise do quadro elétrico (ESB) não é atualmente realizada de forma eficiente, uma vez que o problema geralmente é detectado apenas quando um operador qualificado inspeciona o ESB, seja por acaso ou apenas na data de manutenção especificada. Considerando o uso frequente e atual de imagens termográficas para aplicações em circuitos elétricos e a necessidade de sistemas mais eficientes e seguros para detectar problemas em instalações elétricas, este trabalho teve como objetivo desenvolver um método para detecção e identificação de falhas em instalações elétricas através de imagens termográficas do ESB.
	B. L. Protea ; C. Muscai ; V. Navrapescu ; E. Spunei ; I. Piroi ; F. Piroi
	2018
	Computer Assisted Equipment Selection for Components of Electric Panels
	Neste trabalho, é apresentado um software especializado que deve ser utilizado nas fases de licitação ou projeto para a escolha ideal dos equipamentos que compõem o sistema de comutação automática da fonte de base para a fonte de backup. A utilização do software não requer amplos conhecimentos de engenharia elétrica, nem de projeto, nem de dimensionamento de circuitos elétricos, podendo ser utilizado por licitantes e fornecedores. A vantagem de utilizar este software é a possibilidade de selecionar rapidamente o equipamento técnico necessário para obter um sistema de automação tecnicamente competitivo a um preço conveniente.
	Dzundza, B.S.
	2018
	Automated hardware-softw are system for measurement of thermoelectric parameters of semiconductor materials
	Foi apresentado um circuito elétrico e desenvolvido um programa de computador que permite a automação da medição, registro e processamento inicial dos dados com a possibilidade de mapear as dependências temporais para análise preliminar dos dados experimentais no processo de medição.
	Bodunde, O.P. ; Adie, U.C. ; Ikumapayi, O.M. ; Akinyoola, J.O. ; Aderoba, A.A.
	2019
	Architectural design and performance evaluation of a ZigBee technology based adaptive sprinkler irrigation robot
	A irrigação é uma medida auxiliar para resolver o problema de água inadequada para plantio e vegetação em locais secos e durante as estações secas. Neste artigo, o projeto arquitetônico e a avaliação do desempenho de um robô de irrigação por aspersão adaptativo são apresentados. A estrutura mecânica do chassi do robô foi projetada usando SolidWorks e as montagens com microcontrolador Arduino Uno e módulo ZigBee XBee. Notou-se que o teor de umidade do solo durante o dia é menor do que após a irrigação. A eficiência do robô de irrigação também foi examinada pela relação entre o volume de água transportado e a velocidade do robô aspersor.
	Y. I. Sepp ; M. A. Sitnikov
	2020
	Vibroactivity of Contact Connections as a Source of Non-sinusoidal Currents in Electrical Circuits
	As conexões de contato dos condutores de corrente sob a influência da vibração alteram a composição harmônica das correntes que fluem através de tais conexões. São apresentadas fórmulas para cálculo de harmônicos de corrente adicionais produzidos por influência da vibração de conexão de contato. As estimativas numéricas apresentadas mostram a importância de levar em conta tal influência na análise da composição harmônica das correntes elétricas que fluem através de tais compostos.
	Lin, Yu-Ju ; Tan, Chih-Fan ; Huang, Chin-Yin
	2019
	Integration of Logic Controller with IoT to Form a Manufacturing Edge Computing Environment: A Premise
	A latência de comunicação e a grande quantidade de dados de detecção impedem a aplicação de IoT na manufatura inteligente quando a computação em nuvem está associada aos aplicativos de IoT. Para reduzir o problema de lacuna, esta pesquisa apresenta primeiro uma arquitetura de 5 níveis para manufatura inteligente, para realizar a fabricação inteligente sem alterar as operações de fabricação no local. Esta pesquisa desenvolve uma premissa de Caixa de Controle Inteligente (SCB). O SCB pode por exemplo, fornecer orientações e conselhos adicionais, visto que os dados coletados da camada de equipamento são aprendidos na camada de cognição e conhecimento para auxiliar as operações na camada de equipamento. Em vista disso, a premissa de design do SCB nesta pesquisa pode ajudar a transformar a automação da manufatura da Indústria 3.0 para a Indústria 4.0.
Fonte: Elaborado pelo autor.
 
	Dado o exposto, percebe-se que a complexidade dos sistemas de produção automatizados vem aumentando, dessa forma cresce também trabalhos que apresentam novas técnicas e métodos para detecção e identificação de possíveis falhas em instalações elétricas, de modo a garantir uma automação mais eficiente e segura dos processos. Nesse sentido, foi possível coletar informações de algumas aplicações de otimização para a construção e aprimoramento do painel elétrico, garantindo que ele opere suas funções de maneira automatizada, eficaz e segura.
Além disso, as estratégias e conceitos apresentados são de extrema relevância para o avanço de futuras extensões que buscam melhorar as abordagens atuais da otimização dos circuitos elétricos, com o objetivo de torná-los mais produtivos e atraentes para aplicações práticas durante a engenharia de sistemas de produção automatizados.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Todos os trabalhos analisados e selecionados por meio da RBS contribuíram substancialmente para a compreensão do estado da arte a respeito da utilização dos circuitos elétricos para a automação de um reator de biodiesel.
Nos últimos anos, a complexidade dos sistemas de produção automatizados ficou maior, exigindo cada vez mais um projeto apurado e estratégias de otimização dos circuitos elétricos para garantir uma automação eficiente. Paralelamente, cresce a quantidade de estudos com novas abordagens e métodos para contornar esse problema. Logo, surgiram pesquisas apresentando novas técnicas de design estatístico, estimativae otimização para a definição e design de produtos de qualidade. 
Ademais, foi observado muitos trabalhos acerca da utilização dos circuitos elétricos e a importância de ser realizado um planejamento detalhado do projeto. Para tal, é proposto um método para a análise de circuitos elétricos não lineares com o uso das componentes ortogonais de admitância instantânea e resistência. As vantagens do método proposto incluem a versatilidade no uso, a possibilidade de avaliar a influência dos parâmetros do circuito na composição do espectro de corrente e a boa adaptação à automação dos cálculos no domínio da frequência.
Dessa forma, foi possível observar que as pesquisas a respeito do uso dos circuitos elétricos para automatização vêm crescendo progressivamente, mas ainda há muito a se explorar quanto ao desenvolvimento de novas formas de automatizar e aprimorar o setor industrial, adotando o uso de tecnologias e processos industriais limpos e ambientalmente sustentáveis.
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