AMPLIFICADORES OPERACIONAIS - PARTE 2

 CIRCUITO SEM REALIMENTAÇÃO

Comparador de Tensão

Em um circuito onde o amplificador operacional opera em malha aberta, ou sem realimentação, o ganho é determinado pelo próprio fabricante e não é possível ser controlado. Na maioria das vezes estes circuitos são utilizados em circuitos comparadores.

Fonte: Autor, 2022.

Observe o cirtuito a seguir:

Fonte: Autor, 2022.

A tensão se saída é dada por: Vo = (Vr - Vi) . Av

O ponto de comutação de um comparador também pode ser chamado de limiar de comutação ponto de referência, ou seja, é o valor de tensão que determina o estado da saída do amplificador operacioanl. Com base no circuito acima, observe que o ponto de comutação é determinado pela tensão na entrada Vr = 6V. Assim, quando a tensão de entrada está abaixo da tensão de referência, a saída permanece desativada e quando a tensão de entrada supera a tensão de refência, a saída muda de estado. 

A tensão de saída do amplificador operacional depende da tensão de alimentação, ou seja, O nível mínimo e máximo serão aproximadamente iguais a tensão de alimentação. Exemplo:

• Se a tensão de alimentação for +5V e 0V.
  Vi > Vr, Vout = 5V.
  Vi < Vr, Vout = 0V.
• Se a tensão de alimentação for +12V e -12V.
  Vi > Vr, Vout = +12V.
  Vi < Vr, Vout = -12V.
  

Continua...

AMPLIFICADORES OPERACIOANIS - PARTE 1

A eletrônica analógica sempre me fascinou, especialmente os circuitos relacionados à amplificadores e processadores de áudio. Mantenho ainda com muito carinho meus equipamentos analógicos, entre eles um tape-deck duplo Technics, um toca discos Sony, um CD Player Sony e em especial um Sintonizador CCE SR-3070, projeto Kenwood KR-3090. No entanto sempre gostei de fazer algumas montagens especialmente aqueles relacionados à sistemas de som.

Esta postagem é parte de uma série de postagens relacionadas à amplificadores operacionais que estou publicando no Blog da Romatec, empresa da qual faço parte do quadro societário. A intensão é compartilhar um pouco sobre os amplificadores operacionais, além de apresentar alguns circuitos práticos que pretendo montar para facilitar o entendimento e também apresentar na prática o funcionamento dos amplificadores operacionais.

Então vamos lá!

UM POUCO DA HISTÓRIA

Em 1941, Karl Dale Swartzel Jr. (1907 a 1998), inventa e registra a patente do 'amplificador somador', quando trabalhava na Bell Labs. Sua criação foi influenciada pelo desenvolvimento dos computadores analógicos nos anos de 1940, quando se viu a necessidade de criar um dispositivo capaz de realizar operações matemáticas. Os primeiros modelos foram desenvolvidos com base nas válvulas termiônicas, muito utilizadas na época e consideradas como a grande invenção daquele período.

Fonte: Patente US2401779 de Karl D. Swartzel Jr.

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Definição

Um amplificador operacional é um amplificador CC multiestágio com entrada diferencial cujas características se aproximam de um amplificador ideal (PERTENCE, 2003).

Características

• Alta impedância de entrada;
• Baixa impedância de saída;
• Ganho muito alto (AV);
• Resposta de frequência infinita;
• Insensibilidade à temperatura.

Simbologia

Fonte: Adaptado de Wendling, 2010.

Aplicações

Entre as aplicações mais comuns dos amplificadores operacionais são: sistemas eletrônicos de controle industrial, em equipamentos médicos e hospitalares, em sistemas de instrumentação e de aquisição de dados, em telecomunicações, sistemas de áudio, circuitos analógicos para realizar operações matemáticas, entre outras.

Suas principais aplicações são realizar operações matemáticas de integração, diferenciação, soma e multiplicação, quando estão operando na região linear (região ativa). Na região de saturação, pode ser utilizado como comparador, gerador de onda quadrada, dente de serra, filtros ativos, osciladores, etc.

Modo de operação

Os amplificadores operacionais podem ser utilizados de três modos: sem realimentação (malha aberta), com realimentação positiva ou negativa (malha fechada) e modo diferencial.

Continua...

2º ENCONTRO - CONVERSANDO SOBRE A INDÚTRIA 4.0

Olá Pessoal!

No dia 26 de maio foi realizado o primeiro encontro virtual, para conversar sobre a indústria 4.0. O evento tem o objetivo de estimular profissionais que atuam na área de manutenção a debater sobre as tecnologias emergentes que irão transformar o futuro próximo. A base dos assuntos abordados foi publicado aqui no Blog no dia 24. Na ocasião foi apresentado o conceito e os nove pilares da indústria 4.0.

Os presentes debateram o assunto e junto elaboraram cinco tópicos que relacionam os desafios e cinco tópicos que relacionam as oportunidades que serão discutidos nos próximos encontros.

O segundo encontro será realizado no dia 09 de maio, as 19h30min. Neste encontro a pauta será os cinco tópicos relacionados aos desafios a serem enfrentados pelos profissionais que atuam direta ou indiretamente na digitalização da indústria.

       Pauta:

1. Otimizar sistemas de informática e as redes de comunicação.
2. Quebrar paradigmas, o começo de uma nova gestão da manutenção.
3. Integrar a indústria 4.0 aos operadores.
4. Adaptar os novos sistemas de controle à gestão da manutenção.
5. Demonstrar a importância de adequar máquinas e equipamentos à indústria 4.0.

Segue alguns links com leitura prévia que podem contribuir com o evento:

• Agenda Brasileira para a Indústria 4.0
• Ind40 Manufatura Avançada
• Impacto das tecnologias digitais da Indústria 4.0 na Cultura Organizacional das Empresas
• Políticas para o desenvolvimento da indústria 4.0 no Brasil

ELETRÔNICA DE POTÊNCIA - LITERATURA BRASILEIRA

 

Olá Pessoal!

Gostaria de compartilhar com vocês minha algo que considero um excelente oportunidade de adquirir livros de excelente qualidade com preço muito acessível. A imagem acima ilustra os exemplares que comprei diretamente através da página do autor Ivo Barbi. Ambos são de uma linguagem acessível e abordam assuntos de extrema relevância para todo bom profissional que atua na área da eletrônica de potência.

Antes de mais nada, preciso deixar claro que esta publicação é de livre e espontânea vontade. Não há e não obtive qualquer vantagem ao fazer esta publicação. O objetivo é simplesmente compartilhar a informação e permitir que outras pessoas possam aproveitar esta oportunidade sem igual. Na página do autor há outros livros disponíveis para compra, bom como livros para baixar gratuitamente.

Alguns meses atrás eu comprei os dois exemplares, um sobre projetos de fontes chaveadas e outro sobre eletrônica de potência. Para quem tiver interesse, vou deixar os links para acesso:

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Você também baixar outras obras que o autor disponibiliza gratuitamente. Acesse a página principal, acesse pelo menu LIVROS > LIVROS PARA DOWNLOAD e escolha o que desejar.

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Agora que você já sabe o caminho desta oportunidade bacana, posso dar minha sugestão? Se você baixar os materiais gratuitos, adquira pelo menos um dos outros livros que está à venda. Desta forma você estará contribuindo e incentivando o trabalho do autor.

Na internet é possível encontrar muita coisa gratuita, mas nem sempre é de fonte confiável. Por isso vale lembrar que todo material de qualidade que nos é oferecido gratuitamente, de alguma forma envolveu custos, seja relacionado à tempo ou dinheiro. Então, façamos nossa parte. Vamos contribuir para que estes materiais continuem sendo disponibilizado gratuitamente.

Grande abraço.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS SENSORES CAPACITIVOS

Olá!

Esta é mais uma publicação da série Atividade Prática. O conteúdo a seguir é o resultado da atividade prática desenvolvida para disciplina de Materiais Elétricos, apresentado em forma de artigo para atender as especificações da atividade.

RESUMO

Para aperfeiçoar o conhecimento acerca de sensores capacitivos foi realizado um estudo do princípio de funcionamento, objeto ou meio detectado, tipo de aplicação e as vantagens da utilização, obtendo-se desta forma uma compreensão detalhada desta tecnologia aplicável aos mais diversos segmentos de eletroeletrônica.

Palavras chave: Sensor capacitivo, transdutor capacitivo, capacitor, constante dielétrica.

1. INTRODUÇÃO

Sensores ou transdutores capacitivos são componentes com funcionamento baseado nos princípios básicos do capacitor. A diferença básica está na forma como as placas estão dispostas, tendo o ar como dielétrico. Quando algum objeto é aproximado do sensor ocorre variação de capacitância e o sistema de controle passa atuar em razão desta variação. Sua aplicação está voltada para monitorar objetos não metálicos, podendo ser utilizado nas mais diversas aplicações da área eletroeletrônica.

2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Para facilitar o estudo acerca de sensores capacitivos é importante conhecer o conceito básico do capacitor, conhecido também como condensador. O capacitor é um componente capaz de armazenar energia potencial elétrica e carga elétrica. Geralmente composto por placas condutoras separadas por um material isolante chamado dielétrico. O processo de armazenamento da carga elétrica consiste em retirar elétrons de uma placa e transferir para outra. Esta movimentação dos elétrons é igual à energia potencial elétrica armazenada no capacitor devido à diferença de potencial entre as placas.

Figura 1 - Capacitor de placas paralelas (Young, 2009).

A razão entre a diferença de potencial entre as placas do capacitor e a carga armazenada em cada uma das placas determina o valor de capacitância do capacitor. A capacitância é diretamente proporcional à área das placas e da constante dielétrica do material isolante e inversamente proporcional à distância entre as placas. Essa capacitância será constante se a geométrica do sistema não alterar.

A diferença básica entre um sensor capacitivo e um capacitor convencional está na forma como suas placas estão dispostas. Nos capacitores as placas são dispostas uma sobre a outra e nos sensores capacitivos uma ao lado da outra. Nos sensores capacitivos o dielétrico é o ar, que tem constante dielétrica igual a 1. Assim quando algum objeto, com constante dielétrica maior do que 1, é aproximado da zona de atuação do sensor o valor da capacitância sofre alteração.

Figura 2 - Valores da constante dielétrica k para 20ºC.

Fonte: Young e Freedman, Física III – Eletromagnetismo.

O princípio de funcionamento dos sensores capacitivos baseia-se na variação de capacitância de um elemento sensor para determinar a frequência de um oscilador, circuito ressonante, no circuito de controle que processa a variação da frequência acionando um circuito de comutação, suficiente para acionar circuitos externos ao sensor, podendo ser facilmente integrado a controladores lógicos programáveis (CLP) ou até mesmo a pequenos controladores.

Figura 3 - Relação entre posição do objeto e a variação da frequência.

Fonte: Instituto Federal de Santa Catarina.

Estes sensores são fabricados com alta tecnologia e técnicas avançadas, permitindo que todo conjunto eletrônico seja acomodado em um invólucro plástico ou metálico e encapsulado em resina de alta densidade para tornar um sensor resistente às condições mais severas de utilização.

3. TIPO DE OBJETOS OU MEIO DETECTADO

Sensores capacitivos podem ser utilizados nos mais variados tipos processos, são capazes de monitorar e detectar a presença de pós, concentração de gases, objetos e produtos de natureza orgânica e mineral, metais e não metais, sólidos e líquidos, mesmo quando totalmente submersos no produto.

De modo geral um sensor capacitivo pode ser utilizado para detectar materiais diferentes, por exemplo, um sólido ou um líquido sendo necessária apenas a calibração do sensor de acordo com o material a ser detectado. A calibração é realizada por meio de ajuste no circuito de controle para que possa atuar conforme a frequência determinada na aproximação do objeto ao campo de atuação do sensor.

4. TIPOS DE APLICAÇÃO

Os sensores capacitivos são bastante dinâmicos, podem ser aplicados em várias situações onde há necessidade de detectar, de forma precisa, objetos ou materiais de natureza não metálica. Veja alguns tipos de aplicações:

• Controle de nível;
• Detectar o conteúdo de caixas em linha de produção;
• Controle do nível de grãos em silos;
• Monitorar a concentração do pó de arroz em silos;
• Contagem de garrafas, cheias ou vazias, em linha de produção;
• Identificar falha no envaze de produtos embalados em frascos de plástico;
• Medidores de posicionamento com alta precisão;
• Medidores de espessura;
• Identificar a composição de materiais com base na permissividade;
• Identificar posicionamento de fim de curso;
• Contadores em linhas de produção;
• Medição de umidade relativa;
• Analise de óleo mineral, de soja, entre outros;
• Sensores de pressão (utilizado na fabricação de microfones) e
• Monitoramento da concentração de gases.

O avanço da tecnologia tem favorecido a utilização das técnicas de sensoriamento capacitivo aumentando ainda mais as possibilidades de aplicações e nos mais variados produtos, como exemplo, telas e painéis táteis facilmente identificados em televisores, monitores de vídeo, computadores, tablets e smartphones.

5. VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO

Entre as vantagens de utilizar sensores capacitivos, destacam-se as seguintes:

• Detectam objetos e materiais líquidos, sólidos, gasosos, metais e não metais;
• Capazes de detectar materiais ou objetos através de outros;
• Detectam objetos com dimensões reduzidas;
• Possui diversas configurações que facilitam a montagem;
• Alta resolução e precisão na diferenciação dos materiais;
• Acionamento sem contato físico;
• Chaveamento em estado sólido, que aumenta a durabilidade;
• Alta velocidade de resposta; 
• Excelente MTBF.

6. CONCLUSÃO

Este estudo permitiu rever conceitos sobre sistemas físicos de armazenamento de energia potencial elétrica, os capacitores, que são base no princípio de funcionamento dos sensores capacitivos. A identificação dos tipos de materiais capazes de ser detectados por estes sensores forneceu ampla visão para otimizar processos que necessitam de controle diferenciado. Este estudo teve como objetivo estimular e desenvolver o estudo de sensores capacitivos. Os resultados obtidos este estudo não visam esgotar o assunto, pelo contrário, é necessário ampliar ainda mais o conhecimento no âmbito dos sensores em razão das novas tecnologias e técnicas avançadas utilizadas na área de eletroeletrônica.

7. REFERÊNCIAS

YOUNG, Hugh D.; Freedman, Roger A. Física III: eletromagnetismo. 12. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.

NILSON, James W.; Susan A. Riedel. Circuitos elétricos. 10 ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2015.

ROSÁRIO, João Maurício; Princípios de mecatrônica. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.

HALLIDAY, David.; Walker, Jearl.; Fundamentos de física: eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

MIZUGUCHI, Jaime.; Sensores capacitivos por efeito de campo de borda aplicados à quantificação do molhamento foliar e da água presente no solo. Dissertação de Mestrado. Londrina: Universidade Estadual de Londrina, 2014.

CURSOS GRATUITOS COM CERTIFICADO

 

Olá! Estamos vivendo um momento que ficar em casa nunca foi tão importante. No entanto, já se passaram alguns meses do início da pandemia no Brasil e as pessoas já buscam alternativas de entretenimento para lhes mantem em casa já que a saudade dos passeios, de um encontro com amigos no parque entre outras tantas atividades coletivas fora de casa nos inquieta para sair. 

Então, como alternativa de entretenimento e  aprendizado gostaria de compartilhar a oportunidade de fazer um curso on-line grátis, uma arma contra a ansiedade causada pelo isolamento social.

Minha relação com a Uninter começou em 2013, quando iniciei o curso de Tecnologia em Gestão da Produção Industrial. Em 2016 iniciei o curso de Eng. Elétrica e posso afirmar foi um caminho de muito aprendizado, dedicação e disciplina. Em 2017 houve uma mudança na minha carreira profissional, coloquei em prática um projeto antigo onde os conhecimentos adquiridos no curso de tecnologia feito na Uninter fez grande diferença.

A pandemia trouxe muitas mudanças para nossas vidas, entre elas, o ensino à distância que passou a ser fundamental inclusive para instituições de ensino presencial que costumavam fazer críticas ao sistema EAD, que preferiram denominar as aulas à distância de aulas on-line.

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Skipe: mariano.andre

IMPORTANTE: Esta publicação tem a intensão de compartilhar o conhecimento, sem haver qualquer benefício institucional ou financeiro. O Autor acredita que ao compartilhar o conhecimento está contribuindo para diminuir a desigualdade social através da oportunidade de aprendizado.

SISTEMAS EMBARCADOS DE TEMPO REAL

Na segunda postagem da série Atividade Prática, desenvolvidas para o curso de engenharia elétrica, o assunto é sobre sistemas embarcados de tempo real. A atividade teve como objetivo otimizar o conhecimento sobre os assuntos estudados em aula através de uma breve pesquisa acerca dos sistemas embarcados de tempo real.

INTRODUÇÃO 

O uso de sistemas embarcados tem sido cada vez mais frequente à medida que é necessário incorporar certa inteligência em máquinas, equipamentos e dispositivos. Neste contexto destacam-se os sistemas embarcados de tempo real (RTOS) que têm premissa a execução de tarefas com a previsibilidade do tempo para execução.

Este documento tem como objetivo trazer uma breve análise sobre a importância de um do RTOS, suas vantagens e desvantagens, o funcionamento da pilha do processador, o bloco de controle de tarefas e as interrupções de um processador.

O estudo foi realizado com base em estudos bibliográficos e não tem a pretensão de esgotar o assunto, mas sim trazer elementos relevantes para compreensão e análise de um sistema embarcado de tempo real.

OBJETIVO

Trazer uma breve análise sobre a importância de um do RTOS, suas vantagens e desvantagens, o funcionamento da pilha do processador, o bloco de controle de tarefas e as interrupções de um processador.

DESENVOLVIMENTO

A primeira etapa do estudo foi realizar uma análise do princípio de funcionamento de um sistema embarcado de tempo real, onde são identificados os componentes principais do sistema.

A partir desta análise o estudo foi direcionado a responder as questões estabelecidas no roteiro da atividade prática elaborada para disciplina de Sistemas Embarcados. As questões são apresentadas nos subitens seguintes e as respostas são apresentadas na sequência.

EXERCÍCIO 1

Explique com suas palavras a importância de uso de um RTOS em uma aplicação embarcada. Devemos sempre usar um RTOS? Quais as vantagens e desvantagens de uso de um RTOS?

Um sistema operacional é um programa que funciona como interface entre o sistema computacional e usuário. Um sistema operacional é considerado embarcado quando é desenvolvido para funcionar em sistemas computacionais com poucos recursos de hardware (pro-cessamento, memória, periféricos de I/O e energia).

Os sistemas operacionais de tempo real - RTOS são desenvolvidos para aplicações embarcadas ondem o tempo é essencial, ou seja, não precisa ter alta velocidade de processamento, mas o tempo de resposta deve ser conhecido ou previsível em qualquer situação durante a execução das rotinas. Um RTOS pode ser considerado:

• Crítico: quando a execução de uma tarefa fora do tempo previsto vier causar graves consequências afetando pessoas, economia ou ambiente.
• Não-crítico: quando a execução de uma tarefa fora do tempo previsto vier causar a degradação de uma informação ou processo sem grandes consequências e que seja aceitável.

Os sistemas operacionais de tempo real podem ser utilizados nos mais variados tipos de aplicações, desde os mais simples aos mais complexos, mas é preciso considerar os fatores relacionados ao grau de confiabilidade de acordo com a necessidade de cada aplicação. Sua utilização requer avaliação para que haja equilíbrio entre disponibilidade de hardware, desempenho de execução, flexibilização na configuração, ferramentas de desenvolvimento e apoio técnico. Entre as vantagens destacam-se a implementação simplificada, baixo custo adicional e comportamento previsível. Em relação às desvantagens podemos citar a operação sequencial, maior dificuldade para tratar eventos imprevisíveis e a implementação de código com escalonamento manual.

EXERCÍCIO 2

Descreva o que é a pilha de um processador e qual sua utilidade para a concepção de um sistema que possui múltiplos fluxos de execução. Note que em um sistema tradicional, baseado em superlaço, existem múltiplos fluxos de execução concorrentes devido às rotinas de tratamento de interrupções.

A pilha de um processador é uma estrutura utilizada como elo entre as sub-rotinas de chamada e a rotina principal do programa, isto é, um bloco de posições da memória principal utilizado para repassar os dados necessários para execução da sub-rotina, durante a troca de contexto. A pilha utiliza basicamente 3 endereços da memória: endereço da base da pilha, endereço de limite da pilha e o endereço de topo, um registrador especial denominado Stack Pointer (SP), que tem a finalidade de apontar para o último elemento inserido na pilha.

EXERCÍCIO 3

Considerando que duas tarefas utilizam uma mesma função, a qual é não reentrante, sugira, pelo menos, uma solução para evitar a corrupção dos dados quando utilizando um:

a) Núcleo não preemptivo;

b) Núcleo preemptivo.

Em um núcleo não-preemptivo nenhum evento externo deve causar a perda de uso do processador. Uma solução alternativa para evitar a corrupção de dados é desligar as interrupções, internas e externas, e utilizar um registrador para armazenar a condição de chamada de sub-rotinas, ou seja, se a sub-rotina pode ou não ser executada.

Em um núcleo preemptivo um processo em execução pode ser interrompido e ser substituído por outro. Uma alternativa para evitar a corrupção de dados é criar uma seção crítica e não compartilhável. Assim os dados que estavam em uso pelo processo interrompido não poderão ser acessados pelo processo substituído.

EXERCÍCIO 4

Descreva com suas palavras a finalidade do bloco de controle de tarefa (TCB) no RTOS. Tipicamente, que informações são contidas no TCB? Qual a diferença de TCB e contexto de uma tarefa?

O Task Control Block (TCB) é uma estrutura padronizada pela qual os sistemas embarcados de tempo real onde ficam armazenadas as informações de controle das tarefas. A implementação do TCB nos diferentes RTOSs podem variar conforme o desenvolvedor. Tipicamente as informações contidas no TCB são: nome da tarefa; estado da tarefa; prioridade da tarefa; ponteiro da pilha; e parâmetros de memória. As tarefas são processos que são executados pelo sistema, conforme suas solicitações. O contexto de uma tarefa inclui o valor dos registrados de CPU, o estado da tarefa e as informações relacionadas à memória. Para uma troca de contexto é necessário salvar o contexto da tarefa antiga e carregar o contexto do novo processo. O contexto de uma tarefa é armazenado no TCB.

EXERCÍCIO 5

Explique o que ocorre em um processador quando uma interrupção ocorre. Qual o papel da pilha nesse processo? Por que o alinhamento de interrupções deve ser controlado por um núcleo preemptivo?

As interrupções têm a função de interromper o fluxo que está sendo executado pela CPU e desviar o fluxo de processamento para uma sub-rotina em atendimento à solicitação da interrupção. A pilha é utilizada para fazer a troca de contexto entre a rotina principal e a sub-rotina a ser executada. Após a execução da sub-rotina, a CPU recarrega as informações da tarefa anterior, ou a própria rotina principal, armazenadas na pilha e continua a execução do programa do mesmo ponto onde ocorreu a interrupção.

O gerenciamento das interrupções é realizado por um núcleo preemptivo fazendo que sejam respeitadas a ordem de prioridade de cada interrupção. Também controla as interrupções que estão ativas ou inativas, conforme determinado pelo desenvolvedor do sistema operacional.

CONCLUSÃO

Um sistema embarcado é sem dúvida algo que está cada vez mais presente nos equipamentos e dispositivos eletrônicos. O avanço da tecnologia permite que os sistemas embarcados possam ser desenvolvidos para serem executados em dispositivos o mínimo de recursos de hardware, podendo ser executado desde um simples microcontrolador até um micro-processador mais robusto.

O estudo foi realizado com base em estudos bibliográficos e não pretende esgotar o assunto, mas sim apresenta elementos relevantes para compreensão e análise de um sistema embarcado de tempo real.

REFERÊNCIAS

GIMENEZ, Salvador Pinillos. Microcontroladores 8051: Teoria do hardware e do software. Pearson Education: São Paulo, 2002.

SILBERSCHATZ, Abraham. Sistemas Operacionais: conceitos e aplicações. 8ª Ed. Campus: São Paulo, 2000.

TANENBAUM, Andrew S. Sistemas operacionais modernos. 4ª Ed. Peason Education: São Paulo, 2016.

PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: Programação em C. Érica: São Paulo, 2003.

NICOLOSI, Denys Emílio Campion. Microcontroladores 8051 com linguagem C: prático e didático. 2ª Ed. Érica: São Paulo, 2008.

OLIVEIRA, Rômulo Silva de. Sistemas operacionais. 2ª Ed. Sagra Luzzatto: Porto Alegre, 2001.

ITAIPU BIDIRECIONAL

Esta é a primeira publicação de uma série chamada Atividade Prática que tem como objetivo compartilhar com os leitores os assuntos estudados nas disciplinas durante o curso de engenharia elétrica.

RESUMO

Este documento apresenta uma breve análise do princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica; o funcionamento da Itaipu; sistema de geração da Itaipu; e sistema de transmissão da Itaipu. Sobre o sistema de distribuição de energia elétrica é apresentada uma análise do sistema da cidade de Taquara-RS. O estudo foi realizado com base em estudos bibliográficos e não a pretensão de esgotar o assunto, mas sim trazer elementos para compreensão e análise do sistema de geração e de transmissão de energia elétrica gerada pela usina hidrelétrica de Itaipu, bem como o sistema de distribuição de energia na cidade local.

Palavras-chave: Usina hidrelétrica, Geração, Transmissão, Itaipu.

INTRODUÇÃO

A energia elétrica tem sido uma das principais fontes de energia utilizada no mundo. Com o avanço das tecnologias e o aumento da população, o consumo de energia tende a aumentar ainda mais. Por outro lado, a tecnologia traz inovações que permitem criar formas de geração e utilização da energia que visam potencializar o uso das energias renováveis, as quais representam 83% da capacidade instalada de geração da energia elétrica brasileira, segundo relatório do Ministério de Minas e Energia de 2020.

Para construir uma usina hidrelétrica é necessário levar em consideração os impactos sociais e ambientais decorrentes da sua construção. No entanto, por utilizar tecnologia já consolidada, fonte de energia limpa e o baixo custo de operação e manutenção têm sido a melhor opção em termos de geração de energia elétrica.

Este documento tem como objetivo trazer uma breve análise do princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica; funcionamento da Itaipu; sistema de geração da Itaipu; e sistema de transmissão da Itaipu. Para melhorar o entendimento do sistema de distribuição de energia elétrica é apresentada uma análise do sistema são apresentados os resultados de uma análise do sistema de distribuição da cidade de Taquara-RS.

O estudo foi realizado com base em estudos bibliográficos e não tem a pretensão de esgotar o assunto, mas sim trazer elementos relevantes para compreensão e análise do sistema de geração e de transmissão de energia elétrica gerada pela usina hidrelétrica de Itaipu, bem como o sistema de distribuição de energia na cidade local.

OBJETIVO

Trazer uma breve análise do princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica; funcionamento da Itaipu; sistema de geração da Itaipu; e sistema de transmissão da Itaipu.

DESENVOLVIMENTO

A primeira etapa do estudo foi realizar uma análise do princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica, onde são identificados os componentes principais de uma usina. A partir desta análise o estudo foi direcionado ao funcionamento, geração e transmissão da usina de Itaipu. Para melhorar a compreensão sobre os sistemas de distribuição de energia é apresentada uma análise do sistema de distribuição da cidade de Taquara, no Rio Grande do Sul.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM A USINA HIDRELÉTRICA

O princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica é baseado no processo de conversão de energias, mas para realizar este processo é necessário que a água esteja em um nível superior em relação aos demais componentes que compõem os sistemas de conversão utilizados em usinas hidrelétricas. Uma usina hidrelétrica é composta, basicamente, de barragem, sistemas de captação e adução de água, casa de força e vertedouros (TOLMASQUIM, 2016).

Para facilitar o entendimento a figura 1 ilustra um circuito hidráulico de adução e geração.

Figura 1 - Ilustração de uma usina hidrelétrica (PEREIRA, 2015).

A água armazenada no reservatório é conduzida através do conduto forçado até as turbinas que são acopladas aos geradores elétricos. Deste modo a energia potencial da água é convertida em energia cinética por meio das turbinas e a conversão da energia mecânica das turbinas acopladas aos geradores em energia elétrica (GRIGSBY, 2007). O desnível entre os volumes de água do reservatório e do canal de fuga representa um potencial energético aproveitado nas usinas hidrelétricas (TOLMASQUIM, 2016).

As usinas hidrelétricas são construídas de acordo com as características do local de sua construção, levando em consideração a topologia e as condições geológicas, e são classificadas como: usina a fio d’água, usina com reservatório de acumulação e usina reversível.

• Usina a fio d’água: não possui reservatório, utiliza o fluxo disponível para geração;
• Usina com reservatório de acumulação: possui reservatório para acumular água para uso em tempos de estiagem, com fluxo controlado;
• Usina reversível: possui reservatório para acumular água (nível superior) e pode bombear parte da água que fui utilizada (nível inferior) de volta para o reservatório de acumulação, permitindo sua reutilização no processo de geração.

A energia elétrica tem sido uma das principais fontes de energia utilizada no mundo e usinas hidrelétricas possuem uma tecnologia já consolidada, com fonte de energia limpa, com baixo custo de operação e de manutenção, e têm sido a melhor opção em termos de geração de energia elétrica.

Com avanço das tecnologias e o aumento da população, o consumo de energia tende a aumentar ainda mais. Por outro lado, a tecnologia traz inovações que permitem criar formas de geração e utilização da energia que visam potencializar o uso das energias renováveis, as quais representam 83% da capacidade instalada de geração da energia elétrica brasileira (MME, 2020).

Tabela 1 - Fontes renováveis instaladas no Brasil (MME, 2020).

Levando em consideração os impactos socioambientais causados pelas usinas hidrelétricas, novas pesquisas são realizadas para utilizar novas tecnologias que viabilizem o uso de outras fontes de energias renováveis. No entanto, independentemente da fonte de energia utilizada, sempre haverá fatores positivos e negativos diante as novas instalações de uma usina para geração de energia elétrica.

Na década de 80, a Resolução 01/1986 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), ficou critérios básicos e diretrizes gerais para a avaliação de impacto ambiental. Desde então o Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e o Relatório de Impacto Ambiental (RIMA) tornou-se obrigatório para usinas de geração de eletricidade, com capacidade de geração acima de 10MW, de qualquer que seja a fonte de energia primária.

FUNCIONAMENTO DA ITAIPU

A usina de Itaipu é a segunda maior usina hidrelétrica do mundo. É uma empresa binacional, localizada no rio Paraná, construída na fronteira entre Brasil e o Paraguai. O empreendimento teve o início das obras em 1975 e durou até 1982. Sua operação iniciou no dia 05 de maio de 1984 e até dezembro de 2019, segundo o Relatório Anual (2019) produziu o equivalente acumulado à 2.688.207 GWh em energia elétrica. Em 2016 atingiu o recorde por ultrapassar a marca de 103 milhões de MWh em geração de energia (ITAIPU, 2020).

Através da figura 2 podemos ter ideia da dimensão da usina hidrelétrica Itaipu, com uma barragem tem extensão de 7919 metro e altura máxima de 196 metros. A barragem tem um desnível 120 metros e possui 20 comportas por onde é realizada a tomada de água que conduz através dos condutos forçados de 10,5 metros de diâmetro interno e comprimento de 142 metros. A água é conduzida até a caixa espiral que faz a turbina girar (DTIB, 2009).

O vertedouro tem 362 metros largura e 483 metros de comprimento e tem a função de descarregar o excesso de água que o reservatório pode acumular. As 14 comportas podem liberar um volume de água equivalente a 62.200 m³/s que é 40 vezes maior que a vazão média das Cataratas do Iguaçu.

Durante o período de construção da usina, o vertedouro funcionou sem interrupção até a instalação completas das 20 unidades de geração.

Figura 2 - Vista aérea da usina hidrelétrica Itaipu (ITAIPU, 2020).

Figura 3 - Estrutura da barragem (ITAIPU, 2020).

SISTEMA DE GERAÇÃO DA ITAIPU

A usina hidrelétrica de ITAIPU produziu em 2016 mais de 103 milhões de MWh. Possui 20 unidades geradoras instalada, compostas por turbinas do tipo Francis de eixo vertical, com capacidade individual de 700MW de potência, constituem um total de 14.000 MW de potência instalada, sendo 10 unidades para gerar 11,3% da energia consumida no Brasil, com frequência de 60Hz, e 10 unidades para gerar 88,1% da energia consumida no Paraguai, com frequência de 50Hz (ITAIPU, 2020).

Figura 4 - Ilustração da casa de força (ITAIPU, 2020).

Na parte superior da barragem as comportas conduzem o fluxo de água através do contudo forçado até a caixa espiral e através do pré-distribuidor direciona a água na entrada da turbina. A turbina é acoplada ao gerador através de um eixo vertical de 5,5 metros de altura e 3,7 metros de altura (DTIB, 2009).

Na Casa de Força estão alojados as máquinas e equipamentos eletromecânicos responsáveis pela produção de energia, tais como caixa espiral, a turbina, o gerador, o sistema de excitação e o regulador de velocidade. A casa de força é prevista para facilitar a montagem e desmontagem dos equipamentos visando facilitar e simplificar a operação e manutenção de suas partes (SCHREIBER, 1977).

Figura 5 – Registro do pré-distribuidor durante sua fabricação.

Figura 6 - Eixo da turbina, registrado em visita técnica em 2014.

SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE ITAIPU

A unidades geradoras da usina geram a energia a uma tensão 18kV que é transformada na casa de força para 500kV. A energia produzida então é transmitida para os pontos de conexão do sistema brasileiro e paraguaio.

No lado brasileiro a transmissão é realiza por quatro linhas de 500kV, em frequência de 60Hz, para subestação de Foz do Iguaçu, localizada na margem esquerda. Partindo de Foz do Iguaçu, três linhas de 765 kV transmitem a energia produzida até a região de São Paulo, na subestação Tijuco Preto (há duas subestações intermediárias, Ivaiporã e Itaberá). No lado paraguaio a transmissão é realizada por quatro linhas de 500kV, em frequência de 50 Hz, para subestação da margem direita. Parte da energia é transmitida ao Paraguai através de quatro linhas de 220kV. A energia excedente é transmitida para subestação de Foz do Iguaçu que converte esta energia para corrente contínua e transmite para região de São Paulo através de duas linhas de 600kV em alta tensão contínua (ITAIPU, 2020).

Figura 7 - Sistema de interligação das subestações de Itaipu.

A partir da subestação de Foz do Iguaçu, as linhas de transmissão de 230kV seguem para diversas regiões do País. Segundo o Mapa Geoelétrico da ONS (2019), na figura 8, é possível observar as linhas de transmissão distribuídas na Região Sul. As linhas passam por várias subestações que interligam os sistemas elétricos dos estados.

Figura 8 - Sistema de transmissão do sul do Brasil (ONS, 2019).

A figura 9 ilustra os sistemas de transmissão de energia do Paraguai. Diferentemente do Brasil, as linhas de maior tensão são transmitidas em 220kV.

Figura 9 - Sistema de transmissão no Paraguai (DTIB, 2009).

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO NA CIDADE DE TAQUARA-RS

O sistema de distribuição de energia da cidade de Taquara, no Rio Grande do Sul, é proveniente de duas subestações instaladas na cidade. A subestação ilustrada na figura 10 recebe uma linha de transmissão de 230kV, proveniente da subestação CAXIAS II. Na figura 11 temos a subestação que recebe uma linha de transmissão de 138kV, proveniente de três usina hidrelétricas de pequeno porte instaladas na região da Serra Gaúcha.

Figura 10 - Subestação Taquara II de 230kV.

Figura 11 - Subestação Taquara I de 138kV.

Na figura 12 nota-se em detalhe as linhas de transmissão e interconexões das subestações localizadas na Região Metropolitana de Porto Alegre, Vale dos Sinos, Vale do Paranhana e Serra Gaúcha.

Figura 12 - Detalhe do mapa geoeletrico (ONS, 2019).

A partir das subestações Taquara I e Taquara II, interligadas entre si, dois transformadores de 42 MVA rebaixam a tensão para rede de distribuição urbana em Média Tensão (MT) de 13,8kV trifásico. As linhas de MT seguem para os bairros que possuem transformadores que rebaixam a para tensão de rede que é distribuída para as indústrias e consumidores em geral, conforme ilustra a figura 13.

Figura 13 - Transformador rebaixador de tensão.

CONCLUSÃO

A usina hidrelétrica de Itaipu é sem dúvida um dos maiores empreendimentos de engenharia já construído no Brasil. Apesar de estar em operação a mais de 35 anos, sua produção de energia tem sido muito significativa para o sistema energético brasileiro. Sua construção tem sido de suma importância para os estudos de engenharia acerca dos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia.

O estudo foi realizado com base em estudos bibliográficos e não pretende esgotar o assunto, mas sim apresenta elementos relevantes para compreensão e análise do sistema de geração e de transmissão de energia elétrica gerada pela usina hidrelétrica de Itaipu, bem como o sistema de distribuição de energia na cidade de Taquara, no Rio Grande do Sul.

REFERÊNCIAS

TOLMASQUIM, Mauricio Tiomno. Energia Renovável: Hidráulica, Biomassa, Eólica, Solar, Oceânica. EPE: Rio de Janeiro, 2016.

PEREIRA, Geraldo Magela. Projeto de usinas hidrelétricas passo a passo. São Paulo: Oficina de Textos, 2015.

GRIGSBY, Leonard Lee. Electric power generation, transmission, and distribution. CRC Press: 2007.

Ministério de Minas e Energia. Boletim Mensal de Monitoramento do Sistema Elétrico Brasileiro. MME: Abril, 2020.

Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução nº 1: Critérios básicos e diretrizes gerais para a avaliação de impacto ambiental. CONAMA: Publicada no DOU, de 17 de fevereiro de 1986, Seção 1, páginas 2548-2549.

Diretoria Técnica da Itaipu Binacional. Itaipu: usina hidrelétrica – projeto: aspectos de engenharia. DTIB. Foz do Iguaçu: Itaipu Binacional, 2009.

SCHREIBER, Gerherd Paul. Usinas hidrelétricas. Rio de Janeiro, 1977. Operador Nacional do Sistema Elétrico. Mapa Geoeletrico < http://www.ons.org.br/Mapas/MapaGeoeletrico_RededeOperacao_Brasil_2019.pdf >. Acesso em: 20 jul. 2020.

ITAIPU. Nossa História. Disponível em: < https://www.itaipu.gov.br/nossahistoria>. Acesso

em: 20 jul. 2020.

CURSO GRATUITO - INDUSTRIA 4.0

O Centro Senai de Educação a Distância lançou recentemente o curso online gratuito “Desvendando a Indústria 4.0”, que tem como objetivo apresentar ao aluno uma introdução ao tema e a obtenção da base conceitual das tecnologias habilitadoras que suportam a Indústria 4.0.

O curso possui carga horária total de 20 horas e é realizado 100% online.

De acordo com o site do SENAI, para participar alguns requisitos são necessários:

• Ter no mínimo 14 anos de idade
• Estar cursando o Nível Fundamental a partir da 6ª série
• Ter acesso a computador com acesso à internet
• Possuir email pessoal
• Conhecimentos em Informática básica

Confira os principais tópicos ensinados ao decorrer do curso:

1. Indústria 4.0
2. Evolução Industrial
3. Internet das Coisas
4. Big Data
5. Robótica Avançada
6. Segurança Digital
7. Computação em Nuvem
8. Manufatura Digital
9. Manufatura Aditiva
10. Integração de Sistemas

Como se inscrever gratuitamente

Ficou interessado? Para saber mais informações ver o calendário de turmas para o curso “Desvendando a Indústria 4.0”, basta acessar essa página e realizar a inscrição gratuitamente. Lembrando que as vagas para cada turma são limitadas.

Fonte e Créditos: Portal do Senai

PROJETO DE AMPLIFICADORES VALVULADOS

Olá Pessoal!

Tenho estado bastante envolvido com o trabalho, faculdade e em especial com minha filha que já completou 1 ano. No entanto, vou levando os projetos de final de semana em passos lentos para não parar. Hoje enquanto estava fazendo meu backup encontrei um arquivo onde salvei um link bem interessante para quem gosta de montar ou é admirador de amplificadores valvulados. Entre os projetos, de grandes marcas conhecidas, alguns são de estado sólido mas a maioria são valvulados.

http://bmamps.com/Tech_sch.html

Um abraço.

CURSO DE ANTENAS - DIAGNÓSTICOS E SOLUÇÕES

Fonte: LABRE-RS

DIMENSÕES PARA CAIXA ACÚSTICA

Olá Amigos,

Entre os apaixonados por som, alguns gostam de construir seus próprios equipamentos, desde o pré-amplificador até a caixa acústica. Na hora de fabricar as caixas acústicas, sempre vem a dúvida sobre as medidas, ou seja, qual é o tamanho adequado para caixa em relação ao alto-falante que possuo? Podemos ser críticos e ir em busca de projetos perfeitos, bem elaborados ou utilizar medidas sugeridas e disponibilizadas em sites dos próprios fabricantes de alto-falantes.

Alguns anos atrás, antes da popularização da internet, era comum revistas apresentarem tabelas fornecidas por fabricantes de alto-falantes, no intuito de promover seus produtos. Como podemos ver, as imagens abaixo foram escaneadas de uma revista bastante antiga. Confira!

No final da publicação podemos ver que quem disponibilizou as medidas foi o fabricante Novik, que faz uma observação quanto a utilização de alto-falantes da marca para garantir o desempenho dos sistemas apresentado, entretanto acredito que testes com outras marcas também são válidos.

Link de alguns fabricantes que disponibilizam projetos de caixa acústica.

Bravox     Eros     Hinor     Keybass     Oversound     Spyder     

Grande Abraço.

TRADUTOR PARA CÓDIGO MORSE

Olá Pessoal,

Hoje recebi por e-mail o link de um tradutor de código morse. É um aplicativo que roda on-line na web, simples e fácil de usar.

O código Morse é um sistema de representação de letras, números e sinais de pontuação através de traços e ponto e enviado intermitentemente. Este sistema foi desenvolvido por Samuel Morse em 1835. Saiba mais sobre o código morse clicando aqui.

Para que gosta e pratica código morse ou até mesmo quem tem curiosidade em saber como funciona este sistema, segue o link do aplicativo on-line do Morse Code Translator (http://morsecode.scphillips.com/jtranslator.html). Abaixo é possível observar uma imagem do aplicativo.

Divirtam-se!

ARDUINO DAY 2014

Olá Pessoal,

No dia 29 de Março será realizado o ARDUINO DAY, uma celebração mundial dos primeiros 10 anos do Arduino. Serão 24 horas de eventos - tanto oficial e independente, em qualquer lugar ao redor do mundo - onde as pessoas interessadas em Arduino podem se encontrar, compartilhar suas experiências, e aprender mais. Estão convidados todos os grupos de usuários, associações, professores, profissionais e iniciantes em participar do evento.

Onde serão realizados os eventos no Brasil

São Paulo

Organização: Fatecino – Clube de Arduino da Fatec de Jundiaí

Localização: Jundiaí
Endereço: Av. Prof. União dos Ferroviários, 1760, CEP 13201-160
Atividades: Open Day, Oficina

Organização: Laboratório Hacker de Campinas
Localização: Campinas-SP / Brasil
Endereço: Rua Dr. Sales de Oliveira, 1800 – Vila Industrial Campinas
Atividades: Abertura dia, mostrar e dizer, Oficina, Painel / Debate, Demo

Organização: Faculdade Anhanguera de Santa Bárbara
Localização: Santa Barbara D ‘Oeste, São Paulo
Endereço: Rua Juscelino Kubitschek de Oliveira, 1450
Atividades: Abertura dia, mostrar e dizer, Oficina, Painel / Debate, Demo

Organização: Grupo STC
Localização: Araçatuba
Endereço: Rua: Cristiano Olsen, 2122 – Araçatuba – SP – Brasil
Atividades: Open Day, Oficina, Painel / Debate

Santa Catarina

Organização: Universidade do Oeste de Santa Catarina – UNOESC

Localização: Chapecó
Endereço: Av. Prof. Nereu Ramos, 3777-D – Bairro Seminário
Atividades: Open Day, Oficina, Painel / Debate

Rio Grande do Sul

Organização: Centro de Tecnologia Acadêmica – IF – UFRGS
Localização: Porto Alegre
Endereço: Av. Prof. Bento Gonçalves, 9500
Atividades: Abertura dia, mostrar e dizer, Oficina

Organização: MateHackers
Localização: Porto Alegre
Endereço: Av. Prof. Independência, 330 SALA 206, Porto Alegre / RS – Brasil
Atividades: Abertura dia, mostrar e dizer, Oficina

Goias

Organização: Centro Acadêmico de Engenharia de Computação da PUC GO e Grupo de Estudos de Robótica Aplicada PUC Goiás
Localização: Goiânia
Endereço: PUC Goiás, 1 ª Avenida, 1069 – Setor Leste Universitário, Goiânia, Goiás, Brasil
Atividades: Abertura dia, mostrar e dizer, Oficina, Painel / Debate, Demo

Rio Grande do Norte

Organização: GIM – Grupo de iniciação um Mecatrônica
Localização: Natal
Endereço: Campus Universitário Lagoa Nova – Natal – RN
Atividades: Open Day, Show and Tell, Oficina, Painel / Debate

Piauí

Organização: Labiras – Laboratório de Robótica Inteligente, Automação e Sistemas
Localização: Teresina
Endereço: IFPI – Campus Teresina Central
Atividades: Open Day, Show and Tell, Oficina, Painel / Debate

Ceará

Organização: Corisco Hackerspace Fortaleza
Localização: Fortaleza
Endereço: Washington Soares, 1321 – Fortaleza CE
Atividades: Open Day, Oficina, Painel / Debate

Fonte: http://day.arduino.cc/