Aquisição de Dados de Processo de um Gasogênio à Carvão

Universidade Federal do Amazonas
Faculdade de Tecnologia
Centro de Desenvolvimento
Energético Amazônico
Aquisição de Dados de Processo de um Gasogênio à
Carvão Vegetal para Geração de Energia Elétrica
Lucas Cordeiro
Relatório Final
Orientador: João Edgar Chaves Filho
Co-Orientador: Omar Seye
Cordeiro
Relatório_Final
2
Resumo
O projeto visa o desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados no processo
de gaseificação em um gaseificador de leito fixo a carvão vegetal para acionamento do
motor de combustão interna, visando a geração de força motriz, com potência no eixo do
motor na faixa de 5 a 15 Hp. O gaseificador é do tipo co-corrente com injeção central de ar.
Deste modo, o sistema monitora a unidade de gaseificação, sistema de purificação e
resfriamento e sistema de conversão da energia final.
A arquitetura do software é baseada na infra-estrutura Model-View-Controller tendo
o MySQL como base de dados. Deste modo, o software monitora as variáveis de processo
tensão e corrente nos terminais do gerador síncrono trifásico assim como temperatura e
pressão entre cada processo do sistema. Além disso, o sistema monitora a umidade relativa
do ar. A partir dos dados mensurados pelos sensores, o software é capaz de processar,
armazenar e extrair as informações de um banco de dados com o propósito de analisar o
desempenho do equipamento.
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Criando
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1.
REQUISITOS DO SISTEMA ..................................................................................... 6
1.1. OBJETIVO GERAL .................................................................................................... 6
1.1.1
Critério Obrigatório ........................................................................................ 7
1.1.2 Limitações ao Critério ........................................................................................... 7
1.2. ÁREA DE OPERAÇÃO ............................................................................................... 7
1.2.1
Áreas de Aplicações ....................................................................................... 7
1.2.2
Grupo de Usuário ........................................................................................... 8
1.2.3
CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO .................................................................................. 8
1.3. AMBIENTE ............................................................................................................... 8
1.3.1
Software.......................................................................................................... 8
1.3.2
Hardware ........................................................................................................ 8
1.3.3
Interfaces do Sistema...................................................................................... 9
1.4. REQUISITOS FUNCIONAIS ....................................................................................... 10
1.5. REQUISITOS DE HARDWARE .................................................................................. 11
1.6. REQUISITOS NÃO-FUNCIONAIS .............................................................................. 11
1.7. REQUISITOS PARA A INTERFACE COM O USUÁRIO .................................................. 12
1.8. REQUISITOS DE QUALIDADE .................................................................................. 12
1.9. CENÁRIO DE TESTE GLOBAL E CASOS DE TESTE ................................................... 12
1.10.
AMBIENTE DE DESENVOLVIMENTO ................................................................... 13
1.10.1 Software........................................................................................................ 13
1.10.2 Hardware ...................................................................................................... 13
1.10.3 Orgware ........................................................................................................ 13
2.
MODELO DO SISTEMA .......................................................................................... 14
2.1
MODELO DO SISTEMA DE SOFTWARE .................................................................... 14
2.1.1
Introdução..................................................................................................... 14
2.1.2 Descrição do Fluxo de Material e Processos do Sistema .................................... 14
2.1.3 Avaliação Paramétrica do Desempenho Operacional do Sistema de Gaseificação
...................................................................................................................................... 15
2.1.4 Folha de Caso de Uso para o <Estabelece Conexão> ......................................... 17
2.1.5
Folha de Caso de uso para o <Visualiza Parâmetros> ................................. 17
2.1.6
Folha de Caso de uso para o <Visualização Textual>.................................. 18
2.1.7
Folha de Caso de uso para o <Visualização Gráfica>.................................. 18
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Relatório_Final
4
2.1.8
Folha de Caso de uso para o <Visualiza Parâmetros Mensurados>............. 18
2.1.9
Folha de Caso de uso para o <Imprimi> ...................................................... 19
2.1.10
Folha de Caso de uso para o <Gráfico dos Parâmetros>.............................. 19
2.1.11
Diagrama de Caso de Uso ............................................................................ 20
2.1.12
Diagrama de Seqüência ................................................................................ 20
2.1.13
Conceitos da Interface Gráfica com o Usuário............................................. 22
2.2
MODELO DO SISTEMA DE HARDWARE ................................................................... 27
2.2.1
Diagrama em Blocos .................................................................................... 27
2.2.2
Descrição dos Blocos.................................................................................... 28
2.2.3 Bloco <Placa PCI 1710HG> ............................................................................... 28
2.2.4 Bloco <Módulo de Aquisição de Dados PLCD-8710>....................................... 28
2.2.5 Bloco <Circuito de Condicionamento do Sensor de Tensão>............................. 29
2.2.6 Bloco < Circuito de Condicionamento do Sensor de Corrente> ......................... 30
2.2.7 Bloco < Circuito de Condicionamento do Sensor de Temperatura>................... 31
2.2.8 Bloco < Circuito de Interface do Sensor de Umidade>....................................... 32
2.2.9 Bloco < Circuito de Interface do Sensor de Pressão> ......................................... 33
2.2.10 Bloco <Gaseificador à Carvão Vegetal>........................................................... 34
3.
ARQUITETURA DO SISTEMA .............................................................................. 35
3.1
CONDIÇÕES DO AMBIENTE .................................................................................... 35
3.1.1
HARDWARE ....................................................................................................... 35
3.1.2
SOFTWARE......................................................................................................... 36
3.2
CONSIDERAÇÕES TEÓRICA .................................................................................... 38
3.2.1
Referências Bibliográficas............................................................................ 39
3.2.2 Gaseificador de leito fixo a carvão vegetal [3].................................................... 39
3.2.3 Sensores ............................................................................................................... 42
3.2.3 Sistema de Condicionamento de Sinal ................................................................ 43
3.2.4
FÓRMULAS E DERIVAÇÕES ................................................................................ 44
3.3
DECISÕES DE PROJETO........................................................................................... 45
3.4
DIAGRAMA DE ARQUITETURA DO PROJETO ........................................................... 45
3.4.1
Arquitetura de Hardware .............................................................................. 47
3.4.3 Arquitetura de Software ...................................................................................... 56
3.5
ESTRUTURA DE DADOS .......................................................................................... 59
3.5.1
Tabela ‘Param_testes’................................................................................... 59
3.5.2
Tabela ‘Param_eletricos’.............................................................................. 60
3.5.3
Tabela ‘Param_fisicos’ ................................................................................. 60
3.5.4
Diagrama de Entidade-Relacionamento do Sistema de Banco de Dados .... 62
3.6
DEFINIÇÕES DE INTERFACE.................................................................................... 63
3.6.1
PC Desktop ↔ Placa de Aquisição de Dados .............................................. 63
3.6.2
Placa de Aquisição de Dados ↔ Circuito de Interface 1 ............................. 63
3.6.3
Placa de Aquisição de Dados ↔ Circuito de Interface 2 ............................. 64
3.6.4
Placa de Aquisição de Dados ↔ Circuito de Interface 3 ............................. 64
3.6.5
Circuito de Interface 1 ↔ Gasogênio........................................................... 64
3.6.6
Circuito de Interface 2 ↔ Gasogênio........................................................... 64
3.6.7
Circuito de Interface 3 ↔ Gasogênio........................................................... 65
4.
COMPONENTES DO SISTEMA............................................................................. 66
Cordeiro
Relatório_Final
5
4.1
Componentes do Sistema de Hardware ............................................................ 66
4.1.1
Circuito 1 ...................................................................................................... 66
4.1.2 Circuito 2 ............................................................................................................. 68
4.1.3 Circuito 3 ............................................................................................................. 69
4.2
COMPONENTES DO SISTEMA DE SOFTWARE ........................................................... 71
4.2.1
Componente ParametroTextual .................................................................... 71
4.2.2
Componente ParametroGrafico .................................................................... 72
4.2.3
Componente VisualizaDados ....................................................................... 73
4.2.4
Componente GerenciaDados ........................................................................ 74
4.2.5
Componente Sensores .................................................................................. 74
4.2.6
Componente Gasogenio................................................................................ 75
5.
APÊNDICE A – LISTA DE FIGURAS.................................................................... 77
6.
APÊNDICE B – LISTA DE TABELAS ................................................................... 78
7.
APÊNDICE C – LISTA DE EQUAÇÕES ............................................................... 79
8.
APÊNDICE D - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................... 80
Cordeiro
Relatório_Final
6
1. Requisitos do Sistema
1.1.
Objetivo Geral
Carvão Vegetal
Gasogênio
Sensor 3
Sensor 2
Sensor 1
O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um sistema que seja capaz de
monitorar um processo técnico, neste caso um sistema de geração de energia, tendo como
fonte de insumo o carvão vegetal. O sistema possuirá sensores acoplados ao equipamento
capazes de adquirir os parâmetros físicos ou as variáveis de processo (como por exemplo,
parâmetros de temperatura, pressão, umidade e etc.). A partir dos dados mensurados pelos
sensores, o software deverá ser capaz de processar, armazenar e extrair as informações com
o propósito de analisar o desempenho do equipamento. A figura 1.1 ilustra o objetivo geral
do projeto.
Energia Elétrica
Figura 1.1: Objetivo geral do projeto
O sistema deverá ser capaz de processar as informações em tempo real com o
intuito de apresentar tais informações para o usuário do sistema, ou seja, o tempo de
aquisição dos sinais, processamento da informação e a entrega dos resultados deverão
ocorrer em pontos específicos do tempo. Devido à natureza do sistema, podemos considerálo como sendo um sistema reativo ou dirigido a eventos. Isto significa que o sistema irá
reagir conforme as mudanças nas variáveis de processo do sistema.
Todas as informações adquiridas do processo através dos sensores deverão ser
armazenadas em um banco de dados e posteriormente visualizadas para análise. Essas
informações armazenadas no banco de dados deverão ser enviadas pela internet para um
monitoramento do sistema.
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1.1.1 Critério Obrigatório
Devido a constante evolução dos sistemas controlados por computador, torna-se necessário
e obrigatório o desenvolvimento de sistemas que sejam capazes de atuar de forma
autônoma no sistema controlado. Desta forma, será desenvolvido um sistema que seja
capaz de realizar o monitoramento de um gasogênio gerador de energia elétrica que usa
como combustível gases obtidos a partir da queima do carvão vegetal em um gaseificador
de leito fixo, e possibilitar a visualização dos parâmetros físicos mensurados através da
internet.
1.1.2 Limitações ao Critério
1. O sistema será desenvolvido na linguagem de programação C++, utilizando o ambiente
de desenvolvimento integrado (IDE – Integrated Development Environment) da
Borland chamado de C++ Builder Enterprise Edition.
2. O sistema a ser desenvolvido estará limitado ao sistema operacional do Windows.
Devido aos drivers fornecido pelo fabricante.
3. O sistema a ser desenvolvido será de uso exclusivo do sistema de monitoramento do
gasogênio, isto significa que o sistema não poderá ser utilizado em outro a sistema de
geração de energia.
1.2.
Área de Operação
1.2.1 Áreas de Aplicações
O Centro de Desenvolvimento Energético do Amazonas (CDEAM) pretende
desenvolver um conjunto de equipamentos que sejam capazes de produzir energia a partir
de fontes renováveis. Desta forma, este projeto servirá como base para o desenvolvimento
futuro de novas ferramentas que possibilitem o controle e monitoramento desses
equipamentos e sejam capazes de visualizar os parâmetros físicos através da internet.
Os princípios e fundamentos que serão utilizados para o desenvolvimento deste
sistema, servirão como aprendizado e experiência para o desenvolvimento de novos
sistemas similares, aproveitando o conhecimento adquirido neste trabalho. Portanto, este
projeto dará um ponta pé inicial para a construção de novos sistemas de controle e
monitoramento para equipamentos de geração de energia a partir de fontes renováveis.
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8
1.2.2 Grupo de Usuário
Todos os profissionais e estudantes envolvidos na área de fontes renováveis de
energia e automação industrial podem ser os usuários deste trabalho.
1.2.3 Condições de Operação
Este software será desenvolvido utilizando o C++ Builder 6.0 Enterprise Edition sob
o sistema operacional Microsoft Windows 2000.
1.3.
Ambiente
1.3.1 Software
O software a ser desenvolvido usará os drivers que acompanham a placa de
aquisição de sinais e controle da Advantech. O ActiveDAQ é uma coleção de controles
ActiveX para realizar operações de I/O dentro de qualquer controle ActiveX, neste caso o
C++ Builder. Operações de I/O podem ser facilmente realizadas através de propriedades,
eventos e métodos. O pacote ActiveDAQ contém os seguintes componentes:
•
•
•
•
•
•
•
•
DAQDevice: Abre uma caixa de diálogo para o usuário com o propósito de selecionar
qual dispositivo deve ser operado.
DAQAI: Realiza operações de entradas analógicas simples e formas de ondas das
entradas analógicas.
DAQAO: Realiza operações de saída analógica e forma de onda de saída.
DAQDI: Realiza operações de entrada digital.
DAQDO: Realiza operações de saída digital.
DAQCounter: Realiza operações de contagem de eventos e freqüência.
DAQPulse: Realiza saída de pulsos.
DAQAlarm: Realiza configurações de alarme e checagem de alarme.
1.3.2 Hardware
O software será desenvolvido em um PC desktop e as comunicações com os
sensores e atuadores acoplados ao sistema serão realizados através da placa de aquisição de
dados e controle da Advantech chamada de PCI 1710HG. A advantech PCI 1710HG é uma
placa de aquisição de dados poderosa para ser conectado ao PC desktop através do
barramento PCI. Esta placa é caracterizada por um projeto de circuito único e funções
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9
completas para aquisição de dados e controle, incluindo conversor A/D, conversor D/A,
entrada digital, saída digital, contador e relógio.
A Advantech PCI 1710HG fornece ao usuário as funções de controle e medidas
mais solicitadas para o desenvolvimento de software de controle e monitoramento como:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Transferência de dados através do barramento PCI.
A utilização de 16 (dezesseis) canais para o conversor A/D.
12-bit de precisão para o conversor A/D com uma taxa de amostragem de 100KHz.
Ganho programável para cada canal de entrada.
Buffer de memória baseado no método FIFO.
2 (dois) canais de saída para o conversor D/A.
16 (dezesseis) canais de entrada analógica.
16 (dezesseis) canais de saída analógica.
Contador e relógio programável.
1.3.3 Interfaces do Sistema
O sistema de controle e aquisição de dados da Advantech já fornece todo os
componentes de hardware e software necessários para o desenvolvimento do projeto. Deste
modo, o software será o C++ Builder 6.0 Enterprise Edition, pelo fato de que todos os
drivers referente ao manuseio dos componentes de hardware da placa PCI 1710HG já estão
disponíveis para serem acessados através de propriedades, métodos e eventos. A figura 3.1
ilustra o processo de desenvolvimento do sistema através das ferramentas fornecidas pela
Advantech.
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Relatório_Final
10
Microsoft Visual C++ 6.0
Desenvolvimento de um
sistema de controle e
monitoramento remoto de um
gasogênio à carvão vegetal
Advantech PCI
1710HG
Sensores
Sensores
Gasogênio à
Carvão Vegetal
Figura 1.2: Interface do Sistema
A placa PCI 1710HG conectada ao PC desktop realizará a interface entre os
sensores e atuadores conectados no gasogênio. O usurário terá a possibilidade de visualizar
através da internet todas as variáveis de processo envolvidas no sistema. No entanto, o
mesmo não poderá atuar no sistema.
1.4.
Requisitos Funcionais
/F10/ Consumo específico de carvão vegetal (kg/kWh)
/F11/ Para o cálculo do consumo específico, o usuário deveria fornecer a carga de carvão
vegetal utilizado antes de cada teste.
/F12/ As grandezas elétricas como tensão e corrente fornecido pelo gerador elétrico
deveriam ser monitoradas com o propósito de utilizas-las no cálculo do consumo
específico.
/F20/ Cálculo da perda de carga no gaseificador e equipamentos periféricos.
/F21/ Medições de pressão estática na entrada e saída dos componentes do sistema, tais
como, gaseificador, ciclones, resfriador, etc, com o propósito de fornecer indicação de sua
resistência ao fluxo dos gases, que por sua vez se relacionam com o desempenho
operacional.
/F30/ No processo de gaseificação é de grande auxilio a medição da temperatura para
verificação do comportamento do fluído ao longo do processo.
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/F31/ Medições de temperatura em pelo menos dois pontos do circuito: na saída do
gaseificador e na entrada do filtro de pano com o propósito de fornecer a estabilidade do
processo de gaseificação.
/F32/ No que se refere à temperatura do gás na entrada do filtro de pano, deve ser
observado que sua medição fornece uma orientação sobre o processo de filtragem do gás e
prevenção quanto à danificação do elemento filtrante (pano de algodão).
/F33/ Temperaturas de filtragem do gás abaixo de 50oC representam risco de condensação
de vapor d’água no filtro, com elevação da perda da carga através do elemento filtrante e
redução da potência do sistema.
/F34/ Se a temperatura no filtro de pano, por outro lado, ultrapassar 100oC, ocorre o risco
de enrijecimento das fibras do mesmo provocando a sua danificação.
/F40/ Desenvolvimento de uma interface com usuário que permita a visualização dos dados
adquiridos pelos sensores acoplados ao sistema.
/F40/ Todas as informações adquiridas pelos sensores deveriam ser armazenadas em um
banco de dados para análises de desempenho do equipamento.
1.5.
Requisitos de Hardware
/H10/ Desenvolvimento de um circuito de interface entre os sensores acoplados ao sistema
e a placa de aquisição de dados e controle da Advantech.
1.6.
Requisitos Não-Funcionais
/N10/ A linguagem de programação c++ e o Microsoft Foundation Classes (MFC)
deveriam ser utilizados para o desenvolvimento do software.
/N20/ A caixa de ferramenta do software deveria ser a mais flexível possível, para permitir
a integração futura de novas funcionalidades no software. Por conseguinte, uma
boa documentação também é muito importante.
/N30/ Uma forma incorreta de uso através da interface com o usuário não deveria levar a
interrupções no software.
/N40/ A introdução dos valores não permitidos na aplicação deveria originar o emprego de
tratamento de exceções para facilitar a introdução correta das informações
solicitadas.
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1.7.
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Requisitos para a Interface com o Usuário
/F10/ /F20/ /F30/ A interface gráfica com o usuário deveria ser em português.
1.8.
Requisitos de Qualidade
Qualidade do
Produto
Funcionalidade
Correctude
Segurança
Confiabilidade
Maturidade
Tolerância à falhas
Capacidade de
Recuperação
Usabilidade
Compreensibilidade
Capacidade de
Aprendizado
Operabilidade
Efficiência
Desempenho de
Tempo
Comportamento de
Consumo
Capacidade de
Alteração
Possibilidade de
Análise
Capacidade de
Modificação
Portabilidade
1.9.
Elevado
Alto
Normal
sem relevância
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Cenário de Teste Global e Casos de Teste
O sistema deverá ser testado sob as condições normais de funcionamento, assim
como as condições que acontecem com menor frequência. Desta forma, um protocolo de
teste deverá ser criado com o propósito de verificar as leituras realizadas por cada sensor
acoplado ao sistema.
Os sinais mensuradas pelos sensores deverão ser armazenadas em um banco de
dados ao longo de um tempo especificado pelo usuário e resgatadas para que possam ser
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Relatório_Final
13
analisadas. Desta forma, o protocolo de teste deverá conter casos de testes para que seja
verificada a integridade de tais operacões, ou seja, o armazenamento e visualização dos
dados.
As informações armazenada no banco de dados deverão ser enviadas pela internet
para uma visualização (através do Internet Explorer, por exemplo) das variáveis de
processo. Deste modo, o protocolo de teste deverá conter casos de teste para que seja
possível verificar a integridades dos dados enviados pela internet.
1.10. Ambiente de Desenvolvimento
1.10.1 Software
•
•
•
Sistema Operacional: Microsoft Windows 2000.
C++ Builder Enterprise Edition
Os controles ActiveX para aquisição de dados e controle.
1.10.2 Hardware
•
Um PC desktop AMD Athlon com 128MB RAM. Um disco rígido de capacidade de
30 GB.
•
A placa Advantech PCI 1710HG.
1.10.3 Orgware
•
•
•
MS-Office XP;
MS-Project 4.1;
Visio 2000/5.0.
Cordeiro
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2. Modelo do Sistema
2.1 Modelo do Sistema de Software
2.1.1 Introdução
Sensores
Sensores
Sensores
Carvão
Vegetal
Sensores
O projeto visa o desenvolvimento de um software para o monitoramento e aquisição
de dados no processo de gaseificação em um gaseificador de leito fixo a carvão vegetal
para acionamento do motor de combustão interna, visando a geração de força motriz, com
potência no eixo do motor na faixa de 5 a 15 Hp. O motor acoplado a um gerador elétrico
permitirá a geração de eletricidade, portanto, o software será desenvolvido para aquisição
de parâmetros físicos e elétricos de modo a possibilitar a avaliação da geração de
eletricidade. A figura 2.1 ilustra de forma simplificada o sistema a ser monitorado.
Gaseificador
Purificação e
Resfriamento
Motor
Gerador
Energia
Elétrica
Figura 2.1: Diagrama Simplificado
O gaseificador de leito fixo é do tipo co-corrente com injeção central de ar. O
processo deve ser visto como um sistema global consistindo da unidade de gaseificação,
sistema de purificação e resfriamento e sistema de conversão da energia final, no caso um
motor de combustão interna, acoplado a um gerador elétrico.
2.1.2 Descrição do Fluxo de Material e Processos do Sistema
O sistema de gaseificação consiste basicamente de três elementos: unidade de
gaseificação, sistema de purificação e resfriamento e sistema de conversão de energia, no
caso um motor de combustão interna. A figura 2.2 mostra os três elementos básicos
expandidos com o propósito de visualizar o fluxo de material e processos do sistema.
Cordeiro
Relatório_Final
Carvão Vegetal
Gaseificação
Ciclone
15
Resfriador
de
Convecção
Natural
Trabalho Mecânico
Ventoinha de
Partida
Filtro de
Pano
Filtro de
Papel
Motor
Figura 2.2: Diagrama Detalhado
A. Processo de Gaseificação
Neste processo os gases são formados pela queima de biomassa sólida com
suprimento restrito do ar. Desta forma, é produzida uma mistura de gases pelo gaseificador.
B. Sistema de Purificação e Resfriamento
O sistema de ciclone é responsável pelo recolhimento do pó arrastado pelos gases,
com o propósito de separar a fração do pó de maior granulometria. O gás ao sair do ciclone
passa por um trocador de calor tubular, de convecção natural, com o gás fluindo pelos
tubos, antes de ser encaminhado ao filtro de pano. Ao sair do filtro de pano, o gás passa
pelo filtro de segurança com elemento filtrante de papelão e a seguir é introduzido no
motor.
C. Motor de Combustão Interna
Antes da entrada do motor, tem-se um misturador ar-gás com temperatura na faixa
de 40 a 50 ºC. Como a proporção ar-gás é aproximadamente 1:1 e a temperatura do ar
secundário é cerca de 20 a 30 ºC, a mistura ar-gás entra no motor na faixa de 30 a 40ºC.
2.1.3 Avaliação Paramétrica do Desempenho Operacional do Sistema de
Gaseificação
Nesta seção serão descritos em detalhes as variáveis de processo do sistema com o
propósito de se obter uma avaliação do desempenho operacional do sistema de
gaseificação. As principais variáveis de processo (incluindo parâmetros físicos e elétricos) a
serem monitorados são:
Cordeiro
Relatório_Final
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A. Consumo especifico de carvão vegetal (kg/kWh)
Para o cálculo do consumo específico, a carga de carvão vegetal será pesada antes
de cada teste como também será monitorada a geração de energia elétrica através do
gerador elétrico, portanto, será necessário o desenvolvimento de uma interface que
possibilite a coleta dos dados de consumo de carvão (kg), registrar a geração de energia
(kWh) e calcular o consumo específico. Além disso, esta interface deverá permitir a
visualização e o registro de grandezas elétricas como voltagem e amperagem.
B. Perda de carga no gaseificador e equipamentos periféricos
Um parâmetro operacional de grande auxílio na avaliação de desempenho de
gaseificadores é o referente às perdas de cargas através do sistema. Medições de pressão
estática na entrada e saída dos componentes do sistema, tais como, gaseificador, ciclones,
resfriador, etc, fornecem indicação de sua resistência ao fluxo dos gases, que por sua vez se
relacionam com o desempenho operacional. Tomando como referencia:
P1 – Pressão estática do gás na saída do gaseificador;
P4 – Pressão estática do gás na saída do resfriador e,
P5 – Pressão estática do gás na saída do filtro de pano, as perdas de cargas podem ser
avaliadas como:
P1 - Patm = perda de carga no gaseificador;
P4 – P1 = Perda de carga no conjunto Ciclones + resfriador;
P5 – P4 = Perda de carga no filtro de pano
C. Temperatura do gás
No processo de gaseificação é de grande auxilio a medição da temperatura em pelo
menos dois pontos no circuito: na saída do gaseificador e na entrada do filtro de pano. A
temperatura do gás na saída do gaseificador fornece uma indicação da estabilidade do
processo de gaseificação bem como orienta quanto às condições de trabalho na região da
grelha.
A gaseificação em sistema co-corrente apresenta temperaturas elevadas para o gás
de saída, podendo atingir cerca de 750 oC. No que se refere à temperatura do gás na entrada
do filtro de pano, deve ser observado que sua medição fornece uma orientação sobre o
processo de filtragem do gás e prevenção quanto a danificação do elemento filtrante (pano
de algadão).
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Temperaturas de filtragem do gás abaixo de 50oC representam risco de condensação
de vapor d’água no filtro, com elevação da perda da carga através do elemento filtrante e
redução da potencia do sistema. Se a temperatura no filtro de pano, por outro lado,
ultrapassar 100oC, ocorre o risco de enrijecimento das fibras do mesmo provocando a sua
danificação. Por isto e outras conseqüências, a evolução da temperatura do gás no decorrer
de cada teste, em diferentes pontos do circuito, será constantemente registrada.
2.1.4 Folha de Caso de Uso para o <Estabelece Conexão>
Use Case:
Objetivo:
Atores externos:
Condições:
Descrição:
Sequência
Alternativas:
Estabelece Conexão
O usuário irá estabelecer uma conexão com o sistema de
monitoramento.
Usuário
O computador do usuário deverá estar conectado à internet.
O usuário irá estabelecer uma conexão com o sistema de
monitoramento através da internet. Desta forma, o usuário será capaz
de visualizar remotamente o monitoramento do sistema e solicitar por
leituras realizadas anteriormente.
Nenhuma
2.1.5 Folha de Caso de uso para o <Visualiza Parâmetros>
Use Case:
Objetivo:
Atores externos:
Condições:
Descrição:
Sequência
Alternativas:
Visualiza Parâmetros
O usuário poderá visualizar tanto textualmente quanto graficamente
todas as variáveis de processo envolvidas no sistema.
Usuário
O usuário deverá estar conectado ao sistema de monitoramento e os
sensores devem estar em pleno funcionamento.
Será iniciado o processo de visualização das variáveis de processos.
Será possível também parar o sistema de aquisição de dados a
qualquer momento.
Nenhuma
Cordeiro
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2.1.6 Folha de Caso de uso para o <Visualização Textual>
Use Case:
Objetivo:
Atores externos:
Condições:
Descrição:
Sequência
Alternativas:
Visualização Textual
Visualizar de uma forma textual o sistema de monitoramento.
Usuário
O usuário deverá estar conectado ao sistema de monitoramento e os
sensores devem estar em pleno funcionamento.
Será fornecido ao usuário uma forma textual de visualização do
sistema. Desta forma, todos os pontos de medição dos parâmetros
físicos (pressão, temperatura e umidade) e elétricos (tensão e
corrente) poderão ser visualizados pelo usuário.
Nenhuma
2.1.7 Folha de Caso de uso para o <Visualização Gráfica>
Use Case:
Objetivo:
Atores externos:
Condições:
Descrição:
Sequência
Alternativas:
Visualização Gráfica
Visualizar de uma forma mais simples e objetiva o sistema de
monitoramento.
Usuário
O usuário deverá estar conectado ao sistema de monitoramento e os
sensores devem estar em pleno funcionamento.
Será fornecido ao usuário uma forma simples e objetiva de
visualização do sistema. Desta forma, todos os pontos de medição dos
parâmetros físicos (pressão, temperatura e umidade) e elétricos
(tensão e corrente) poderão ser visualizados na planta.
Nenhuma
2.1.8 Folha de Caso de uso para o <Visualiza Parâmetros Mensurados>
Use Case:
Objetivo:
Atores externos:
Condições:
Descrição:
Sequência
Alternativas:
Visualiza Parâmetros Mensurados
A visualização de todos os parâmetros físicos e elétricos armazenados
no banco de dados.
Usuário
O usuário deverá estar conectado ao sistema.
O usuário poderá visualizar todos os parâmetros físicos e elétricos
armazenados no banco de dados. Desta forma, o usuário será capaz
de analisar o desempenho do sistema.
Nenhuma
Cordeiro
Relatório_Final
19
2.1.9 Folha de Caso de uso para o <Imprimi>
Use Case:
Objetivo:
Atores externos:
Condições:
Descrição:
Sequência
Alternativas:
Imprimi
Imprimir os dados selecionados pelo usuário.
Usuário
O usuário deverá estar conectado ao sistema.
Todos os parâmetros físicos e elétricos poderão ser impressos para
análise de desempenho do sistema.
Nenhuma
2.1.10 Folha de Caso de uso para o <Gráfico dos Parâmetros>
Use Case:
Objetivo:
Atores externos:
Condições:
Descrição:
Sequência
Alternativas:
Gráfico dos Parâmetros
Traçar os gráficos dos parâmetros físicos e elétricos adquiridos pelos
sensores acoplados ao sistema.
Usuário
O usuário deverá estar conectado ao sistema de monitoramento
Será traçado o gráfico dos parâmetros físico e elétrico do sistema. Os
dados serão extraídos do banco de dados e os valores serão traçados
em relação ao tempo. Desta forma, o usuário poderá visualizar todos
os pontos de temperatura, por exemplo, em um único gráfico.
Nenhuma
Cordeiro
Relatório_Final
20
2.1.11 Diagrama de Caso de Uso
Sistema de Monitoramento
Visualização Gráfica
<<include>>
Visualização dos Parametros
<<include>>
Visualização Textua
Estabelece Conexão
Usuário
Gráfico dos Parametro
Visualiza Parametros Mensurado
Imprimi Parametros
Figura 2.3: Diagrama de Caso de Uso
2.1.12 Diagrama de Seqüência
Nesta seção será descrito o diagrama de sequência dos casos de uso mais importante
do sistema. Desta forma, serão criados os seguintes diagramas de sequência: Visualização
dos Parâmetros e Visualiza Parâmetros Mensurados. Estes diagrama em sequência
adicionam mais informações ao caso de uso e mostra o usuário envolvido na iteração, os
objetos envolvidos no sistema e as operações que estão associadas com estes objetos.
A.Visualização dos Parâmetros
O diagrama de sequência para a visulização dos parâmetros mostra todos os passos
necessários para que seja realizada a leitura das variáveis de processo envolvidas no
sistema.
Cordeiro
Relatório_Final
Controlador
Módulo de Aquisição de Dado
21
Gaseificador
Sensores
Display
Usuário
1: Solicita Conexão
2: Estabelece Conexão
3: Solicita Monitoramento
4: Leitura do Canal
5: Mensura o sensor de Temperatura
6: Realiza Leitura
7: Retorna Leitura
8: Valor de Temperatura Mensurado
9: Leitura Disponível
10: Exibe Leitura
Figura 2.4: Diagrama de Seqüência para Visualização dos Parâmetros
A figura 2.4 mostra que o usuário estabelece uma conexão com sistema
monitoramento e depois disso solicita o monitoramento do sistema. Desta forma,
sensores acoplados ao sistema fornecem a leitura da variável de processo ao módulo
aquisição de dados e logo em seguida o valor mensurado é forncedios para o usuário
sistema.
de
os
de
do
B. Visualiza Parâmetros Mensurados
O diagrama de sequência para a visualização dos parâmetros mensurados mostra
todos os passos necessários para que seja realizada a visualização de todas as leituras
armazenadas no banco de dados.
Cordeiro
Relatório_Final
Controlador
22
Valores Mensurados
Display
Usuário
1: Solicita Conexão
2: Estabelece Conexão
3: Solicita Valores
4: Procura por Leituras
5: Retorna Leituas
6: Exibe Valores
Figura 2.5: Diagrama de Seqüência para a Visualização dos Parâmetros Mensurados
A figura 2.5 mostra o usuário estabelecendo uma conexão e solicitando os valores
mensurados no banco de dados do sistema. Depois disso, os valores são pesquisados no
banco de dados e retornados para que possam ser visualizados pelo usuário do sistema.
2.1.13 Conceitos da Interface Gráfica com o Usuário
A interface gráfica com o usário possibilita a manipulação e visualização das
variáveis de processo do sistema. Desta forma, haverá uma interação entre o usuário do
sistema e o computador responsável pelo monitoramento do processo. Esta seção descreve
os conceitos de operação, elementos da interface com o usuário, estrutura e projetos das
janelas.
A.Conceitos de Operação
O objetivo principal desta interface gráfica com o usuário é fornecer uma
visualização e entrada de parâmetros para o cálculo do rendimento da máquina. Deste
modo, o usuário será capaz de extrair os dados mensurados pelos sensores de um banco de
dados. A visualização dos parâmetros mensurados pelos sensores inicia a partir da entrada
Cordeiro
Relatório_Final
23
de carvão vegetal no sistema. Depois disso, o usuário terá que definir um intervalo de
amostragem dos dados para que seja utilizado como base do cálculo de rendimento da
máquina.
Após o usuário ter fornecido a carga de carvão vegetal utilizado pelo sistema e o
intervalo de amostragem dos dados, inicia-se o processo de coleta e armazenamento de
dados do sistema. Haverá uma interface gráfica com usuário responsável pela visualização
de tais dados.
B. Elementos da Interface com Usuário
Os elementos que serão utilizados para a interface gráfica com o usuário são os seguintes:
Button
⇒ Serão utilizados “Push Button” para selecionar o início e parada do sistema,
assim como os dados armazenados no banco de dados.
⇒ Serão utilizados “Edit” para a aquisição da quantidade de carvão vegetal
utilizado no sistema e para adquirir os dados armazenados no banco de dados.
100 ºC
⇒ Serão utilizados “Trackbar” para visualizar a leitura do sensor. A escala de cada
“Trackbar” será ajustada conforme o intervalo de operação do sensor.
0 ºC
⇒ Serão utilizados “Grid” para a visualização dos
dados mensurados pelos sensores. Desta forma, o usuário do sistema poderá verificar de
forma mais concisa as variáveis de processo do sistema.
⇒ Serão utilizados “Progress Bar” para visualizar a leitura do sensor. A escala de cada
“Progress Bar” será ajustada conforme o intervalo de operação do sensor.
Cordeiro
Relatório_Final
24
C. Estrutura e Projeto de Janelas
Será descrito nesta seção as estrutras e projetos das jenaleas responsáveis pela
interação com o usuário. As janelas estão divididas basicamente em três partes: Janela para
monitoramento das variáveis de processo, janela para a visualição gráfica do processo e a
janela responável pela visualização dos dados armazenados no banco de dados.
C.1 Janela para Monitoramento das variáveis de processo
Sistema de Monitoramento Remoto de um Gasogênio à Carvão Vegetal
Identificação
Indentificação do Teste:
Operador:
Combustível:
Carvão Vegetal
Carga
[Kg]
Intervalo de Tempo
Tempo
Parâmetros Elétricos
Parâmetros Físicos (I)
V1:
V2:
[V]
P1:
[psi]
[V]
P2:
[psi]
V3:
[V]
P3:
[psi]
I1:
I2:
[I]
[psi]
I3:
[I]
P4:
P5:
P6:
[Amostra/s]
Consumo Específico
Consumo:
[Kg/Kwh]
[I]
[psi]
[psi]
Parâmetros Físicos (II)
T1:
T2:
T3:
[ºC]
[ºC]
[ºC]
T4:
T5:
T6:
[ºC]
Iniciar
Parar
Gasogênio
Voltar
[ºC]
[ºC]
10/05/2004 18:55:23
Figura 2.6: Monitoramento das variáveis de processo
Cordeiro
Relatório_Final
25
C.2 Janela para a visualização gráfica simplificada do processo
Visualização Gráfica Simplificada do Processo
P1
P2
T1
Gaseificador
T3
P3
T2
P4
Resfriador de
Convecção
Natural
Ciclone
P5
V1
V2
V3
I1
I2
I3
T4
Ventoinha de
Partida do
Gaseificador
Motor
T5
Gerador
T6 P6
Filtro de
Pano
Voltar
Figura 2.7: Visualização gráfica simplificada do processo
Cordeiro
Relatório_Final
26
C.3 Janela para a visualização dos dados armazenados no banco de dados
Visualização dos dados
Campo de Busca
Pesquisar
Gráficos
Tensão (V)
Corrente (I)
Pressão (Atm)
Imprimir
Voltar
Temperatura (ºC)
Figura 2.8: Visualização dos dados
C.4 Janela para a visualização gráfica dos dados armazenados no banco de dados
Figura 2.9: Visualização Gráfica dos Dados
Cordeiro
Relatório_Final
27
2.2 Modelo do Sistema de Hardware
Nesta seção será descrito o sistema de hardware responsável pela aquisição dos
sinais dos sensores. Como mencionado no documento a respeito da análise de requisito do
sistema, foi adquirido uma placa de aquisição de dados e controle da Advantech. Deste
modo, será desenvolvido neste projeto somente os circuitos de interface entre os sensores e
a placa de aquisição de dados.
2.2.1 Diagrama em Blocos
Advantech
Placa PCI 1710HG
Módulo de Aquisição de
Dados PLCD-8710
Circuito de
Condicionamento
do ST
Sensor de
Tensão
Circuito de
Condicionamento
do SC
Sensor de
Corrente
Circuito de
Condicionamento
do STemp
Sensor de
Temperatura
Circuito de
Condicionamento
do SP
Sensor de
Pressão
Circuito de
Condicionamento
do SU
Sensor de
Umidade
Gaseificador à Carvão Vegetal
Figura 2.10: Diagrama em blocos do sistema de hardware
Cordeiro
Relatório_Final
28
2.2.2 Descrição dos Blocos
Nesta seção será descrito em detalhes a funcionalidade de cada bloco descrito na
figura 2.10.
2.2.3 Bloco <Placa PCI 1710HG>
A placa PCI 1710HG é responsável pela comunicação entre o módulo de aquisição
de dados e o PC desktop. Esta placa é caracterizada por um projeto de circuito único e
funções completas para aquisição de dados e controle, incluindo conversões A/D,
conversões D/A, entrada digital, saída digital, contador e relógio. A Advantech PCI
1710HG fornece ao usuário as funções de controle e medidas mais solicitadas para o
desenvolvimento de software de controle e monitoramento. A figura 2.11 apresenta a placa
PCI 1710HG.
Figura 2.11: PCI 1710-HG
2.2.4 Bloco <Módulo de Aquisição de Dados PLCD-8710>
Este módulo de aquisição de dados PLCD-8710 é responsável pela comunicação
entre os circuitos de condicionamento de sinais e a placa PCI 1710HG. Portanto, todos os
sensores serão conectados a este módulo através de seus circuitos de interface. Este módulo
consiste de 68 pinos incluindo entrada e saída analógica, entrada e saída digital, pinos de
alimentação de +5V e +12V, pinos de referência para as entradas e saídas analógica e
digital e entrada e saída do contador.
Este módulo de aquisição de dados será acoplado no gasogênio para possibilitar a
conexão dos sensores responsáveis pela medição das variáveis de processo. A figura 2.12
apresenta o módulo utilizado no projeto.
Cordeiro
Relatório_Final
29
Figura 2.12: Módulo de Aquisição de Dados PLCD-8710
2.2.5 Bloco <Circuito de Condicionamento do Sensor de Tensão>
Será desenvolvido um circuito de condicionamento do sinal de tensão. Desta forma,
o sinal produzido pelo sensor de tensão será amplificado para obter uma entrada de até 5,0
V no canal do conversor AD. Será utilizado no projeto o seguinte sensor de tensão:
Tabela 2.1: Características elétricas do sensor de tensão
Descrição
LV 25-P
Corrente
nominal
no
primário
10 mA
Corrente
no
primário
0 .. ±14
mA
Corrente
Taxa de
Tensão de
nominal no Conversão Alimentação
secundário
25 mA
2500 : 1000
± 12 .. 15 V
Tensão no
primário
10 .. 500V
Para a realização desta medida de tensão, uma corrente proporcional a tensão
mensurada pelo sensor deve passar através de um resistor externo instalado em série com o
circuito primário do sensor. Como exemplo de aplicação, será calculado o valor do resistor
R1 de forma a mensurar uma tensão de 220V no primário do sensor. A figura 2.13 mostra o
diagrama de conexão do sensor de tensão.
Cordeiro
Relatório_Final
30
+HT
R1
+HT
+
+
Rm
LV 25-P
M
0V
-
-
-HT
-HT
Figura 2.13: Diagrama de conexão do sensor de tensão
Como mencionado na tabela 2.1, a corrente nominal do primário deve corresponder
a 10 mA. Desta forma, podemos calcular o valor do resistor R1 utilizando a corrente
nominal do primário ou um valor que esteja dentro do intervalo da corrente de primário.
220
∴ R1 = 22 KΩ
10 x10− 3
220
R1 =
∴ R1 = 44 KΩ
5 x10−3
R1 =
É importante lembrar que devemos levar em consideração a resistência do
enrolamento do primário (o qual deve ser muito menor que a resistência R1) e a isolação.
2.2.6 Bloco < Circuito de Condicionamento do Sensor de Corrente>
Será desenvolvido um circuito de condicionamento do sinal de corrente. Desta
forma, o sinal produzido pelo sensor de corrente será amplificado para obter uma entrada
de até 5,0 V no canal do conversor AD. Será utilizado no projeto o seguinte sensor de
corrente:
Tabela 2.2: Características elétricas do sensor de corrente
Descrição
LA 25-NP
Corrente
nominal no
primário
25A
Corrente no Corrente
primário
nominal no
secundário
25 mA
0 .. ±36 A
Taxa de
Conversão
Tensão de
Alimentação
1-2-3-4-5 :
1000
± 15 V
Cordeiro
Relatório_Final
31
Conforme citado na tabela 2.2, podemos observar que este sensor de corrente possui
5 taxas de conversão distintas. Portanto, dependendo da conexão dos pinos de 1 a 10 do
sensor serão selecionadas as taxas de conversão. A figura 2.14 mostra o diagrama de
conexão do sensor de corrente.
in
1-5
+
+
Rm
LA 25-NP
out
6 - 10
M
0V
-
-
Figura 2.14: Diagrama de conexão do sensor de corrente
É importante lembrar que a corrente no secundário será positiva caso a corrente do
primário flua dos terminais 1,2,3,4,5 para os terminais 10, 9, 8, 7, 6.
2.2.7 Bloco < Circuito de Condicionamento do Sensor de Temperatura>
Será desenvolvido um circuito de condicionamento do sinal de temperatura. O kit da
Advantech acompanha um módulo de aquisição de dados conforme mencionado na seção
2.2.4 que possibilita a conexão dos sensores. Neste sentido, este módulo possui a
compensação de junção fria (CJC – Compensantion Junction Cold) com o propósito de
fornecer um sinal linear para o usuário. Desta forma, teremos a preocupação de projetar
somente o circuito de condicionamento de sinal. A figura 2.15 apresenta o modelo de
circuito do Termopar.
Tr
Vs
Tm
Vm
Tc
Figura 2.15: Modelo de circuito do termopar
Cordeiro
Relatório_Final
32
Conforme mostrado na figura 2.15, o módulo de aquisição de dados PLCD-8710 irá
produir uma tensão de compensaçã o TC de forma a anular a tensão de referência TR. Desta
forma, a tensão de saída do termopar será igual a tensão VM produzido na junção metálica
do termpar. Será utilizado neste projeto o Termopar de isolação mineral tipo K, a tabela 2.3
descreve as características do sensor.
Tabela 2.3: Tabela de Referência da N.I.S.T1
Código ANSI
Material
Código de Cor
K
CromoAlumínio
Amarelo –
Vermelho
Intervalo de
operação
-200ºC a 1250ºC
Sensitividade
Média
40.6µV/ºC
2.2.8 Bloco < Circuito de Interface do Sensor de Umidade>
Será utilizado um sensor de umidade com o propósito de se obter a umidade relativa
do ambiente na qual o equipamento será instalado. O sensor de umidade é consituído
basicamente de um dielétrico sensível a variações de umidade no ambiente. Desta maneira,
seu princípio de funcionamento é baseado no capacitor, isto significa que haverá variações
na capacitância que poderam ser mensuradas eletricamente. A tabela 2.4 apresenta as
características elétricas do sensor de umidade que será utilizado no projeto.
Tabela 2.4: Características elétricas do sensor de umidade relativa
Descrição
TW/UR
95MP
Umidade
Relativa
5 a 95%
Saída
Temperatura
Saída
Alimentação
4 a 20 mA
-20 a +70ºC
4 a 20 mA
12 a 40 Vdc
A umidade relativa do ar é representada pela razão entre a pressão de ar instântanea
e a pressão do vapor de saturação da água. A resposta do sensor de umidade é
aproximadamente linear. No entanto, quando se trabalha com amplas faixas de temperatura
necessita-se utlizar uma técnica de linearização ou via software ou via circuito de
condicionamento de sinal.
Utilizando o método de linearização via software, podemos encontrar a umidade
relativa do ar através da equação 2.1:
1
N.I.S.T – National Institute of Standard and Technology
Cordeiro
Relatório_Final
33
VOUT = V SUPPLY (0.0062(% RH ) + 0.16)
Equação 2.1: Relação entre %RH do sensor e saída
Desta maneira, precisamos conhecer a tensão aplicada e de saída do sensor de
umidade. Além disso,será necessário corrigir o valor da umidade relativa calculado com a
equação 2.1 com o propósito de se obter o verdadeiro valor. A equação 2.2 apresenta o
valor de umidade relativa corrigido.
RH Verdadeiro = (% RH ) /(1.053 − 0.00216T )
Equação 2.2: Valor corrigido de %RH
2.2.9 Bloco < Circuito de Interface do Sensor de Pressão>
Serão utilizados sensores de pressão com o propósito de analisar a perda de carga do
sistema. Todos os sensores de pressão são mensurados diferencialmente. Existem
basicamente 3 (três) tipos de sensores de pressão: pressão absoluta, pressão gage e pressão
diferencial. Neste projeto, serão utilizados os sensores de pressão diferencial. Os sensores
de pressão diferencial mensuram a diferença de pressão entre dois pontos independentes do
sistema. A tabela 2.5 apresenta as características elétricas do sensor de pressão utilizado no
projeto.
Tabela 2.5: Características elétricas do sensor de pressão
Descrição
Transmissor de
pressão TWPI
Escala
0 à 25 bar
Saída
4 à 20 [mA]
Alimentação
15 à 36 [Vcc]
Desta forma, será desenvolvido um circuito de condicionamento de sinal de acordo
com as características elétrica do sensor. Conforme mostra a tabela 2.4, temos uma pressão
de entrada que varia de 0 à 25 bar, deste modo o sinal de saída do sensor deverá ser
condicionado com o propósito de obtermos uma escala de 0 à 5 [V] na entrada do canal do
conversor AD.
Será desenvolvido uma linearização via software dos valores obtidos pelo sensor. A
equação de interface analógica é calculado de acordo com a sensibilidade do sistema e pode
ser escrita da seguinte forma:
Cordeiro
Relatório_Final
m=
34
∆V0
∆Pin
Equação 2.3: Sensibilidade do sistema
Sendo assim, podemos também considerar, caso exista, a tensão de offset do sensor.
O termo offset representa o valor de tensão quando não há diferença de pressão entre dois
pontos do sistema. Desta maneira, a equação 2.4 pode ser escrita em termos de tensão da
seguinte forma:
V0 = m × ∆Pin + b
Equação 2.4: Tensão de saída do sensor
Deste modo, podemos utilizar a equação 2.4 para linearizar os valores obtidos pelo
sensor de pressão.
2.2.10 Bloco <Gaseificador à Carvão Vegetal>
O gaseificador à carvão vegetal representa o sistema que será monitorado. Deste
modo, como descrito nas seções anteriores, haverá uma certa quantidade de sensores
acoplados ao sistema com o propósito de se monitorar as variáveis de processo. O sistema
de gaseificação deve ser visto como um sistema composto da unidade de gaseificação,
sistema de purificação, resfriamento e o sistema de conversão de energia. Desda maneira,
será monitorado cada um desses sistemas com o propósito de se obter o desempenho da
máquina.
Cordeiro
Relatório_Final
35
3. Arquitetura do Sistema
3.1 Condições do Ambiente
Este projeto tem como finalidade o desenvolvimento de um sistema de aquisição de
dados para um gaseificador de leito fixo a carvão vegetal utilizado como acionamento do
motor de combustão interna, visando a geração de força motriz, com potência no eixo do
motor na faixa de 5 a 15 Hp. Desta maneira, será descrito neste documento o projeto do
sistema de hardware, como por exemplo, os circuitos de condicionamento de sinal e de
interface e o projeto do sistema de software com os diagramas de classe e de componente.
3.1.1 Hardware
A placa 1710HG é um sistema de aquisição de dados multifuncional para o
barramento PCI. Esta placa fornece as 5 (cinco) mais importantes funções de medida e
controle, tais como: conversão A/D de 12 bits, conversão D/A, entrada digital, saída digital
e relógio/contador. Além disso, existe um buffer implementado com o método FIFO que
permite armazenar até 4K de amostragem do conversor A/D. A figura 3.1 amostra o
diagrama em blocos da placa.
Figura 3.1: Diagrama em Blocos
Cordeiro
Relatório_Final
36
A placa PCI 1710HG da Advantech é composta basicamente dos seguintes elementos:
•
Possui 16 (dezesseis) entradas analógicas e 8 (oitos) diferencias;
•
Um conversor A/D de 12 bits, com até 100 KHz de taxa de amostragem;
•
Ganho programável para cada canal de entrada;
•
Buffer baseado no método FIFO com possibilidade de armazenamento de até 4K de
amostragem;
•
Possui dois canais de saída analógica de 12 (doze) bits;
•
Possui 16 (dezesseis) entradas digitais e 16 (dezesseis) saídas digitais;
•
Contador programável.
3.1.2 Software
Como descrito no documento referente aos requisitos do usuário, a placa da
Advantech PCI-1710HG já acompanha todos os drivers para o manuseio dos componentes
de hardware. O ActiveDAQ é uma coleção de controles ActiveX para realizar operações de
I/O. Nesta seção será descrito cada tipo de controle e suas propriedades, métodos e eventos
mais usuais.
•
•
•
•
•
•
•
•
DAQDevice: Abre uma caixa de diálogo para o usuário com o propósito de selecionar
qual dispositivo deve ser operado.
DAQAI: Realiza operações de entradas analógicas simples ou medidas de
temperatura.
DAQAO: Realiza operações de saída analógica.
DAQDI: Realiza operações de entrada digital.
DAQDO: Realiza operações de saída digital.
DAQCounter: Realiza operações de contagem de eventos e freqüência.
DAQPulse: Realiza saída de pulsos.
DAQAlarm: Realiza configurações de alarme e checagem de alarme.
Cada controle do ActiveDAQ contém propriedades, métodos e eventos baseados no
tipo de operação e na capacidade dos dispositivos de I/O que apóiam o
ActiveDAQ.Algumas das propriedades e métodos para cada controle são comuns para
todos os controle da ActiveDAQ, como por exemplo DeviceNumber, DeviceName,
OpenDevice, CloseDevice, ErrorCode e ErrorMessage. Outras propriedades são
específicas ao controle e o tipo de operação que suporta.
Cordeiro
Relatório_Final
37
Desta forma, será discutido um exemplo envolvendo algumas propriedades, eventos
e métodos para realizar uma leitura de tensão pelo canal do conversor A/D. A figura 3.2
apresenta um formulário com todos os campos, labels e botões que serão utilizados neste
exemplo. Sendo assim, serão implementados os métodos responsáveis pela seleção do
dispositivo e pela leitura de tensão no canal do conversor A/D. É importante observar que
os nomes dos componentes, assim como os comentários inseridos no código foram escritos
na língua inglesa, pelo fato de que a linguagem de programação ser escrito em inglês.
Figura 3.2: Formulário de exemplo de uso do ActiveDAQ
O código abaixo descreve o método referente à seleção do dispositivo de hardware
instalado no PC desktop. Pode ser observado no código abaixo que o dispositivo de
hardware é selecionado através do método SelectDevice. Deste modo, toda a aplicação que
for desenvolvida deve ser iniciada com a escolha do dispositivo.
void __fastcall TForm1::SelectDeviceClick(TObject *Sender)
{
//Select the desired device
DAQDevice1->SelectDevice();
//The result is shown in the form edit
txtDeviceName->Text = DAQDevice1->DeviceName;
}
O código abaixo descreve o método referente à leitura de tensão no canal do
conversor A/D. É importante observar o método no qual a leitura é efetuada. O controle de
entrada analógica fornece dois métodos para executar leituras no canal, são eles: RawInput
Cordeiro
Relatório_Final
38
e RealInput. O método RawInput retorna um valor binário e o RealInput retorna um valor
de tensão. Ambos precisam como parâmetro o canal do conversor A/D.
void __fastcall TForm1::ReadClick(TObject *Sender)
{
//Set the DAQAI1 according to the selected device number
DAQAI1->DeviceNumber = DAQDevice1->DeviceNumber;
//It initializes the device according to the device number
DAQAI1->OpenDevice();
//It reads the analog input from the channel 0
txtAIValue->Text = FloatToStr(DAQAI1->RealInput(0));
//It closes the device
DAQAI1->CloseDevice();
}
3.2 Considerações Teórica
Os sistemas de aquisição de dados baseado em PC e placas plug-in são amplamente
utilizados em laboratórios e aplicações industriais com o propósito de mensurar os sinais de
tensão fornecidos pelos sensores. No entanto, o sinal fornecido por grande parte dos
sensores do mundo real deve ser condicionado antes de ser adquirido pela placa de
aquisição de dados. Desta forma, algumas funções de condicionamento de sinais tais como
amplificação, filtragem, isolação elétrica e multiplexação tornam-se necessárias para o
tratamento do sinal.
Além disso, diversos sensores solicitam uma excitação de corrente ou tensão,
linearização ou alta amplificação para uma operação apropriada e precisa. Deste modo,
grande parte dos sistemas de aquisição de dados baseado em PC incluem alguma forma de
condicionamento de sinal em adição a placa plug-in DAQ e o computador pessoal [7]. A
figura 3.3 ilustra um sistema de aquisição de dados baseado em PC com condicionamento
de sinal.
Cordeiro
Relatório_Final
1, 5
1
0,5
0
-0 , 5
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
-1
- 1, 5
Sensores
Circuito de
Condicionamento
de Sinais
39
Placa de
Aquisição de
Sinais
Figura 3.3: SAD baseado em PC com condicionamento de sinais
Serão descritos nas próximas seções o princípio de funcionamento dos sensores que
serão utilizados no projeto, os sistemas de condicionamento de sinais para sistemas de
aquisição de dados baseado em PC, assim como uma descrição mais detalhada sobre os
elementos que compõem o sistema de gaseificação.
3.2.1 Referências Bibliográficas
Nesta seção será descrito com mais detalhes o gaseificador a carvão vegetal
utilizado neste projeto. Sendo assim, podem ser especificados detalhadamente os processos
e fluxo de material do sistema, assim como, a análise do desempenho do equipamento.
Além disso, será dada uma abordagem teórica sobre sensores e as técnicas de
condicionamento de sinal.
3.2.2 Gaseificador de leito fixo a carvão vegetal [9]
A. Introdução
Como mencionado anteriormente, a gaseificação deve ser vista como um sistema
composto de unidade de gaseificação, sistema de purificação, resfriamento e sistema
conversor de energia final. Além da unidade de gaseificação, o sistema de purificação é
necessário por que o gás gerado no processo de gaseificação tem impurezas (cinza e pó de
carvão) que devem ser retirados em um circuito de limpeza adequado, de forma a proteger
o motor sem diminuir seu desempenho. Os gases submetidos ao tratamento de limpeza
devem, por sua vez, ser resfriados (para não produzir baixa excessiva de potência no
motor). Finalmente, pode-se converter a energia produzida pelo gás em energia mecânica
através do motor de combustão interna.
B. Descrição detalhada do fluxo de material e processos
O processo de gaseificação é conduzido em um reator (gaseificador) onde gases
combustíveis são formandos pela queima de biomassa sólida com suprimento restrito de ar
(ilustrado na figura 3.4). Desta forma, o processo pode ser decomposto da seguinte forma:
Cordeiro
Relatório_Final
40
Figura 3.4: Diagrama Esquemático de um gaseificador
• Zona de Combustão: As reações em alta temperatura entre o oxigênio do ar e o
combustível sólido ocorrem nesta região, formando dióxido de carbono e vapor d’água.
Desta maneira, as seguintes reações são produzidas:
C + O2 →
2H2 + O2 →
CO2 + calor
2H2O + calor
Reações exotérmicas
Equação 3.1: Reações na zona de combustão
• Zona de Pirólise: Nesta região parte do calor produzido pelas reações, ocorridas na
zona de combustão, provocará a pirólise da biomassa (decomposição térmica)
produzindo vapor d’água, metanol e alcatrão.
• Zona de Secagem: Parte do calor irá evaporar a água de umidade do combustível.
• Zona de Redução: Quando o dióxido de carbono e vapor d’água vindos da zona de
combustão passarem sobre essa região (camada de carvão quente), serão reduzidos a
monóxido de carbono e hidrogênio. Desta forma, serão produzidas as seguintes reações:
C + CO2
C + H 2O
→
→
2CO
H2 + CO
Reações endotérmicas
Equação 3.2: Reações na zona de redução
Cordeiro
Relatório_Final
41
É importante observar que além destas reações outras podem tomar lugar na zona de
redução:
C + H2
→ CH4
CO + 3H2
→ CH4 + H2O
C + 2H2O → CO2 + 2H2
→ CO2 + H2
CO + H2O
Equação 3.3: Reações adicionais na zona de redução
Esta zona de redução fica logo abaixo da zona de combustão o que força os
alcatrões produzidos na zona de pirólise passar através da zona quente de combustão, assim
os alcatrões são queimados ou convertidos em hidrocarbonetos leves antes de deixar o
gaseificador. O sistema de limpeza para o recolhimento do pó arrastado pelos gases é
constituído de ciclones (para separação do pó de maior ganulometria) e filtros (para reter o
pó de granulometria mais fina). É importante lembrar que os gases produzidos no
gaseificador se constituem basicamente de uma mistura de gases : CO2 , CO, O2, H2, CH4,
N2, H2O e CXHX.
Após a passagem pelo ciclone, o gás precisa ser resfriado antes de ser encaminhado
ao filtro de pano, evitando assim a danificação do pano de algodão (a danificação ocorre em
temperaturas maiores que 100° C). Em contrapartida, deve-se evitar que o gás seja muito
resfriado podendo assim atingir o ponto de orvalho resultando em condensação, o que
dificulta o processo de filtragem (o ponto de orvalho ocorre em temperaturas de 32° a
35°C). Portanto, o processo de filtragem precisa estar entre 50° e 80°C.
O motor só pode ser acionado após o gaseificador apresentar condições de fornecer
o gás necessário (após 15 minutos de operação). Deste modo, a ventoinha servirá então,
como um sistema alternativo de alimentação do ar de gaseificação até que o motor seja
colocado em funcionamento.
C. Análise do Desempenho do Equipamento
Para a avaliação do modelo do gasogênio, os principais fatores a serem analisados
são os seguintes: qualidade do gás gerado, comportamento de carga e desempenho dos
componentes da parte interna do gaseificador. Desta maneira, será descrito detalhadamente
nesta seção cada um destes elementos.
I. Qualidade do gás gerado: Quanto à qualidade do gás a ausência de alcatrões, pó e
composição química torna-se necessário. No modelo do gaseificador pretendido, o pó
arrastado pelo gás é recolhido depois da saída do gaseificador através dos equipamentos
de limpeza (ciclones e filtros). Os alcatrões que são extremamente prejudiciais aos
Cordeiro
Relatório_Final
42
motores são eliminados no interior do próprio gaseificador (na região de redução como
descrito na seção B).
II. Comportamento da Carga: Para o comportamento da carga é preciso analisar a
permeabilidade de carga, tendência a engaiolamento e formação de escórias. Nesta
avaliação o parâmetro mais importante é a granulometria da carga (neste caso o carvão
vegetal). Se a granulometria é muito fina ocorre resistência da carga à passagem do gás
prejudicando o processo de gasificação. Por outro lado, se a granulometria é elevada (com
carga composta de pedaços de carvão vegetal) ocorre formação de espaços vazios no
interior da carga o que também prejudica as reações gás-sólido.
Além disso, existe a tendência ao engaiolamento (partículas de carvão vegetal que
se acomodam no interior do gaseificador impedindo o fluxo do material). O desempenho
operacional do gaseificador mostra-se mais favorável quando operado com carga de
carvão vegetal com granulomtria na faixa de 10 a 30 mm (granulometria elevada).
III. Desempenho dos Componentes da Parte Interna do Gaseificador: No acompanhamento
sistemático realizado por [3] verificou-se um ótimo estado das peças em concreto
refratário, mostrando assim que o tipo de concreto especificado par a construção atende
perfeitamente às condições térmicas e químicas presentes durante o processo. No
protótipo atual utilizou-se grelha móvel, pelo fato de não haver a necessidade de se
movimentar a grelha durante a operação, mas depois de cada dia de operação a grelha
precisa ser movimentada para: remover uma quantidade suficiente do material que se
acumulou sobre a mesma (pedaços finos de carvão e aglomerados de escória), uma
retirada de cerca de 4 Kg resulta em um bom desempenho do gaseificador; e para
promover uma acomodação do leito de carvão evitado assim regiões de “vazios” (logo
abaixo do bico de injeção de ar).
3.2.3 Sensores
Sensores são dispositivos que tem por finalidade converter uma variável de processo
físico, como por exemplo, temperatura, pressão, umidade, luz e assim por diante, em uma
outra forma adequada para processamento. A maioria dos sensores converte fenômenos
físicos em grandezas elétricas, como por exemplo, tensão ou corrente. As características
dos sensores definem muitos requisitos do condicionamento de sinais de um sistema de
aquisição de dados. A tabela 3.1 apresenta um resumo das características elétricas e
requisitos de condicionamento dos sensores mais utilizados no projeto [7].
Cordeiro
Relatório_Final
43
Tabela 3.1: Características elétricas e requisitos de CS dos transdutores
Sensor
Características elétricas
Termopar
Saída de tensão baixa
Sensibilidade baixa
Saída não-linear
Dispositivo de saída de
corrente
Saída em uma malha de
corrente (4-20mA típico)
Requisitos de
condicionamento de sinal
Sensor de temperatura de
referência (para
compensação de junção fria)
Amplificação elevada
Linearização
Resistor de precisão
3.2.3 Sistema de Condicionamento de Sinal
Como mencionado na seção 3.2 no item referente às considerações teóricas, temos
basicamente 4 funções de condicionamento de sinais, são elas: amplificação, filtragem,
isolação elétrica e multiplexação tornando-se em muitos casos necessárias para o
tratamento do sinal. Deste modo, descreveremos nesta seção somente as funções que serão
utilizadas no projeto, neste caso, as funções de amplificação e isolação elétrica.
A. Amplificação
A amplificação de sinais torna-se necessário pelo fato de que a maioria dos sensores
fornece na saída um sinal relativamente baixo, na ordem de mV ou µC. Deste modo, a
amplificação do sinal pode ser feita próxima à fonte do sinal ou da placa de aquisição de
sinais. Quando se amplifica o sinal próximo à fonte, podemos melhorar a medição e
efetivamente reduzir os efeitos de ruído, tornando a leitura do sinal mais confiável. No
entanto, se a amplificação for realizada próxima à placa de aquisição de sinais, haverá
sérios problemas pelo fato de estarmos amplificando o ruído.
Como exemplo ilustrativo, podemos considerar o sensor de temperatura que
utilizamos neste projeto. Se considerarmos que a fonte do sinal está distante 10m da placa
de aquisição de dados e se as várias fonte de ruído no ambiente acoplam 200 µV ao sinal,
podemos facilmente verificar o efeito que será produzido na leitura. Sabendo que o
termopar tipo k possui uma média de sensibilidade de aproximadamente 40 µV/ºC, portanto
obteremos uma leitura de temperatura do ruído de aproximadamente 4ºC.
Por outro lado, se amplificarmos o sinal próximo ao termopar com um ganho de
200, teremos um sinal do termopar que varia aproximadamente 8 mV/ºC. Portanto, o sinal
viajando a mesma distância e o ruído presente no ambiente de aproximadamente 200 µV,
Cordeiro
Relatório_Final
44
teremos apenas uma fração de um grau celsius do ruído na leitura de temperatura,
resultando assim um efeito muito menor.
B. Isolação Elétrica
Aterramento impróprio do sistema de aquisição de sinais é a causa mais comum de
problemas envolvendo medição e danificação das placas de aquisição de dados [2].
Condicionamento de sinal isolado pode prevenir a maioria destes problemas através da
passagem do sinal a partir da sua fonte até o dispositivo de medida, sem uma conexão física
ou galvânica. Métodos comuns de isolação de circuitos incluem o uso de isoladores
magnéticos, ópticos ou capacitivos.
Quando conectamos a referência do sensor ou de um outro equipamento a placa de
aquisição de dados, veremos uma diferença de potencial na referência de ambas as entradas
da placa de aquisição de dados e esta tensão é conhecida como tensão em modo comum [7].
Isoladores também fornecem uma função de segurança importante através da proteção
contra surtos de alta tensão a partir de fontes como a rede de tensão, equipamentos de altatensão e etc. Quando estivermos trabalhando com estas tensões elevadas, condicionadores
de sinal isolado produzem uma efetiva barreira entre o sistema de aquisição de dados e
estes surtos de tensão.
3.2.4 Fórmulas e Derivações
O consumo específico do gaseificador de pequena potência a carvão vegetal,
acionando motores de combustão interna situa-se na faixa de 1,0 a 1,5 Kg de carvão/KWh.
Considerando-se para o poder calorífico do carvão vegetal um valor da ordem de 30 MJ/Kg
temos:
I. Cálculo da eficiência energética global (ηg) para 1,0 Kg de carvão/KWh
η=
EUTIL
× 100
E GERADA
Equação 3.4: Eficiência energética global
Energia útil = Energia gerada = 1KWh = 3,6 MJ
Energia de entrada = 1,0 Kg de carvão * 30,0 MJ/Kg de carvão = 30,0 MJ
η=
3,6
× 100 = 12%
30
Equação 3.5: Eficiência energética correspondente a 1 Kg de carvão
Cordeiro
Relatório_Final
45
II. Cálculo da eficiência energética global (ηg) para 1,5 Kg de carvão/KWh
Energia útil = Energia gerada = 1KWh = 3.6 MJ
Energia de entrada = 1,5 Kg de carvão * 30,0 MJ/Kg de carvão = 45,0 MJ
ηg =
3,6
× 100 = 8%
45
Equação 3.6: Eficiência energética correspondente a 1,5 Kg de carvão
Estes valores nos mostram que o gaseificador a carvão vegetal com consumos
específicos na faixa de 1,0 a 1,5 Kg de carvão/KWh apresentam eficiência energética
global na faixa de 8,0 a 12,0%.
3.3 Decisões de Projeto
O sistema a ser projetado será decomposto de acordo com a arquitetura de 3 (três)
camadas no método top-down. A primeira camada consiste da interface com o usuário, a
segunda dos módulos funcionais que processam os dados e a terceira do sistema de
gerenciamento de banco de dados que armazenam os dados solicitados pela segunda
camada. A decisão para usar a arquitetura de 3 camadas foi feita de acordo com as
seguintes razões:
•
É possível uma separação bem definida entre o controle de interface com o usuário e a
lógica da aplicação a partir da apresentação dos dados. Isto possibilita a mudança da
interface com o usuário e a lógica da aplicação do sistema, independente de cada outra,
assim como as interfaces entre as duas camadas não mudam. Se a interface com o
usuário ou a lógica da aplicação mudam completamente, somente a interface com
relação a outra camada precisam ser alteradas.
•
Redefinição da estratégia de armazenamento não influenciará as outras camadas assim
como as mudanças estruturais (como por exemplo os atributos da tabela) dos dados.
Caso isto aconteça, a lógica da aplicação e/ou a interface com o usuário precisam ser
adaptadas.
3.4 Diagrama de Arquitetura do Projeto
Nesta seção será dado uma visão geral da arquitetura do sistema, assim como as
interfaces existentes entre cada módulo. Conforme já mencionado, o sistema compreende
basicamente de um PC desktop, o qual possui uma placa PCI de aquisição de dados e o
Cordeiro
Relatório_Final
46
software que será responsável pela sistema de monitoramento das variáveis de processo.
Sendo assim, os sensores conectados ao sistema monitorado, neste caso o gasogênio,
forncerão os dados de processo através dos circuitos de interface. Os circuitos de interface
tem a finalidade de excitar os sensores para que sejam efetuadas as leituras, assim como
fornece um nível de tensão adequado para o canal do conversor A/D.
PC Desktop
1
Placa de
Aquisição de
Dados
2
Circuito de
Interface 1
5
3
Circuito de
Interface 2
6
4
Circuito de
Interface 3
7
Gasogênio
Figura 3.5: Arquitetura do sistema
Conforme mostrado na figura 3.5, pode ser observado as interfaces entre cada
módulo do sistema. Deste modo, a tabela 3.2 apresenta o tipo de interface entre cada
módulo, assim como os tipos de dados que influem de um módulo a outro.
Tabela 3.2: Interfaces do sistema
Nr.
1
2
Tipo de Interface
Sinal digital
Sinal de tensão de 0 a 5 V
3
Sinal de tensão de 0 a 5 V
4
5
Sinal de tensão de 0 a 5 V
Sinal de tensão de 0 a 5 V e corrente
de 4 a 20mA
6
Sinal de corrente de 4 a 20 mA
7
Sinal de tensão na ordem de mV
Fluxo de dados
Dados do processo técnico
Dados dos níveis de tensão e corrente do gerador
e umidade relativa do ambiente
Dados de pressão referente a perda de carga do
sistema
Dados de temperatura entre os processos
Sinais de tensão dos sensores de corrente e
tensão conectados ao gerador e sinais de corrente
do sensor de umidade
Sinais de corrente dos sensores de pressão que
estão conectados em 6 (seis) pontos distintos do
sistema
Sinais de tensão dos sensores de temperatura que
estão conectados em 6 (seis) pontos distintos
Cordeiro
Relatório_Final
47
3.4.1 Arquitetura de Hardware
A figura 3.6 apresenta a arquitetura do sistema de hardware. Deste modo, pode ser
observado que o projeto do sistema de hardware consiste na elaboração de 3 (três) circuitos
de interface com a placa de aquisição de dados da Advantech. No circuito 1 serão
conectados os sensores de tensão e corrente em cada fase do gerador elétrico acoplado ao
gasogênio. No circuito 2 (dois) e 3 (três) os sensores de pressão e temperatura
respectivamente estarão conectados em 6 (seis) pontos distintos do gaseificador.
Placa de
Aquisição de
Dados PCI1710HG
Circuito 1
Sensores:
- Tensão na Fase A
- Tensão na Fase B
- Tensão na Fase C
- Corrente na Fase A
- Corrente na Fase B
- Corrente na Fase C
Circuito 2
Sensores:
- Pressão no Ponto 1
- Pressão no Ponto 2
- Pressão no Ponto 3
- Pressão no Ponto 4
- Pressão no Ponto 5
- Pressão no Ponto 6
- Sensor de Umidade
Circuito 3
Sensores:
- Temperatura no Ponto 1
- Temperatura no Ponto 2
- Temperatura no Ponto 3
- Temperatura no Ponto 4
- Temperatura no Ponto 5
- Temperatura no Ponto 6
Figura 3.6: Arquitetura do Sistema de Hardware
É importante ressaltar a decisão de divisão dos circuitos de interface. Com o
propósito de avaliar o desempenho do sistema de gaseificação, torna-se necessário o
monitoramento do gerador conectado ao gaseificador. Deste modo, será elaborado um
circuito de interface somente para os sensores de tensão e corrente, pelo fato de tais
sensores estarem próximos da fonte (neste caso o gerador).
Com o intuito de monitorar os processos e o fluxo de material do sistema, torna-se
necessário o monitoramento das variáveis de pressão e temperatura. Os sensores de pressão
e temperatura estão conectados nos mesmos pontos do sistema. Porém, os sensores de
temperatura requerem um circuito adicional para o condicionamento do sinal. Deste modo,
Cordeiro
Relatório_Final
48
será desenvolvido um circuito para a interface dos sensores de pressão e um circuito para a
interface dos sensores de temperatura.
A. Sensor de Tensão
Serão utilizados 3 (três) sensores de tensão acoplados ao gasogênio. Desta forma,
será monitorado o sinal de tensão em cada fase do gerador e conseqüentemente a potência
fornecida pelo equipamento com a ajuda do sensor de corrente. Conforme descrito no
documento referente ao modelo do sistema, o sensor de tensão utilizado no projeto
necessita de uma fonte de alimentação de 15 V. Sendo assim, a figura 3.7 apresenta o
projeto da fonte de alimentação fornecendo à carga a tensão desejada.
Figura 3.7: Fonte de Alimentação simétrica
Desta maneira, deverão ser calculados os valores dos resistores para que possa
ser mensurada uma tensão de 127 V. Como mencionado no documento referente ao
modelo do sistema, a corrente nominal do primário deve corresponder a 10 mA. Desta
forma, pode ser calculado o valor do resistor R1 utilizando a corrente nominal do
primário e o valor do resistor Rm utilizando a corrente nominal do secundário de 25 mA.
500
∴ R1 = 50 KΩ
10 x10 −3
5
Rm =
∴ Rm = 200Ω
25 x10 −3
R1 =
De posse dos valores das resistências, o diagrama de ligação do sensor de tensão
pode facilmente ser desenhado com o intuito de fornecer uma visão do sistema. Desta
Cordeiro
Relatório_Final
49
forma, pode ser verificado na figura 3.8 que o lado do primário do sensor consiste
basicamente da alimentação da rede e um resistor em série. Este resistor tem o propósito de
fornecer uma corrente proporcional ao sinal de tensão mensurado. No lado do secundário
tem-se um resistor de 200Ω com o propósito de fornece uma leitura de 0 a 5 V no canal do
conversor A/D. É importante lembrar que este sensor de tensão requer uma alimentação de
±15V conforme mostrado na figura abaixo.
12,7K
+HT
+
+
200R
127
Vac
LV 25-P
-HT
15V
M
-
-
Figura 3.8: Diagrama de ligação do sensor de tensão
B. Sensor de Corrente
Serão utilizados 3 (três) sensores de corrente acoplados ao gasogênio. Deste modo,
pode ser verificado na figura 3.9 que o lado do primário do sensor de corrente consiste
basicamente da alimentação da rede. No lado do secundário tem-se um resistor de 200Ω
com o propósito de fornece uma leitura de 0 a 5 V no canal do conversor A/D. É importante
lembrar que este sensor de tensão requer uma alimentação de ±15V conforme mostrado na
figura abaixo.
in
1-5
+
200R
LA 25-NP
out
6 - 10
M
+
15 V
-
-
Figura 3.9: Diagrama de ligação do sensor de corrente
C. Sensor de Temperatura
Como descrito na seção 2.2 do documento referente ao modelo do sistema, onde é
apresentando o diagrama em blocos do sistema de hardware, temos o termopar como sensor
de temperatura representando um elemento com características não-linear. Desta forma,
será desenvolvido nesta seção o circuito de condicionamento de sinal (CCS) e o software de
Cordeiro
Relatório_Final
50
linearização para efetuar leituras de temperatura do sistema. A figura 3.10 ilustra o
diagrama em blocos do sistema.
Tm
0 ºC
Termpoar tipo K
1000 ºC
Vt
0
41,276 mv
Circuito de
Vs
Condicionament
o de Sinal
0
0 ºC
Programa para
linearização
5V
1000 ºC
Figura 3.10: Diagrama em blocos do sistema para medição de temperatura
Serão descritos nas seções seguintes o projeto do circuito de condicionamento de
sinal, as equações da interface analógica e as equações que deverão ser introduzidas no
software. É importante lembrar que todos esses procedimentos de cálculo para o termopar
foram baseados na referência [2].
C.1 Projetando o circuito de condicionamento de sinal
O circuito de condicionamento de sinal deve amplificar o sinal VT mostrado na
figura 3.10 com o propósito de fornecer a entrada do conversor A/D uma tensão para leitura
na faixa de 0 à 5 V. Desta maneira, o nosso circuito terá um ganho de tensão de:
Ganho =
∆V S
5−0
=
∴ Ganho = 121,135
∆VT
41,276 − 0
Equação 3.7: Ganho do amplificador operacional
Sendo assim, podemos escrever a equação do circuito da seguinte forma:
V S = 121,135 × Vi
Equação 3.8: Equação do CCS
Escolhemos um amplificador não inversor, pelo fato de o mesmo não apresentar
defasamento no sinal de saída. Portanto, a equação do ganho em malha fechada do circuito
é dado por:
Avf =
Rf
VS
= 1+
Vi
R1
Equação 3.9: Ganho de malha fechada do circuito não-inversor
Cordeiro
Relatório_Final
51
Escolhendo arbitrariamente o valor do resistor R1 = 1 K Ω , podemos calcular o
valor do resistor Rf para o ganho dado pela equação 3.11.
1+
Rf
1K
= 121,135 ∴
Rf
1K
= 121,2 ∴ R f = 121,2 KΩ
Equação 3.10: Valor do resistor de realimentação
A figura 3.11 mostra o circuito condicionador de sinais com os resistores
conectados ao amplificador operacional. Pode ser observado nesta figura que existe um
potenciômetro em série com o resistor de 1K Ω na entrada inversora. Este potenciômetro
foi utilizado para que o ganho do circuito possa ser variado. Isto foi feito pelo fato de haver
variações na temperatura ambiente do sistema causando assim variações no ganho do
amplificador operacional.
+15V
Vi
Vs
PLCD-8710
Canal do A/D
Termopar tipo K
-15V
PLCD-8710
CJC
PLCD-8710
GND
Figura 3.11: Termopar tipo K conectado ao CCS
C.2 Obtendo as equações de linearização
Nesta seção será descrito todos os procedimentos necessários para a obtenção das
equações de linearização. Desta maneira, será construído um gráfico da tensão (Vi)
produzida pelo termopar versus a temperatura (Tm), sendo que Tm terá um intervalo de 0 a
Cordeiro
Relatório_Final
52
1000ºC e o gráfico será dividido em segmentos linear com incrementos de 200ºC. A figura
3.12 ilustra tal gráfico.
Característica do Termopar tipo K
45
41,276
40
35
33,275
Vt (mV)
30
25
24,905
20
16,397
15
10
8,138
5
0
Termopar tipo k
0
200
400
600
800
100
0
8,138
16,397
24,905
33,275
41,276
Tm (ºC)
Figura 3.12: Gráfico característico do termopar tipo k
É importante lembrar que o gráfico da figura 3.12 poderia ter sido dividido em mais
segmentos. Sendo assim, poderíamos aumentar a linearização da curva e obter valores mais
precisos para as leituras de temperatura. Em contrapartida, seria aumentada a complexidade
do sistema, pelo fato de que haveria mais equações de linearização, ocupando assim um
maior espaço de memória e por conseguinte aumentaria o tempo de execução do programa
computacional. A tabela 3.3 apresenta os dados para os cálculos da sensibilidade do
termopar tipo K dividido em 5 (cinco) segmentos de reta.
Tabela 3.3: Sensibilidade do termopar tipo k dividido em 5 segmentos de reta
Segmento
0 – 200ºC
200 – 400ºC
400 – 600ºC
600 – 800ºC
Temperatura
em 1 e 5
6
6
33ºC
167ºC
233ºC
367ºC
433ºC
567ºC
633ºC
VT (mV)
∆VT (mV)
Sensibilidade
(µV/ºC)
1,326
6,821
9,464
15,007
17,794
23,501
26,306
5,495
41
5,543
41,4
5,707
42,6
5,611
41,9
Cordeiro
Relatório_Final
767ºC
833ºC
967ºC
800 – 1000ºC
31,917
34,623
39,984
53
5,361
40
É importante observar a construção da tabela 3.3, onde a primeira coluna apresenta
todos os segmentos de reta do gráfico. A segunda coluna foi calculada com base em cada
intervalo adotado, sendo que foram tomados 1/6 e 5/6 de cada segmento de reta da primeira
coluna. Foi anotado na terceira coluna o valor de VT correspondente a cada temperatura da
segunda coluna a partir da tabela do termopar tipo K que descreve a tensão termoelétrica
(mV) em função da temperatura (ºC).
A quarta coluna apresenta a diferença ∆VT dos valores obtidos na terceira coluna.
Finalmente, a quinta coluna apresenta a sensibilidade de cada segmento linear calculado
com base em ∆VT/134ºC, onde o valor 134ºC representa o incremento de temperatura
apresentado na segunda coluna. De posse da tabela 3.3, podemos escrever as equações de
aproximação linear da interface analógica. Sendo assim, temos:
1º) Para 0ºC ≤ Tm < 200ºC
Sensibilidade =
VT − 1,326mV
µV
 µV 
= 41
∴VT =  41
Tm − 0,027mV
ºC
TM − 33º C
 ºC 
Equação 3.11: Aproximação linear do primeiro segmento
2º) Para 200ºC ≤ Tm < 400ºC
Sensibilidade =
VT − 9,464mV
µV
µV 

= 41,4
∴VT =  41,4
Tm − 0,1822mV
ºC
ºC 
TM − 233º C

Equação 3.12: Aproximação linear do segundo segmento
3º) Para 400ºC ≤ Tm < 600ºC
Sensibilidade =
VT − 17,794mV
µV
µV 

= 42,6
∴VT =  42,6
Tm − 0,6518mV
ºC
ºC 
TM − 433º C

Equação 3.13: Aproximação linear do terceiro segmento
4º) Para 600ºC ≤ Tm < 800ºC
Cordeiro
Relatório_Final
Sensibilidade =
54
VT − 26,306mV
µV
µV 

= 41,9
∴VT =  41,9
Tm − 0,2167 mV
TM − 633º C
ºC
ºC 

Equação 3.14: Aproximação linear do quarto segmento
5º) Para 800ºC ≤ Tm < 1000ºC
Sensibilidade =
VT − 34,623mV
µV
 µV 
= 40
∴VT =  40
Tm + 2,623mV
ºC
TM − 800º C
 ºC 
Equação 3.15: Aproximação linear do quinto segmento
Deste modo, podem ser encontradas as equações de interface analógica
multiplicando as equações 3.12 a 3.16 pelo ganho de 121,2 do circuito de condicionamento
de sinal. A tabela 3.4 apresenta as equações de interface analógica com os respectivos
intervalos de temperatura e tensão fornecidos pelo circuito.
Tabela 3.4: Equação linear de interface analógica
Equação de aproximação de
interface analógica
mV 

V0 =  4,969
Tm − 3,272mV
ºC 

Intervalo de operação
Tm (ºC)
V0 (V)
0 – 200
0 – 0,986
mV 

V0 =  5,017
Tm − 22,082mV
ºC 

200 – 400
0,986 – 1,987
mV 

V0 =  5,163
Tm − 78,998mV
ºC 

400 – 600
1,987 – 3,018
mV 

V0 =  5,078
Tm − 26,264mV
ºC 

600 – 800
3,018 – 4,032
mV 

V0 =  4,848
Tm + 317,907mV
ºC 

800 – 1000
4,032 – 5,00
Sendo assim, as equações de programação para cada segmento podem ser
encontradas resolvendo as equações de interface analógica em função de Tm. De posse das
equações de programação, o algoritmo responsável pela linearização dos dados de
temperatura do termopar pode facilmente ser implementado usando uma linguagem de
programação. A tabela 3.4 apresenta as equações para a escrita do programa de linearização
para a interface analógica do termo par tipo K.
Cordeiro
Relatório_Final
55
Tabela 3.5: Equações para o software de linearização
V0 (V)
0 – 0,986
0,986 – 1,987
1,987 – 3,018
3,018 – 4,032
4,032 – 5,00
Tm (ºC)
V + 3,272mV
Tm = 0
mV
4,969
ºC
V + 22,082mV
Tm = 0
mV
5,017
ºC
V + 78,998mV
Tm = 0
mV
5,163
ºC
V + 26,264mV
Tm = 0
mV
5,078
ºC
V − 317,907 mV
Tm = 0
mV
4,848
ºC
Segmento
0 – 200 ºC
200 – 400 ºC
400 – 600 ºC
600 – 800 ºC
800 – 1000ºC
D. Sensor de Umidade Relativa
O sensor de umidade relativa que será usado neste projeto apresenta uma corrente
de saída 4 a 20 mA conforme descrito no documento referente ao modelo do sistema. É
importante lembrar que muitos sensores que são utilizados em controle de processo e
aplicações de monitoramento apresentam em sua saída um sinal de corrente, geralmente na
ordem de 4 a 20 mA ou 0 a 20mA. No entanto, deve ser usada uma fonte de alimentação
para o sensor com o propósito de excitá-lo. Nesta seção será projetada a fonte de
alimentação e o resistor que irá produzir um sinal de tensão para o canal do conversor A/D.
O sensor de umidade TW/UR 95MP da IOPE não permite operar a sonda, ou seja, a
saída de umidade relativa alimenta somente o loop de umidade deixando de alimentar o
loop de temperatura. No entanto, o loop de temperatura deverá ser fechado ao lado positivo
da fonte de alimentação mesmo que não haja a necessodade de ser lido, pelo fato de que o
sensor de umidade relativa necessita de compensação de temperatura do ambiente. A figura
4.9 apresenta o diagram a de ligação do sensor de umidade relativa.
Cordeiro
Relatório_Final
56
250R
15V
Figura 3.13: Diagrama de ligação do sensor de umidade relativa
Sendo assim, o sistema de aquisição de dados pode ser usado para mensurar a
tensão produzida pelo resistor mostrado na figura 3.13. O valor do resistor deverá converter
a malha de corrente de 4 a 20 mA em um sinal de tensão que varia de 1.0 a 5.0V. Deste
modo, será usado um resistor de 250 Ω.
3.4.3 Arquitetura de Software
A figura 3.14 apresenta a arquitetura do sistema de software. Conforme mencionado
na seção 3 referente às decisões de projeto, o sistema foi decomposto em 3 (três) camadas
através do método top-down. Deste modo, a primeira camada refere-se à interface com o
usuário, a segunda camada aos módulos funcionais e a terceira camada ao sistema de
gerenciamento de dados.
Desta forma, a camada referente à interface gráfica permite que o usuário interaja
com sistema solicitando uma conexão, início do processo de aquisição dos parâmetros
elétricos e físicos e consultas ao banco de dados do sistema. A camada referente à aplicação
lógica será responsável pelo processamento da informação através dos módulos funcionais,
ou seja, terá a função de converter os valores obtidos através dos sensores, conectar e
desconectar o sistema de aquisição de dados da internet. A camada referente ao
gerenciamento dos dados é responsável pela inserção, atualização e consulta aos dados do
sistema.
Cordeiro
Relatório_Final
57
Solicita Conexão
Inicia Aquisição
Consulta Dados
Usuário
Interface com o
Usuário
Controle de Interface
com o Usuário
Visualização dos Parâmetros
Resultados da Consulta
Inicia Aquisição
Variáveis de Processo
Solicita Conexão
Lógica da
Aplicação
Lógica da Aplicação
Resultado da Consulta
Consulta
Gerenciamento de
Dados
Figura 3.14: Arquitetura do sistema de software
A. Diagrama de Classe
Nesta seção será apresentado o diagrama de classe do sistema de software. Deste
modo, o sistema consiste de 6 classes, são elas: ParametroTextual, ParametroGrafico,
VisualizaDados, Gasogenio, Sensores e Consulta. As três primeiras classes são referentes à
interface gráfica com o usuário, ou seja, o usuário poderá interagir com o sistema de
aquisição de dados e visualizar textualmente e graficamente as variáveis de processo.
Existem 16 sensores conectados no gasogênio com o propósito de fornecer os dados
Cordeiro
Relatório_Final
58
referentes a cada processo do sistema. A figura 3.15 mostra o diagrama de classe do
sistema de software.
ParametroTextual
ParametroGrafico
VisualizaDados
-Identificacao:TGroupBox
-CarvaoVegetal:TGroupBox
-IntervaloTempo:TGroupBox
-ConsumoEspecifico:TGroupBo
-ParamEletricos:TGroupBox
-ParamFisicos1:TGroupBox
-ParamFisicos2:TGroupBox
-Inicia:TBitBtn
-Para:TBitBtn
-Grafico:TBitBtn
-Volta:TBitBtn
-edtIdentificaTeste:TEdit
-edtOperador:TEdit
-edtCombustivel:TEdit
-edtCarga:TEdit
-edtTempo:TEdit
-Pressao1:TProgressBar
-Pressao2:TProgressBar
-Pressao3:TProgressBar
-Pressao4:TProgressBar
-Pressao5:TProgressBar
-Pressao6:TProgressBar
-Temperatura1:TProgressBa
-Temperatura2:TProgressBa
-Temperatura3:TProgressBa
-Temperatura4:TProgressBa
-Temperatura5:TProgressBa
-Temperatura6:TProgressBa
-Tensao1:TTrackBar
-Tensao2:TTrackBar
-Tensao3:TTrackBar
-Corrente1:TTrackBar
-Corrente2:TTrackBar
-Corrente3:TTrackBar
-Volta:TBitBtn
-ItemBusca:TEdit
-Pesquisa:TBitBtn
-Curvas:TBitBtn
-Imprimi:TBitBtn
-Volta:TBitBtn
-Resultados:TDBGrid
1
1
1
1
1
1
Gasogenio
-IdentificaTeste:String
-Operador:String
-Combustivel:String
-Carga:int
-Tempo:int
Consulta
1
+AdquiriDados:void
+TerminaAquisicao:voi
+VisualizaGrafico:void
+Retorna:void
1
16
Sensores
-Temperatura:Float
-Pressao:Float
-Umidade:Float
-Corrente:Float
-Tensao:Float
+LeituraTemp:float
+LeituraPressao:float
+LeituraUmidade:floa
+LeituraCorrente:floa
+LeituraTensao:float
Figura 3.15: Diagrama de Classe
1..*
-BuscaTeste:String
+PesquisaTeste:void
+ImprimiTeste:void
+fico:void GeraGr
+Retorna:void
Cordeiro
Relatório_Final
59
3.5 Estrutura de Dados
Nesta seção será apresentado o diagrama de entidade-relacionamento referente ao
projeto de banco de dados do sistema de aquisição de dados. Deste modo, com o propósito
de fornecer maiores detalhes descritivos a respeito das entidades, relacionamentos e
atributos usados no modelo, será desenvolvido o dicionário de dados.
3.5.1 Tabela ‘Param_testes’
A tabela 3.6 apresenta o dicionário de dados para as entidades Param_teste. O
dicionário de dados é simplesmente uma lista dos nomes que estão inclusos nos diferentes
modelos do sistema. Desta forma, o dicionário de dados tem o propósito de definir a
estrutura da informação que está sendo trocada e também permite validação se o modelo de
dados é livre de redundâncias ou inconsistências
Tabela 3.6: Representação do dicionário de dados para a entidade “Param_teste”
Nome
Param_teste
ID
ID_teste
Operador
Combustivel
Carga
Intervalo
Consumo
Hora
Data
Descrição
Informação estruturada sobre os
parâmetros de teste do sistema de
aquisição de dados
Chave primária
Chave estrangeira
Identificação da pessoa que realiza os
testes com o gasogênio
Tipo de combustível que será utilizado
no gasogênio
Quantidade total de carga em Kg
Intervalo de tempo em que será
coletado o sinal dos sensores
Fornece o consumo específico do
gasogênio em tempo real
Hora atual do sistema na qual o teste
será realizado.
Data atual do sistema na qual o teste
será realizado.
Tipo
Entidade
Data
23.07.2004
Atributo
Atributo
Atributo
23.07.2004
23.07.2004
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
Atributo
23.07.2004
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
É importante observar que cada teste efetuado com o gasogênio terá uma série de
parâmetros que deveram ser configurados. Deste modo, o usuário deve fornecer ao sistema
a identificação do teste, o nome do operador, tipo de combustível, quantidade de carvão e o
intervalo de tempo que serão coletados os sinais através dos sensores. A hora e data atual
Cordeiro
Relatório_Final
60
do sistema serão registradas no início dos testes. O sistema fornecerá o consumo específico
do gasogênio em tempo real com o propósito de avaliar o desempenho do sistema.
3.5.2 Tabela ‘Param_eletricos’
A tabela 3.7 apresenta o dicionário de dados para a entidade “Param_eletricos”.
Conforme indicado na tabela, serão registrados os sinais de tensão e corrente do gerador em
intervalos definidos no tempo.
Tabela 3.7: Representação do dicionário de dados para a entidade “Param_eletricos”
Nome
Descrição
Param_eletricos Informação estruturada sobre
parâmetros elétricos do gerador.
ID
Chave primária
Tensão_1
Representa a tensão na fase A
gerador
Tensão_2
Representa a tensão na fase B
gerador
Tensão_3
Representa a tensão na fase C
gerador
Corrente_1
Representa a corrente de linha
fase A do gerador
Corrente_2
Representa a corrente de linha
fase B do gerador
Corrente_3
Representa a corrente de linha
fase C do gerador
os
Tipo
Entidade
Data
23.07.2004
do
Atributo
Atributo
23.07.2004
do
Atributo
23.07.2004
do
Atributo
23.07.2004
na
Atributo
23.07.2004
na
Atributo
23.07.2004
na
Atributo
23.07.2004
3.5.3 Tabela ‘Param_fisicos’
A tabela 3.8 apresenta o dicionário de dados para entidade “Param_fisicos”.
Conforme indicado na tabela, serão registradas as variáveis de pressão e temperatura entre
os diferentes processos do sistema.
Cordeiro
Relatório_Final
61
Tabela 3.8:: Representação do dicionário de dados para a entidade “Param_fisicos”
Nome
Param_fisicos
ID
Pressão_1
Pressão_2
Pressão_3
Pressão_4
Pressão_5
Pressao_6
Temperatura_1
Temperatura_2
Temperatura_3
Temperatura_4
Temperatura_5
Temperatura_6
Descrição
Informação estruturada sobre os
parâmetros elétricos do gerador.
Chave primária.
Representa a variável de pressão
entre o gaseificador e o ciclone.
Representa a variável de pressão
entre o gaseificador e o ciclone.
Representa a variável de pressão
entre o ciclone e o resfriador de
convecção natural.
Representa a variável de pressão
entre o resfriador de convecção
natural e a ventoinha de partida do
motor.
Representa a variável de pressão
entre a ventoinha de partida e o
motor.
Representa a variável de pressão
entre o filtro de pano e o motor.
Representa a variável de temperatura
entre o gaseificador e o ciclone.
Representa a variável de temperatura
entre o ciclone e o resfriador de
convecção natural.
Representa a variável de temperatura
entre o resfriador de convecção
natural e a ventoinha de partida do
motor.
Representa a variável de temperatura
entre a ventoinha de partida e o
motor.
Representa a variável de temperatura
entre a ventoinha de partida e o filtro
de pano.
Representa a variável de temperatura
entre o filtro de pano e o motor.
Tipo
Entidade
Data
23.07.2004
Atributo
Atributo
23.07.2004
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Atributo
23.07.2004
Cordeiro
Relatório_Final
62
3.5.4 Diagrama de Entidade-Relacionamento do Sistema de Banco de
Dados
A figura 3.16 apresenta o diagrama Entidade-Relacionamento do sistema de banco
de dados. Pode ser observado que existem 3 entidades, são elas: Param_testes,
Param_eletricos, Param_fisicos. Deste modo, a entidade Param_testes possui
relacionamento 1:n com as entidades Param_eletricos e Param_fisicos.
Param teste
-ID:int
-ID_teste:text
-Operador:text
-Combustivel:text
-Carga:double
-Intervalo:double
-Consumo:double
1
n
Param eletricos
-ID:int
-Tensao_1:double
-Tensao_2:double
-Tensao_3:double
-Corrente_1:double
-Corrente_2:double
-Corrente_3:double
1
n
Param fisicos
-ID:int
-Pressao_1:double
-Pressao_2:double
-Pressao_3:double
-Pressao_4:double
-Pressao_5:double
-Pressao_6:double
-Temperatura_1:double
-Temperatura_2:double
-Temperatura_3:double
-Temperatura_4:double
-Temperatura_5:double
-Temperatura_6:double
Figura 3.16: Diagrama de Entidade-Relacionamento
Cordeiro
Relatório_Final
63
3.6 Definições de Interface
Nesta seção serão descritas as interfaces dos componentes do sistema. Existem
basicamente 7 (sete) interfaces no sistema conforme mostrado na figura 3.5. Sendo assim,
serão descritos os tipos de interface existente entre os módulos, o fluxo de dados e o
relacionamento entre eles.
3.6.1 PC Desktop ↔ Placa de Aquisição de Dados
Esta interface define a aquisição dos dados do processo técnico. Desta forma, os
valores de tensão que representam o estado das variáveis de processo serão lidos através
dos canais do conversor A/D. Conforme descrito na seção 1.2 referente ao software que
acompanha a placa de aquisição de dados, existem componentes de software que realizam
as leituras através do canal do conversor A/D. Sendo assim, estes valores serão utilizados
na aplicação de forma a fornecer ao usuário uma interpretação gráfica e textual das
variáveis de processo.
3.6.2 Placa de Aquisição de Dados ↔ Circuito de Interface 1
Esta interface define a aquisição das variáveis de processo referente aos sensores de
tensão, corrente e umidade. Os sensores de tensão e corrente são responsáveis pelo
monitoramento do gerador elétrico acoplado ao sistema. Deste modo, pode-se monitorar a
quantidade de energia elétrica que está sendo produzido para uma determinada quantidade
de carvão vegetal. O sensor de umidade é responsável pela umidade relativa na qual o
gasogênio se encontra.
Sendo assim, o circuito de interface 1 é responsável pela excitação dos sensores e
pela comunicação dos elementos de campo, que neste caso é representado pelos sensores, e
a placa de aquisição de dados que está conectada ao PC desktop. O circuito de interface 1
fornece um nível de tensão adequado para o canal do conversor A/D com o propósito de
representar o estado das variáveis de processo. Desta maneira, o circuito de interface 1
fornecerá os dados de processo em uma faixa de tensão de 0 a 5 V. O software que estará
instalado no PC desktop será responsável pela interpretação dos valores.
Cordeiro
Relatório_Final
64
3.6.3 Placa de Aquisição de Dados ↔ Circuito de Interface 2
Esta interface define os dados de processo referente aos sensores de pressão
conectados em 6 (seis) pontos distintos do sistema. Sendo assim, o circuito de interface 2
será responsável pela excitação dos sensores e pela comunicação dos elementos de campo,
que neste caso é representado pelos sensores de pressão, e a placa de aquisição de dados. O
circuito de interface 2 fornecerá um nível de tensão na faixa de 1 a 5 V a partir de uma
malha de corrente de 4 a 20 mA, onde haverá um resistor de precisão fornecendo o nível de
tensão adequado ao canal do conversor A/D.
3.6.4 Placa de Aquisição de Dados ↔ Circuito de Interface 3
Esta interface define a aquisição dos dados de processo referente aos sensores de
temperatura conectados em 6 (seis) pontos distintos do sistema. O circuito de interface 3 é
responsável pelo condicionamento de sinal fornecido pelo sensor termopar tipo K. Desta
forma, haverá uma fonte de alimentação para o CCS que consiste basicamente de um
amplificador operacional e alguns resistores que representam o ganho do circuito. Sendo
assim, o circuito de interface 3 fornecerá um nível de tensão na faixa de 0 a 5 V. O software
que estará instalado no PC desktop será responsável pela interpretação dos valores.
3.6.5 Circuito de Interface 1 ↔ Gasogênio
Esta interface é responsável pela transmissão de sinais entre o processo técnico e a
placa de aquisição de dados. Cada sensor de tensão, corrente e umidade fornecem uma
corrente que irá circular em um resistor de precisão com o propósito de obter uma leitura de
tensão para o canal do conversor A/D. Desta forma, para cada sensor haverá um resistor de
precisão no circuito de interface 1.
3.6.6 Circuito de Interface 2 ↔ Gasogênio
Esta interface é responsável pela transmissão de sinais entre o processo técnico e a
placa de aquisição de dados. Cada sensor de pressão fornece uma corrente na ordem de 4 a
20 mA que irá circular em um resistor de precisão com o propósito de obter uma leitura de
tensão para o canal do conversor A/D. Desta forma, para cada sensor haverá um resistor de
precisão no circuito de interface 2.
Cordeiro
Relatório_Final
65
3.6.7 Circuito de Interface 3 ↔ Gasogênio
Esta interface é responsável pela transmissão de sinais entre o processo técnico e a
placa de aquisição de dados. Cada sensor de temperatura conectado ao gasogênio fornece
um nível de tensão na ordem de mili volts. Deste modo, será necessário um circuito de
condicionamento de sinal para cada sensor com o propósito de obter uma leitura de tensão
na faixa de 0 a 5 V para o canal do conversor A/D. É importante lembrar que o CCS
amplifica o sinal próximo à fonte com o intuito de evitar o aparecimento de ruídos na
leitura.
Cordeiro
Relatório_Final
66
4. Componentes do Sistema
4.1 Componentes do Sistema de Hardware
Conforme mencionado no item 1.2.1 referente á área de aplicação, o Centro de
Desenvolvimento Energético Amazônico (CDEAM) pretende desenvolver um conjunto de
ferramentas que sejam capazes de produzir energia a partir de fontes renováveis. Desta
forma, o sistema desenvolvido neste projeto possibilitará o monitoramento de outros
equipamentos de produção de energia.
O projeto de hardware foi desenvolvido em 3 (três) circuitos com o propósito de
fornecer flexibilidade para o monitoramento de outros equipamentos que necessariamente
não possuam as mesmas grandezas a serem mensuradas. Sendo assim, o objetivo desta
seção é fornecer uma visão geral da funcionalidade e responsabilidade do sistema de
hardware.
4.1.1 Circuito 1
O circuito 1 é responsável pelo monitoramento do gerador síncrono trifásico
conectado no eixo do motor que opera na faixa de 5 a 15 HP. A placa possui 3 (sensores) de
tensão e 3 (três) sensores de corrente com o propósito de monitorar os níveis de tensão,
corrente de cada fase do gerador e a potência total fornecida à carga.Existe uma fonte de
alimentação simétrica de ±15V para a alimentação dos sensores e terminais de entrada e
saída da placa. Deste modo, o terminais de entrada são conectados nos terminais do gerador
e os de saída nos conversor A/D da placa PCI 1710-HG da Advantech.
Cordeiro
Relatório_Final
67
Figura 4.1: Diagrama esquemático do circuito 1
A. Lista de Componentes do Circuito 1
A tabela 4.1 apresenta a listagem de componentes usados no circuito 1, 2 e 3
referente a fonte de alimentação. A tabela 4.2 apresenta a listagem de componentes
referente ao circuito 1. Os preços citados neste projeto foram consultados no mês 09/2004
pela empresa Eletroshop Infomática Comercial ([email protected]).
Tabela 4.1: Lista de componentes referente à fonte de alimentação de cada placa
Qtde
6
6
6
3
3
Descrição
Preço
p/unid.
Capacitor Eletrolítico 2200uF, 50V
Capacitor Eletrolítico 100uF, 50V
Capacitor de Tantalum 1uF, 50V
Ponte Retificadora, 36V/3ª
Borner 3 pinos passo 3.5mm 6A Alt. 8.7mm e Larg. 6.5mm
Preço Total
1,44
0,14
0,09
6
2,38
Subtotal
8,64
0,84
0,54
18
7,854
35,874
Cordeiro
Relatório_Final
68
Tabela 4.2: Lista de componentes do circuito 1
Qtde
6
2
1
1
6
6
Preço
p/unid.
Descrição
Borner 2 pinos passo 3.5mm 6A Alt. 8.7mm e Larg. 6.5mm
Borner 3 pinos passo 3.5mm 6A Alt. 8.7mm e Larg. 6.5mm
Regulador de Tensão Positivo, 7815T
Regulador de Tensão Negativo, 7915T
Resistores de 50KΩ − 2.5W
Resistores de 200W - 1/8W
Preço Total
1,72
2,38
0,9
0,9
0,47
0,47
Subtotal
11,352
5,236
0,9
0,9
3,82
3,82
26,028
4.1.2 Circuito 2
O circuito 2 é responsável pelo monitoramento da pressão em 6 (seis) pontos
distintos do sistema e da umidade relativa do ar. A placa consiste basicamente de resistores
de precisão com o propósito de fornecer uma um nível de tensão na faixa de 1-5V para o
canal do conversor A/D. Existe uma fonte de alimentação simétrica de ±24V para a
alimentação dos sensores. A placa fornece terminais de entrada e saída para alimentar os
sensores e fornecer o estado do sensor para o conversor A/D respectivamente. A figura 3.18
apresenta o diagrama esquemático do circuito 2.
Figura 4.2: Diagrama esquemático do circuito 2
Cordeiro
Relatório_Final
69
A. Lista de Componentes do Circuito 2
A tabela 4.3 apresenta a listagem de componentes usados no circuito 2.
Tabela 4.3: Lista de componentes do circuito 2
Qtde
7
3
1
1
7
Descrição
Preço
p/unid.
Borner 2 pinos passo 3.5mm 6A Alt. 8.7mm e Larg. 6.5mm
Borner 3 pinos passo 3.5mm 6A Alt. 8.7mm e Larg. 6.5mm
Regulador de Tensão Positivo, 7824T
Regulador de Tensão Negativo, 7924T
Resistores de 250Ω - 1/8W
Preço Total
1,72
2,38
0,9
0,9
0,47
Subtotal
14,04
8,14
0,9
0,9
4,29
28,27
4.1.3 Circuito 3
O circuito 3 é responsável pelo monitoramento da temperatura em 6 (seis) pontos
distintos do sistema. A placa consiste basicamente de resistores de precisão e
amplificadores operacionais com o propósito de amplificar o sinal proveniente dos sensores
de temperatura e fornecer um nível de tensão na faixa de 1-5V para o canal do conversor
A/D. Existe uma fonte de alimentação simétrica de ±15V para a alimentação dos sensores.
A placa fornece terminais de entrada e saída para a alimentação dos sensores e
fornecimento do estado do sensor para o conversor A/D respectivamente. A figura 3.18
apresenta o diagrama esquemático do circuito 3.
Cordeiro
Relatório_Final
70
Figura 4.3: Diagrama Esquemático do circuito 3
B. Lista de Componentes do Circuito 3
A tabela 4.4 apresenta a listagem de componentes usados no circuito 3.
Tabela 4.4: Lista de Componentes do circuito 3
Qtde
1
7
1
1
6
6
7
6
1
Descrição
Preço
p/unid.
Borner 2 pinos passo 3.5mm 6A Alt. 8.7mm e Larg. 6.5mm
Borner 3 pinos passo 3.5mm 6A Alt. 8.7mm e Larg. 6.5mm
Regulador de Tensão Positivo, 7815T
Regulador de Tensão Negativo, 7915T
Resistores de 1K - 1/8W
Resistores de 122K - 1/8W
Soquete 14 pinos
Amplificador Operacional OP-117
Multiplexador de 8 entradas 74LS151
Preço Total
1,72
2,38
0,9
0,9
0,47
0,47
0,68
9
3
Subtotal
2,72
18,66
0,9
0,9
3,82
3,82
4,08
54
3
91,9
Cordeiro
Relatório_Final
71
4.2 Componentes do Sistema de Software
Conforme mencionado no item 3.3 referente à decisões de projeto, o sistema foi
desenvolvido de acordo com a arquitetura de 3 (três) camadas no método top-down. A
primeira camada consiste da interface com o usuário, a segunda dos módulos funcionais
que processam os dados e a terceira do sistema de gerenciamento de banco de dados que
armazenam os dados solicitados pela segunda camada. Deste modo, o objetivo desta seção
é fornecer uma visão geral da funcionalidade e responsabilidade do sistema de software
4.2.1 Componente ParametroTextual
Esta classe é responsável pela visualização das informações adquiridas pelos
sensores de tensão, corrente, temperatura, pressão e umidade relativa do ar. Desta forma,
conforme mostrado na figura 2.6 referente ao capítulo requisitos do sistema, esta classe
permitirá que o usuário entre com os dados de identificação do experimento e fornecerá
também uma visualização textual das variáveis de processos.
Esta interface com o usuário foi implementada em uma classe Borland C++ com o
nome ParametroTextual. Esta classe define os seguintes atributos e métodos:
• private TGroupBox *Identification, *Charcoal, *TimeInterval,
*SpecificConsumption, *ElectricalParameters, *PhysicalParametersI
Estes atributos definem 6 (seis) Group Box para interface com o usuário com o
propósito de separar por grupo a entrada de dados.
• private TEdit *edtTestIdentification, *edtOperator, *edtSource, *edtLoad,
*edtTime
Estes atributos definem 5 (cinco) caixas de texto com o propósito de fornecer meios
para o usuário entrar com os dados do experimento.
• private TBitBtn *btStart, *btStop, *btGasogenio, *btVoltar
Estes atributos definem 4 (cinco) botões na interface gráfica com o usuário.
• private TTimer *tmrRead, *tmrLED
Estes atributos definem (2) timers com o propósito de configurar o período de
amostragem do sistema.
Cordeiro
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• private TDAQAI *DAQAI1
Este atributo define uma interface com o placa de aquisição e controle de dados da
Advantech.
public void __fastcall FormCreate(TObject *Sender);
Este método é responsável por inicializar os components da classe.
4.2.2 Componente ParametroGrafico
Esta classe é responsável por mostrar as variáveis de processo em uma forma
gráfica. O usuário é capaz de visualizar todos os fluxos de informação e processo do
gasogênio. Os sensores são posicionados de tal forma que eles representam a localização
física no sistema. A figura 2.7 referente ao capítulo requisitos do sistema mostra a tela de
interface com o usuário.
Este componente foi implementado em uma classe Borland C++ com o nome
ParamGraph. Esta classe define os seguintes atributos e métodos:
• private TProgressBar *P1, *P2, *P3, *P4, *P5, *P6, *T1, *T2, *T3, *T4, *T5, *T6
Estes atributos definem 12 (doze) barras de progresso com o propósito de visualizar
de uma forma gráfica o estado dos sensores de temperatura e pressão.
• private TTrackBar *V1, *V2, *V3, *I1, *I2, *I3
Estes atributos definem 6 (seis) Track Bar com o propósito de fornecer uma
visualização gráfica dos ensors de tensão e corrente.
• private Tshape *Gaseificador, *Ciclone, *Resfriador, *Ventoinha, *Motor,
*Gerador, *Filtro
Estes atributos definem 7 (sete) Shapes representado os componentes físicos do
sistema gasogênio.
• public void __fastcall ReturnClick(TObject *Sender);
Este método retorna a interface textual do sistema. A janela atual é fechada com o
método Close() fornecido pelo Borland C++
Cordeiro
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• public void __fastcall FormCreate(TObject *Sender);
Este método é responsável por configurar os valores máximo e mínimo das barras
de progresso e Track Bars.
4.2.3 Componente VisualizaDados
Esta classe é responsável por selecionar e mostrar os resultados do experimento em
uma tabela de dados. Deste modo, o usuário deve fornecer o parâmetro de identificação do
teste e o sistema localizará o experimento através de uma consulta SQL . O usuário pode
também fornecer somente as iniciais de identificação do experimento. Sendo assim, esta
classe define os atributos e métodos referentes à interface com o usuário.
• private TEdit *edtSerachField
Este atributo define um edit na interface gráfica com o usuário.
• private TBitBtn *btSearch, *btImprimir, *btGraph, *btReturn
Estes atributos definem 4 (quatro) botões na interface gráfica com o usuário.
• public void __fastcall btReturnClick(TObject *Sender);
Este método é responsável por retornar a janela principal do sistema. Deste modo,
os elementos de interface gráfica com o usuário devem ser limpados e a janela atual
fechada.
• public void __fastcall btGraphClick(TObject *Sender);
Este método abre o formulário responsável pela geração de gráficos do sistema.
Deste modo, o usuário poderá selecionar as variáveis de processo que serão traçadas.
• public void __fastcall FormCreate(TObject *Sender);
Este método é responsável por habilitar os botões da interface com o usuário no
início do processo.
Cordeiro
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4.2.4 Componente GerenciaDados
Esta classe é responsável pelo gerenciamento do banco de dados que armazenam as
informações solicitadas pela segunda camada do sistema, conforme mostrado na figura
3.14. Portanto, esta classe fornece métodos de consulta e armazenamento de dados usando
o MySQL. Este componente foi implementado em uma classe Borland C++ com o nome
GerenciaDados.
• public void Record(void)
Este método é responsável por armazenar a identificação do teste, parâmetros
elétricos (tensão e corrente) e físicos (pressão, temperatura e umidade relativa) do sistema
de aquisição de dados.
• public void Search (String Identification)
Este método seleciona o experimento realizado pelo usuário que está armazenado no
banco de dados do sistema.
4.2.5 Componente Sensores
Este método pertence à segunda camada da aplicação, ou seja, pertence aos módulos
funcionais que processam os dados. Deste modo, esta classe fornece métodos para adquirir
e transforma o sinal proveniente dos sensores. Este componente foi implementado em uma
classe Borland C++ com o nome Sensores.
• public float TempRead(int Channel);
Este método adquire o sinal de temperatura proveniente dos sensores e transforma o
valor em ºC. Como a temperatura é uma grandeza não linear, a leitura deve ser dividida em
5 (cinco) partes com o propósito de obter segmentos lineares.
• public float PressureRead(int Channel);
Este método adquire o sinal de pressão proveniente dos sensores e transforma o
valor em bar. É importante observar que o sensor de pressão fornece uma corrente de 420mA. Deste modo, haverá no canal do Conversor A/D uma tensão na faixa de 1-5V. O
sensor de pressão usado no projeto possui uma resposta linear. Sendo assim, 1V representa
0 bar e 5V indica o fundo de escala 25bar.
• public float HumidityRead(int Channel);
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Este método adquire o sinal de umidade proveniente do sensor de Umidade
Relativa. É importante observar que o sensor de umidade fornece uma corrente de 4 a
20mA. Deste modo, Deste modo, haverá no canal do Conversor A/D uma tensão na faixa
de 1-5V. O sensor de humidade usado no projeto possui uma resposta linear. Sendo assim,
1V representa 0UR e 5V indica o fundo de escala 100UR.
• public float CurrentRead(int Channel);
Este método é responsável pela aquisição e cálculo da corrente de fase do gerador
síncrono trifásico do gasogênio. É importante ter em mente que o sensor de corrente
fornece uma tensão de 0-5V na entrada do conversor A/D. A leitura é linear, isto significa
que 0V representa uma corrente de linha no gerador de 0A e 5V uma corrente de 90.9A.
• public float VoltageRead(int Channel);
Este método é responsável pela aquisição e cálculo da tensão de fase do gerador
síncrono trifásico do gasogênio. É importante ter em mente que o sensor de tensão fornece
uma tensão de 0-5V na entrada do conversor A/D. A leitura é linear, isto significa que 0V
representa uma tensão nos terminais do gerador de 0V e 5V uma tensão de 220V.
• public float Rendimento(void);
Este método calcula a performance do sistema. Deste modo, este método calcula a
entrada e saída de energia do sistema e por conseguinte a performance.
4.2.6 Componente Gasogenio
Esta classe permite o usuário configurar os parâmetros para aquisição dos dados.
Desta forma, o usuário pode configurar o tempo de amostragem, carga de carvão e etc. Esta
classe pertence a segunda camada da aplicação, ou sejam, a camada que processa os dados.
Este componente foi implementado em uma classe Borland C++ com o nome Gasogenio.
• public void __fastcall btVoltarClick(TObject *Sender);
Este método retorna a janela principal do sistema. A janela atual é fechada e os
labels e edits são limpos antes de retornar a janela principal.
• public void __fastcall btGasogenioClick(TObject *Sender);
Este método é responsável por mostrar o fluxo de informação e processo do
gasogênio. O usuário é capaz de visualizar todas as variáveis de processo do sistema de
aquisição de dados.
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• public void __fastcall btStartClick(TObject *Sender);
Este método é responsável por iniciar o processo de aquisição. Deste modo, os
componentes de software da placa PCI 1710-HP devem ser iniciliazados assim como os
timers.
public void __fastcall btStopClick(TObject *Sender);
Este método finalize a aquisição das variáveis de processo. Os componentes da
placa PCI 1710-HG devem também ser fechados.
.
Cordeiro
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5. Apêndice A – Lista de Figuras
FIGURA 1.1: OBJETIVO GERAL DO PROJETO ............................................................................. 6
FIGURA 1.2: INTERFACE DO SISTEMA .................................................................................... 10
FIGURA 2.1: DIAGRAMA SIMPLIFICADO ................................................................................. 14
FIGURA 2.2: DIAGRAMA DETALHADO ................................................................................... 15
FIGURA 2.3: DIAGRAMA DE CASO DE USO ............................................................................. 20
FIGURA 2.4: DIAGRAMA DE SEQÜÊNCIA PARA VISUALIZAÇÃO DOS PARÂMETROS ................ 21
FIGURA 2.5: DIAGRAMA DE SEQÜÊNCIA PARA A VISUALIZAÇÃO DOS PARÂMETROS
MENSURADOS................................................................................................................ 22
FIGURA 2.6: MONITORAMENTO DAS VARIÁVEIS DE PROCESSO .............................................. 24
FIGURA 2.7: VISUALIZAÇÃO GRÁFICA SIMPLIFICADA DO PROCESSO ...................................... 25
FIGURA 2.8: VISUALIZAÇÃO DOS DADOS ............................................................................... 26
FIGURA 2.9: VISUALIZAÇÃO GRÁFICA DOS DADOS ............................................................... 26
FIGURA 2.10: DIAGRAMA EM BLOCOS DO SISTEMA DE HARDWARE........................................ 27
FIGURA 2.11: PCI 1710-HG .................................................................................................. 28
FIGURA 2.12: MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS PLCD-8710 ............................................ 29
FIGURA 2.13: DIAGRAMA DE CONEXÃO DO SENSOR DE TENSÃO ............................................ 30
FIGURA 2.14: DIAGRAMA DE CONEXÃO DO SENSOR DE CORRENTE ........................................ 31
FIGURA 2.15: MODELO DE CIRCUITO DO TERMOPAR .............................................................. 31
FIGURA 3.1: DIAGRAMA EM BLOCOS ..................................................................................... 35
FIGURA 3.2: FORMULÁRIO DE EXEMPLO DE USO DO ACTIVEDAQ......................................... 37
FIGURA 3.3: SAD BASEADO EM PC COM CONDICIONAMENTO DE SINAIS ............................... 39
FIGURA 3.4: DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UM GASEIFICADOR ............................................. 40
FIGURA 3.5: ARQUITETURA DO SISTEMA ............................................................................... 46
FIGURA 3.6: ARQUITETURA DO SISTEMA DE HARDWARE ...................................................... 47
FIGURA 3.7: FONTE DE ALIMENTAÇÃO SIMÉTRICA ................................................................ 48
FIGURA 3.8: DIAGRAMA DE LIGAÇÃO DO SENSOR DE TENSÃO................................................ 49
FIGURA 3.9: DIAGRAMA DE LIGAÇÃO DO SENSOR DE CORRENTE ........................................... 49
FIGURA 3.10: DIAGRAMA EM BLOCOS DO SISTEMA PARA MEDIÇÃO DE TEMPERATURA .......... 50
FIGURA 3.11: TERMOPAR TIPO K CONECTADO AO CCS......................................................... 51
FIGURA 3.12: GRÁFICO CARACTERÍSTICO DO TERMOPAR TIPO K............................................ 52
FIGURA 3.13: DIAGRAMA DE LIGAÇÃO DO SENSOR DE UMIDADE RELATIVA .......................... 56
FIGURA 3.14: ARQUITETURA DO SISTEMA DE SOFTWARE....................................................... 57
FIGURA 3.15: DIAGRAMA DE CLASSE .................................................................................... 58
FIGURA 3.16: DIAGRAMA DE ENTIDADE-RELACIONAMENTO ................................................ 62
FIGURA 4.1: DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO 1......................................................... 67
FIGURA 4.2: DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO 2......................................................... 68
FIGURA 4.3: DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO 3 ........................................................ 70
Cordeiro
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6. Apêndice B – Lista de Tabelas
TABELA 2.1: CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO SENSOR DE TENSÃO...................................... 29
TABELA 2.2: CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO SENSOR DE CORRENTE ................................. 30
TABELA 2.3: TABELA DE REFERÊNCIA DA N.I.S.T................................................................. 32
TABELA 2.4: CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO SENSOR DE UMIDADE RELATIVA................... 32
TABELA 2.5: CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO SENSOR DE PRESSÃO .................................... 33
TABELA 3.1: CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS E REQUISITOS DE CS DOS TRANSDUTORES......... 43
TABELA 3.2: INTERFACES DO SISTEMA .................................................................................. 46
TABELA 3.3: SENSIBILIDADE DO TERMOPAR TIPO K DIVIDIDO EM 5 SEGMENTOS DE RETA ..... 52
TABELA 3.4: EQUAÇÃO LINEAR DE INTERFACE ANALÓGICA .................................................. 54
TABELA 3.5: EQUAÇÕES PARA O SOFTWARE DE LINEARIZAÇÃO............................................. 55
TABELA 3.6: REPRESENTAÇÃO DO DICIONÁRIO DE DADOS PARA A ENTIDADE “PARAM_TESTE”
...................................................................................................................................... 59
TABELA 3.7: REPRESENTAÇÃO DO DICIONÁRIO DE DADOS PARA A ENTIDADE
“PARAM_ELETRICOS” ..................................................................................................... 60
TABELA 3.8:: REPRESENTAÇÃO DO DICIONÁRIO DE DADOS PARA A ENTIDADE
“PARAM_FISICOS” .......................................................................................................... 61
TABELA 4.1: LISTA DE COMPONENTES REFERENTE À FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE CADA PLACA
...................................................................................................................................... 67
TABELA 4.2: LISTA DE COMPONENTES DO CIRCUITO 1........................................................... 68
TABELA 4.3: LISTA DE COMPONENTES DO CIRCUITO 2........................................................... 69
TABELA 4.4: LISTA DE COMPONENTES DO CIRCUITO 3 .......................................................... 70
Cordeiro
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7. Apêndice C – Lista de Equações
EQUAÇÃO 2.1: RELAÇÃO ENTRE %RH DO SENSOR E SAÍDA ................................................... 33
EQUAÇÃO 2.2: VALOR CORRIGIDO DE %RH.......................................................................... 33
EQUAÇÃO 2.3: SENSIBILIDADE DO SISTEMA........................................................................... 34
EQUAÇÃO 2.4: TENSÃO DE SAÍDA DO SENSOR ........................................................................ 34
EQUAÇÃO 3.1: REAÇÕES NA ZONA DE COMBUSTÃO ............................................................... 40
EQUAÇÃO 3.2: REAÇÕES NA ZONA DE REDUÇÃO ................................................................... 40
EQUAÇÃO 3.3: REAÇÕES ADICIONAIS NA ZONA DE REDUÇÃO ................................................ 41
EQUAÇÃO 3.4: EFICIÊNCIA ENERGÉTICA GLOBAL .................................................................. 44
EQUAÇÃO 3.5: EFICIÊNCIA ENERGÉTICA CORRESPONDENTE A 1 KG DE CARVÃO ................... 44
EQUAÇÃO 3.6: EFICIÊNCIA ENERGÉTICA CORRESPONDENTE A 1,5 KG DE CARVÃO ................ 45
EQUAÇÃO 3.7: GANHO DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL ..................................................... 50
EQUAÇÃO 3.8: EQUAÇÃO DO CCS......................................................................................... 50
EQUAÇÃO 3.9: GANHO DE MALHA FECHADA DO CIRCUITO NÃO-INVERSOR ........................... 50
EQUAÇÃO 3.10: VALOR DO RESISTOR DE REALIMENTAÇÃO ................................................... 51
EQUAÇÃO 3.11: APROXIMAÇÃO LINEAR DO PRIMEIRO SEGMENTO......................................... 53
EQUAÇÃO 3.12: APROXIMAÇÃO LINEAR DO SEGUNDO SEGMENTO......................................... 53
EQUAÇÃO 3.13: APROXIMAÇÃO LINEAR DO TERCEIRO SEGMENTO ........................................ 53
EQUAÇÃO 3.14: APROXIMAÇÃO LINEAR DO QUARTO SEGMENTO........................................... 54
EQUAÇÃO 3.15: APROXIMAÇÃO LINEAR DO QUINTO SEGMENTO............................................ 54
Cordeiro
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8. Apêndice D - Referências Bibliográficas
[1]
Lauber, Rudolf; Göhner, Peter (1999): Prozessautomatisierung I, 3. vollst.
überarb. Aufl. - 1999, Springer-Verlag Berlin - Heidelberg - New York, 1999
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Göhner, Peter (2003): Lecture notes of Industrial Automation. IAS, Stuttgart.
[3]
Göhner, Peter (2003): Lecture notes of Software Engineering for Real-Time
Systems. IAS, Stuttgart.
[4]
Deitel H.M, Deitel P. J (2001): C++ Como Programar. Bookman.
[5]
Sommerville, I. (2001): Software Engineering. Harlow: Addison-Wesley.
[6]
F. Fusco, M. Inverno (2004): A PC-Based Data Acquisition System Supervisor.
CIRA (Italian Aerospace Research Center), Italy.
[7]
[8]
[9]
National Instruments: Signal Conditioning Fundamentals for PC-Based Data
Acquisition
Systems.
Disponível
em
www.es.oersted.dtu.dk/~kah/31650/Documents/DAQ/SignalConditioning.pdf
[11 de Maio de 2004].
Vishniac, I. J. B. (1999): Electromechanical Sensors and Actuators. SpringerVerlag Berlin - Heidelberg - New York, 1999