Figura 33) e de uma fonte DC. Os equipamentos estão interligados da seguinte maneira: o circuito 1 é composto pelos reguladores de tensão CI 7812 e pelas resistências de 330 ohms que realizam a filtragem do sinal vindo de uma fonte DC, e está ligado aos sensores LDR e aos sensores Fim de curso S1, S2 e S3. O circuito 2 é composto por relés e diodos, que recebem o sinal vindo do CLP e conforme o comando informado, permitem que o motor realize os movimentos desejados (esquerda, direita ou centro)
O CLP está ligado ao circuito 1, circuito 2, sensores de luminosidade e aos sensores Fim de curso e recebe 6 sinais, dos quais 3 sinais são oriundos dos sensores Fim de curso, representados pelas entradas no próprio equipamento I1, I2, I3, e 3 sinais vindos dos sensores de luminosidade, representados pelas entradas A0, A1, A2
A partir dessas ligações o CLP pode enviar um sinal para o circuito 2, que fecha o contato do relé e o motor é ligado, Figura 34, e este possa realizar os movimentos de esquerda ou direita.
Figura 28- Modelagem dos sensores e atuadores
FONTE DC 24V CLP CIRCUITO 1 SENSORES LDR SENSORES FIM DE CURSO MOTOR AC AC 110V CIRCUITO 2 AC 110V
41 Figura 29 - Modelo Esquemático do circuito do Sensor
Fonte:próprio autor
Quanto à escolha do atuador, este foi definido de acordo com sua arquitetura e seu poder de arranque de 0,5 HP. Alguns outros tipos de motores foram estudados, tais como motores de corrente contínua, e motores de passo, mas logo foram descartados devido ao torque baixo e por apresentarem uma arquitetura que dificilmente favoreceria o deslocamento do equipamento. Por fim, optou-se pelo uso de um motor de indução monofásico, que possui, com 0,5 HP de força, conforme visto na Figura 30, pois o mesmo se adequava melhor à estrutura, e possuía torque suficiente para movimentação do equipamento.
42 Figura 30-Motor de Corrente Alternada (projeto)
Fonte: próprio autor
4.3 Desenvolvimento do sistema Mecânico para a Automação do equipamento
Dessa maneira, foram necessárias estruturas como mancais na base do equipamento, projetadas com ajustes de altura (realizado pelo serviço de serralheria da UEFS), uma cremalheira na circunferência da base do espelho para que pudesse ocorrer o movimento do espelho, e uma barra maciça de ferro para a transmissão da força, conforme visto na Figura 31. Sem o uso dessas estruturas mecânicas não seria possível obter o torque desejado, e o espelho poderia sofrer problemas de torção danificando o equipamento. As estruturas citadas estão ilustradas as Figuras 31 e 32 e 33 que, respectivamente representam a barra maciça de ferro, o mancal e ambos na última figura.
43 Figura 31- Barra Maciça de Ferro
Fonte: próprio autor
Figura 32-Mancal
44 Figura 33 Mancais e Barra Maciça de Ferro
Fonte: próprio autor
Comparado ao Motor de Corrente Contínua, o uso do Motor de Corrente Alternada no projeto apresenta algumas vantagens, dentre elas estão:
Não houve necessidade da construção de sistema de engrenagens mais robusto (caixa de redução) para permitir torque mais elevado.
A obtenção de uma potência elevada sem a necessidade de uma máquina de corrente contínua de tamanho elevado.
O desenvolvimento de um sistema mecânico de fácil utilização, já que apenas foram utilizadas duas engrenagens, permitindo desenvolver a parte mecânica sem a necessidade de conhecimentos mais avançados.
Menos gastos com materiais e mão-de-obra, pois quase todos os materiais que foram usados no projeto foram conseguidos na própria UEFS.
4.4 Sistema de Calibração
Para poder construir toda a estrutura utilizando os sensores do tipo LDR, foi necessário realizar o processo de calibração, que consistiu em normalizar os valores medidos dos 3 sensores para que indicassem valores muito próximos quando expostos às mesmas condições de luminosidade.
45 A calibração consistiu em realizar uma relação entre os valores lidos nos LDR’s pelo CLP, cuja a escala informada pelo CLP varia entre 0 e 30.000, e em valores de tensão, de acordo com seu manual (DATASHEET, 2012) entre 0 a 10 V, permitindo minimizar todas as diferenças de valores entre os 3 sensores, quando expostos simultaneamente às mesmas condições de luminosidade.
Com isso, ao realizar a etapa de calibração através de uma função em programação LADDER, o CLP consegue receber sinais provenientes dos sensores LDR e padronizar esses valores relativos ao percentual de incidência luminosa, onde esses valores serão comparados e analisados pelo CLP, identificando assim para qual direção o espelho deve ser inclinado, conforme circuito 2 , Figura 34.
Quanto ao motor, este está ligado a um circuito de acionamento (circuito 2 na Figura 34) que é composto por um regulador de tensão, diodo e um relé. Com isso, o CLP ao enviar um sinal de 24 volts para o motor, representado pelas saídas do controlador para o lado esquerdo (SCE) ou saída do controlador para o lado direito (SCD), o sinal passa pelos reguladores de tensão e pelo diodo com um valor de tensão de 12 volts, induzindo uma bobina que fecha o contato, permitindo que a corrente que vem da fonte de energia possa alimentar o motor e este possa desenvolver os 3 movimentos desejados.
Figura 34- Modelo Esquemático do circuito de acionamento do motor
D2 1N4001 D1 1N4001 COM SDM CA CA SEM IN COM OUT U2 78L12 RLY2 12VSPDT SCD SCE GRD RLY1 12VSPDT IN COM OUT U1 78L12 Fonte:próprio autor
46 Depois de normalizados, os sensores foram submetidos a testes, dentro da estrutura de madeira, por alguns dias, em períodos de céu claro e de intensa luminosidade sobre os sensores LDR. Para isso algumas providências fizeram parte desta etapa como, a vedação de toda a estrutura de madeira, colocação dos sensores em campo aberto (sem sombra) e o mapeamento durante alguns dias para obter uma amostra desejada do comportamento dos sensores na identificação da direção do sol.
Para ilustrar todas essas atividades, o software Elipse Scada permitiu visualizar, em forma de gráfico, o comportamento dos sensores, assim como permitiu armazenar o histórico dos dados coletados no CLP.
A normalização dos sensores foi realizada pelo Software Master Tool. Exemplificado na Figura 35 onde constam os principais elementos que foram inseridos nas funções trabalhadas, como a função F-NORM.071 – (Função para Normalização),
0. O nome do sensor.
1. A variável com o valor normalizado. 2. Valor mínimo do sensor.
3. Valor máximo do sensor
4. A porcentagem para a normalização (ver anexo)
Inicialmente para obter os valores da normalização foi utilizada a luz de uma lanterna, iluminando diretamente os 3 LDRs, e o máximo valor alcançado foi apenas de 70% do valor máximo que a intensidade luminosa pode alcançar. Contudo, ainda foram, encontradas diferenças entre os valores dos sensores, alterando-se assim os valores das porcentagens de captação de cada LDR de forma a obter o melhor valor. Com isso para o primeiro sensor o valor normalizado teve como valor mínimo registrado 25 e valor máximo 3629, e seu valor de porcentagem 12% de captação de energia luminosa, conforme Figura 35.
Para o segundo sensor o valor normalizado teve como valor mínimo registrado 21 e valor máximo 9622, e seu valor de porcentagem 30% de captação de energia luminosa,, conforme Figura 36.
Para o terceiro sensor o valor normalizado teve como valor mínimo registrado 31 e valor máximo 15470, e seu valor de porcentagem 12% de captação de energia luminosa, conforme Figura 37.
47 Figura 35—Parâmetros de normalização (sensor I)
Fonte :Próprio autor
Figura 36—Parametros de normalização (sensor II)
48 Figura 37 - Parâmetros de normalização (sensor III)
Fonte :Próprio autor
Finalizando essas análises, foram modelados os comportamentos dos sensores já normalizados no gráfico da Figura 38. Entretanto, no dia em que foram mapeados os sensores estava meio nublado, só foi possível perceber com nitidez os sensores ao nascer do Sol e ao entardecer, ou seja, o sensor 3 representado pela resistência 3, designa o período da manhã, enquanto o sensor 1, representado pela resistência 1, designa o entardecer. Quanto ao período do meio-dia, em função do dia um pouco nublado, não foi possível obter o resultado esperado com o sensor e resistência 2.
Figura 38 —Leitura analógica do CLP
Fonte :Próprio autor
N DE
AMOSTRAS Escala
49 4.5 Instalação e Desenvolvimento da Programação do CLP
Essa tarefa teve como principal meta definir como seria instalado tanto o controlador lógico programável (CLP) dentro do Coletor Solar Parabólico, quanto o desenvolvimento da linguagem de programação responsável por todo o controle do equipamento.
Com isso os sensores estão arranjados de maneira que ao capturarem a luminosidade, o CLP pode trabalhar com os valores dos índices de tensão e de acordo com a posição do sensor, ativar o módulo do atuador representado pelo motor e este realizar os movimentos pertinentes.
O motor utilizado no projeto apresentou torque suficiente para movimentar o equipamento, com aproximadamente 0,5 HP, e trabalhando com nível de tensão de 110 volts, viabiliza os movimentos das três diferentes posições.
Já a escolha da linguagem foi feita de maneira a prover a instrução que o controlador baseou-se no processamento de respostas. Com isso, foi utilizada a ferramenta do MasterTool denominada LADDER, que auxiliou no controle dos sensores LDR, permitindo assim detectar a maior intensidade luminosa e qual posição o sensor estava capturando essa luminosidade. .
Para ilustrar como foi modelado o projeto, foi desenvolvido um algoritmo que contém todos os componentes usados conforme representado em fluxograma na Figura 39.
50 Figura 39- Modelagem do Projeto (Destilador Solar)
Fonte: Manual grano 371, (2012)
Conforme visualizado na modelagem acima, encontra-se o ciclo de varredura do programa em LADDER, para esse tipo de modelagem nota-se como o programa é carregado e como são executados os procedimentos e as suas funções. Basicamente a programação em LADDER pode ser representada nos três últimos blocos do ciclo de varredura, onde o primeiro é responsável por carregar todas as variáveis, e logo após é executado o programa principal, a partir dele podem ser criados vários procedimentos seguidos de funções para executar o programa principal, ou então o programa não chama nenhum desses blocos auxiliares e finaliza a execução do ciclo de tarefas, retornando novamente até o término de toda a programação.
No Apêndice A e B, se encontra o algoritmo principal e os outros módulos que surgem a partir dele. E a partir do Apêndice B se encontra a continuação de todo o programa contendo alguns procedimentos: procedimentos de tempo para controlar o período de execução do projeto. A normalização dos sensores, posição do motor e o procedimento subrot serviram para controlar a parada do equipamento do espelho através dos sensores fim de curso. Dependendo de qual posição o espelho esteja, o programa principal é informado pelo procedimento subrot e este pode perceber qual sensor de fim de curso foi ativado.
Dessa maneira o modelo representa a captura dos dados e repassa esta informação para o CLP. Com isso o fluxograma da Figura 40 apresenta o
51 comportamento dos sensores no projeto onde ocorrem as seguintes ações: primeiro os sensores são lidos, depois todos os três são padronizados (normalizados) respectivamente para serem aferidas suas leituras, a partir daí ocorrem as verificações em cada sensor, aquele que apresentar maior valor enviará um sinal para o CLP e este realiza o devido acionamento. Para visualização o algoritmo foi modelado de acordo com a Figura 40.
Figura 40-Modelagem do algoritmo do sensor
Fonte :próprio autor
4.6 Desenvolvimento do sistema de controle para a automação do equipamento
Quanto ao sistema de controle foram criadas algumas funções dentro do Software MasterTool para permitir que o sistema pudesse realizar todas as rotinas de maneira automática,
Com isso foram criadas as chamadas de procedimentos referentes ao tempo de execução e as chamadas de funções referentes a cada evento.
Além dessas considerações, também foi feita para o sistema de controle a modelagem de alguns algoritmos representados nas Figuras 42, 43 e 44 e a
52 construção de um circuito eletronico, contendo dispositivos e que conectados ao CLP, foi responsável pelo controle do equipamento, conforme visto na Figura 41 (representado pelo circuito descrito na Figura 29)
Figura 41 -Controlador Lógico Programável
Fonte : próprio autor
Para o controle do motor, foi desenvolvido um algoritmo, demonstrado logo abaixo, nas Figuras 42, 43 e 44 como também a construção de um circuito demonstrado anteriormente na Figura 34, que realiza algumas verificações e as possíveis posições do motor para permitir a mudança em sua posição.
Com isso foi necessário criar um fluxograma capaz de identificar as diferentes posições do Coletor Solar Parabólico, enviar os dados para o CLP e este controlar as 3 posições possíveis do motor. Os algoritmos modelados estão nas Figuras 42, 43 e 44, respectivamente.
53 Figura 42-Modelagem do algoritmo do motor (Posição esquerda)
E1
=1
PARA O EQUIPAMENTO S2=0 S1=0 F1=0 N S Liga o equipamento (Esquerda) S2=0 S1=1 Início Legenda E1 Entrada de sinal (LDR 1) S1 e S2 Sinal de saída PLC(Esquerda e Direita respectivamente Alimentação do motor) F1 Fim de curso (1) Fonte:Próprio autorFigura 43-Modelagem do algoritmo do motor (Posição centro)
E2=1 PARA O EQUIPAMENTO S2=0 S1=0 F1=0 N S Liga o equipamento (Esquerda) S2=0 S1=1 Início Legenda E2 Entrada de sinal (LDR 2 ) S1 e S2 Sinal de saída PLC(Esquerda e Direita respectivamente Alimentação do motor) F(1/2) Fim de curso (1/2) F2=0 Liga o equipamento (Direita) S2=1 S1=0 N S Fonte:Próprio autor
54 Figura 44-Modelagem do algoritmo do motor (Posição direita)
E3
=1
PARA O EQUIPAMENTO S2=0 S1=0 F2=0 N S Liga o equipamento (direita) S2=1 S1=0 Início Legenda E Entrada de sinal S Sinal do PLC (Alimentação do motor) F2 Fim de curso (2) Fonte:Próprio autorPara o caso da Figura 42 ocorre a verificação do sensor Fim de curso 1, com isso é desenvolvida uma lógica, que enquanto o sensor estiver em um estado 1 (estado ativado), o sistema permanece no centro, caso seja alterada essa condição, o espelho é movimentado para a esquerda.
Para o caso da Figura 43 ocorre a verificação dos sensores Fim de curso2 e Fim de curso1, e com isso são testadas algumas condições, enquanto o Sensor Fim de curso2 estiver em estado 0, o equipamento é direcionado para a direita, caso contrário, ocorre a verificação no Sensor Fim de curso1, caso esteja no estado 0, o sistema é movimentado para a esquerda, caso contrário o equipamento permanece no centro
Para o Caso da Figura 44 ocorre a verificação do sensor Fim de curso2 semelhante ao primeiro caso, enquanto o sensor estiver em estado 1 o sistema permanece no centro, caso seja alterada essa condição, o espelho é movimentado para a direita.
A partir dessas análises é possível demonstrar o desenvolvimento do destilador de acordo com os 3 tipos de posições definidas: esquerda, centro e direita.
55 Figura 45-Sensores Fim de Curso
Fonte :Próprio autor
De acordo com este tipo de sensor é possível realizar algumas análises para as possíveis posições. Este sensor fim de curso ilustrado na Figura 45 serve para realizar o controle das 3 posições que o espelho pode assumir. Quando o equipamento, por exemplo, está se movimentando, ao tocar em um dos sensores, este por sua vez manda um sinal para o CLP, que corta a energia do motor. Com isso o espelho para na posição que tocou. Dessa maneira, este sensor serve como um sinalizador, e evita que o equipamento possa realizar movimentos que prejudiquem toda a sua estrutura.
4.7 Testes realizados
Alguns testes foram realizados como testes de programação e testes de deslocamento durante toda a parte de montagem do equipamento.
Dessa maneira, o projeto foi testado ao longo de vários dias no laboratório de Eng. Bioquímica da UEFS através do uso de uma lanterna que incidia diretamente em um sensor, e a partir dessa primeira verificação era possível perceber o deslocamento do equipamento e como a lógica de programação foi executada.
56 4.8 Trabalhos Futuros
Apesar de se ter obtido o esperado para o projeto proposto com o deslocamento do equipamento através do acompanhamento da luz, algumas propostas surgiram para futuros trabalhos:
Utilização de um Microcontrolador para o circuito eletrônico. Utilização de ferramentas para o projeto com custo mais baixo. Utilização de equipamentos com maior precisão.
Utilização de um Motor de passos para obter maior deslocamento do equipamento.
Utilização de sensores de temperatura para obter as temperaturas alcançadas pelo espelho ao longo do dia,
Através dessas novas idéias é possível desenvolver novas propostas e melhorar tanto esse projeto como novos trabalhos que tenham como objetivo a construção de mecanismos de automação.
57 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Após todas as etapas realizadas, os resultados alcançados satisfazem a proposta de instrumentação para automação do Coletor Solar Parabólico, já que foi possível obter todos os dados necessários para realizar o mapeamento das diferentes posições que se encontraram os raios solares.
Aspectos como posição e captação dos dados pelos sensores também foram analisados para poder permitir que possíveis falhas fossem minimizadas e se pudesse chegar com maior precisão aos valores esperados.
.Ao longo do projeto, várias práticas já desenvolvidas no curso de Engenharia de Computação, através das várias disciplinas compostas em sua estrutura curricular puderam fazer parte também desse projeto, que teve uma grande integração de várias áreas do conhecimento, como a área de eletrônica, circuitos elétricos, física, programação, instrumentação e controle, chegando aos resultados obtidos.
Entretanto, muitas dificuldades apareceram durante todas as etapas que acompanharam a construção do módulo de automação do destilador solar. Algumas até prejudicando o desenvolvimento do projeto. Dentre elas estão:
Limitação de materiais
Limitação de Orçamento.
Falta de compreensão no desenvolvimento do projeto.
Falta de Mão de Obra para alguns serviços específicos.
Portanto, diante dos argumentos apresentados, nota-se a relevância que foi a construção do equipamento e como ele foi responsável por agregar uma quantidade enorme de conhecimentos.
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