Pantógrafo de ferrovia de alta velocidade. Alguns sistemas ferroviários de alta velocidade
são energizados por eletricidade fornecida a um pantógrafo no teto do trem a partir de uma catenária suspensa como mostrado na Figura P1.11. A força aplicada pelo pantógrafo à catenária é regulada para evitar a perda de contato devido a um movimento transitório excessivo. Um método proposto para regular a força utiliza um sistema com realimentação em malha fechada, no qual uma força, Fcima, é aplicada à parte inferior do pantógrafo, resultando em uma força de saída aplicada à catenária no topo. O contato entre a cabeça do pantógrafo e a catenária é representado por uma mola. A força de saída é proporcional ao deslocamento desta mola, que por sua vez é a diferença entre as posições verticais da catenária e da cabeça do pantógrafo (O’Connor, 1997). Desenhe um diagrama de blocos funcional mostrando os seguintes sinais: a força de saída desejada como a entrada, a força
Fcima, aplicada à parte inferior do pantógrafo; a diferença de posição entre a catenária e a cabeça do pantógrafo; e a força de contato de saída. Além disso, mostre os blocos representando o transdutor de entrada, o controlador, o atuador gerando Fcima, a dinâmica do pantógrafo, a mola descrita acima e o sensor de saída. Todas as forças e deslocamentos são medidos a partir do equilíbrio.
Controle de HIV/AIDS. Em 2005, o número de pessoas no mundo com Vírus da
Imunodeficiência Humana/Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (HIV/AIDS —Human
Immuno-deficiency Virus/Acquired Immune Deficiency Syndrome) foi estimado em 40
milhões, com 5 milhões de novos infectados por ano e 3 milhões de mortes pela doença (UNAIDS, 2005). Atualmente não existe cura conhecida para a doença, e o HIV não pode ser completamente eliminado em um indivíduo infectado. Coquetéis de medicamentos podem ser utilizados para manter a quantidade de vírus em níveis baixos, o que ajuda a prevenir o desenvolvimento da AIDS. Um tratamento comum para o HIV é a administração de dois tipos de medicamentos: os inibidores de transcriptase reversa (RTIs — reverse transcriptase
23.
cada um desses medicamentos é administrado varia de acordo com a quantidade de vírus HIV presentes no corpo (Craig, 2004). Desenhe um diagrama de blocos de um sistema com realimentação projetado para controlar a quantidade de vírus HIV em uma pessoa infectada. As variáveis de entrada da planta são as quantidades de RTIs e PIs administradas. Mostre os blocos representando o controlador, o sistema sendo controlado e os transdutores. Nomeie as variáveis correspondentes na entrada e na saída de cada bloco.
FIGURA P1.11 Sistema ferroviário de alta velocidade mostrando o pantógrafo e a catenária (reproduzido com a permissão da ASME).
Veículo híbrido. A utilização de carros híbridos está se tornando cada vez mais popular. Um
veículo elétrico híbrido (HEV —hybrid electric vehicle) combina máquinas elétricas com um motor de combustão interna (ICE —internal combustion engine) tornando possível (em conjunto com outras medidas de redução de consumo de combustível, como parar o ICE em semáforos) a utilização de motores a gasolina menores e mais eficientes. Assim, as vantagens da eficiência da transmissão elétrica são obtidas, enquanto a energia necessária para alimentar o motor elétrico é armazenada em um tanque de combustível embarcado e não em um grande e pesado conjunto de baterias.
Há várias maneiras de se organizar o fluxo de energia em um carro híbrido. Em um HEV serial (Figura P1.12), o ICE não está conectado ao eixo de tração. Ele aciona apenas o gerador, que recarrega as baterias e/ou alimenta o motor elétrico através de um inversor ou conversor.
FIGURA P1.12 Veículo elétrico híbrido serial.
Os HEVs comercializados atualmente são principalmente do tipo paralelo ou misto (de potência dividida). Se o motor de combustão pode acionar as rodas, bem como o gerador, então o veículo é chamado de um híbrido paralelo, porque ambos, um motor elétrico e o ICE podem acionar o veículo. Um carro híbrido paralelo (Figura P1.13) inclui um conjunto de baterias (armazenamento elétrico) relativamente pequeno para fornecer potência extra para o motor elétrico quando uma aceleração rápida é necessária. Ver (Bosch 5th ed., 2007),
a.
(Bosch 7th ed., 2007), (Edelson, 2008), (Anderson, 2009) para informações mais detalhadas sobre HEV.
Como mostrado na Figura P1.14, carros híbridos mistos utilizam uma combinação dos acionamentos em série e em paralelo (Bosch, 5th ed., 2007). Esses carros utilizam uma engrenagem planetária (3) como uma transmissão de potência dividida para permitir que parte da potência do ICE seja aplicada mecanicamente ao eixo das rodas. A outra parte é convertida em energia elétrica através do alternador (7) e do inversor (5) para alimentar o motor elétrico (à frente da transmissão) e/ou para carregar a bateria de alta tensão (6). Dependendo das condições de condução, o ICE, o motor elétrico, ou ambos propulsionam o veículo.
FIGURA P1.13 Acionamento híbrido paralelo.
FIGURA P1.14 Veículo elétrico híbrido misto.
Desenhe um diagrama de blocos funcional para o sistema de controle de cruzeiro (velocidade) de:
Um veículo híbrido serial, mostrando seus componentes principais, incluindo o sensor de velocidade, a unidade de controle eletrônica (ECU —electronic control unit), o inversor, o motor elétrico e a dinâmica do veículo; bem como todos os sinais, incluindo a velocidade do veículo desejada, a velocidade real, comando de controle (saída da ECU), tensão controlada (saída do inversor), a força motriz (produzida pelo motor elétrico) e a
b. c. 1. 2. 1. 2. 3. 4. 5. 1.
força de resistência ao movimento6;
Um veículo híbrido paralelo, mostrando seus componentes principais, que deve incluir também um bloco que representa o acelerador, o motor a combustão e o motor elétrico, bem como os sinais (incluindo a posição do acelerador e a força motriz combinada dos motores);
Um HEV misto, mostrando seus componentes principais e sinais, incluindo, além dos listados nos itens a e b, um bloco representando a engrenagem planetária e seu controle, o qual, dependendo das condições de condução pode permitir que o ICE, o motor elétrico ou ambos propulsionem o veículo, isto é, forneçam a força motriz total necessária.