revista_procet_v2_n2_2012.pdf

vol. 2, nº 2 - 2012

Revista de

CIÊNCIA ETECNOLOGIAPró-Reitoria de Ciências Exatas e Tecnologia

ANO 3, V. 2, N. 2, PÁG. 13-306, 2012

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REITORIAReitorMarcio André Mendes Costa

Pró-Reitor de SaúdeGilberto Chaves

Pró-Reitor de Exatas e TecnologiaPaulo César Dahia Ducos

Pró-Reitor de Administração e DesenvolvimentoSergio Norbert

EDITORAGAMA FILHOProjeto GráficoAndré Luiz Santos

Esta revista não pode ser reproduzidatotal ou parcialmente sem autorização.

© Editora Gama Filho

FICHA CATALOGRÁFICA(Catalogado na fonte pela Biblioteca Central da Universidade Gama Filho)

Revista de Ciência e Tecnologia (Pró-Reitoria de Ciências Exatas e Tecnologia) / Universidade Gama Filho. – Vol. 1, n. 1 (ago. 2010) - . – Rio de Janeiro : Editora Gama Filho, 2010 -

v. ; 22 cm

Semestral.ISSN 2178-759X

1. Ciências Exatas – Periódicos. 2. Tecnologia – Periódicos. I. Universidade Gama Filho.

CDD – 605 (20. ed.)

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Ficha Técnica

EDITORES CIENTÍFICOS

Prof. Ph.D. Claudio Luiz de Oliveira

Prof. Dr. Paulo César Dahia Ducos

COMITÊ EXECUTIVO

Prof. M.Sc. Fábio Salgado Sagaz

CONSELHO EDITORIAL

Prof. Ph.D. Claudio Luiz de Oliveira, IME, UGF

Prof.ª Dr.ª Cristina Malafaia Caetano Stramandinoli, UGF

Prof. Dr. Gabriel Elmôr Filho, IME

Prof.ª Dr.ª Maria Smith Borges de Alencastro Graça, UGF

Prof. Dr. Paulo César Dahia Ducos, UGF

Prof. Dr. Rex Nazaré Alves, IME, CNEN, Faperj

CAPA

Prof.ª Juliana Defáveri

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SUMÁRIO

13 SISTEMATIZAÇÃO DE DADOS SOBRE ACESSIBILIDADE E CONFORTO AMBIENTAL DE DUAS EDIFICAÇÕES TOMBADAS DE USO CULTURAL NO RIO DE JANEIRO.Cristina MalafaiaLiane FlemmingPatrícia Paraná

25 HABITAÇÃO MULTIFAMILIAR NO MEIERNathalia Cardoso de AzevedoHelga Santos da Silva

39 LONG TERM EVOLUTION – ASPECTOS SISTÊMCOS, ARQUITETURA DE REDE E INTERFACE AÉREACarolina R. F. AlvesLeonardo H. GonsioroskiFábio Salgado SagazGuilherme Sagaz

53 NORMAS DE CÁLCULO DE BLINDAGEM PARA SALAS DE RAIOS X DIAGNÓSTICOChristiano Eduardo Martins FerreiraSergio Gavazza

67 PROCESSAMENTO E ANÁLISE INTELIGENTE DE IMAGENS APLICADA A NANOFÓSSEISAna P. LegeyAntônio C. de Abreu MolClaudio A. PassosVictor Gonçalves, Gloria Freitas

81 PLANEJAMENTO DE REDES SEM FIO PADRÃO 802.11 Marcos da Costa CarneiroRenan Candido de FriasRogerio M. Lima SilvaLeonardo H. GonsioroskiGlaucio Lima SiqueiraCarlos V. Rodríguez Ron

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95 TV DIGITALWanderson dos Santos DantasRogerio Moreira Lima SilvaGuilherme Salgado Gomes SagazLeonardo H. Gonsioroski

111 PROPOSTA DE UM CURSO BÁSICO DE MANUTENÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE ELETROTERAPIA, PARA FISIOTERAPEUTASAndré L. F. C. SetteJosé R. O. FerreiraThiago M. SantosMarcelo A. Duarte

123 SISTEMA PAGE-PARTY COM AMPLIFICAÇÃO LOCALBruno O. RosaMarcelo B. VieiraMarcelo A. Duarte

131 DETERMINAÇÃO DAS FORÇAS RESISTIVAS PARA EMBARCAÇÃO DO TIPO “PLATFORM SUPPLY VESSEL”Leonardo Hideo Sassaki AbeRenan Augusto TomazeliCicero Vianna de Abreu

153 ESTUDO DINÂMICO DE UM ROBÔ ESPACIAL ARTICULADO (ANTROPOMÓRFICO) Wairy Dias CardosoMax Suell Dutra

167 OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA FERRAMENTA PARA SOLDAGEM DE UM TUBO DE EXAUSTÃO DE HELICÓPTEROAdriana Cruz do Bonfim PiresAmândio Marques da Costa Junior

179 O CONJUNTO DE CANTOR E A GEOMETRIA FRACTALGisélia Clarice Eirado de Almeida

195 ESTUDO COMPARATIVO DOS CURRÍCULOS DE MATEMÁTICA DO ENSINO FUNDAMENTAL ENTRE BRASIL E PARAGUAIMarcelo de Oliveira DiasCélia Maria Carolino Pires

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213 CARACTERIZAÇÃO MAGNÉTICA DE PARTÍCULAS NANOCRISTALINAS DE MGFE2O4Lucia H. G. CardosoRonaldo S. de BiasilJosé B. de CamposDalber R. S. CandelaÂngelo M. Gomes

223 A OPÇÃO ENERGÉTICA NUCLEARMarcos P. C. MedeirosClaudio L. OliveiraWilson F. R. da Silva Jr.Luís S. VellozoClaudia C. Frutuoso

233 PRODUÇÃO DE FILMES DE ZNTE POR SUBLIMAÇÃO EM ESPAÇO REDUZIDO Alexandre R.S. GonçalvesLeila R.O. CruzCarlos L. Ferreira

243 O PERCURSO DA INOVAÇÃO TECNOLÓGICA: ETANOLLeonardo Cezar Rocha Neves

251 RESUMOS DE TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO E PROJETOS INTEGRADORES

299 PROJETOS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

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SISTEMATIZAÇÃO DE DADOS SOBRE ACESSIBILIDADE E CONFORTO AMBIENTAL DE DUAS EDIFICAÇÕES TOMBADAS DE USO CULTURAL NO RIO DE JANEIRO.

Cristina Malafaia1

Liane Flemming1

Patrícia Paraná1

1 Universidade Gama Filho (UGF) Curso de Arquitetura e Urbanismo. Rua Manuel Vitorino, 55320740-900 – Rio de Janeiro - [email protected]@[email protected]

Resumo: Os centros culturais são constituídos de espaços que compõem um programa novo e os museus existentes na cidade do Rio de Janeiro estão instalados em edificações que foram adaptadas para novos usos e muitos deles em edificações tombadas pelo Instituto de Patrimônio Cultural, e são resultados das novas demandas da sociedade.

O presente trabalho apresenta parte de uma pesquisa em desenvolvimento de iniciação científica do Curso de Graduação em Arquitetura e Urbanismo e que pretende sistematizar os dados sobre as condições

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Revista de Ciência e Tecnologia | VOL. 2, N. 2, PÁG. 13-23, 2012

de acessibilidade e do conforto ambiental de duas edificações tombadas: o Centro Cultural Brasil-França e o Museu Histórico Nacional, ambas sofreram diversas adaptações e estas executadas em distintos períodos (do séc. XVII ao início do sec. XX).

Os dados levantados estão sendo organizados em uma planilha, contendo imagens e aspectos de acessibilidade e de conforto ambiental, além de um inventário físico de detalhes construtivos caracterizando os estilos e uma época, que serão posteriormente disponibilizados para consulta pública através da rede mundial de computadores.

Tais dados pretendem suprir a escassez de fontes de informações sobre as condições de adaptação de edificações tombadas, tanto para a sua restauração como o de renovação, levando-se em conta as necessidades inerentes para a reabilitação de edificações de valor histórico relevante.

Palavras-chave: acessibilidade, conforto ambiental, sistematização dados

1. INTRODUÇÃO

A cidade do Rio de Janeiro dispõe de diversos museus e centros culturais, sendo estes em sua maioria localizados no centro da cidade. Eles estão instalados em edificações de relevância arquitetônica e de valor histórico cultural, fazendo parte do patrimônio cultural da cidade (LODI, 2008). Devido ao período de suas construções e à diversidade de usos, para que eles se adaptassem ao atual uso como centros culturais e museus, foram realizadas várias intervenções na sua estrutura física visando atender a nova demanda de público, novos programas e necessidades.

Estas mudanças, em a lguns casos, a lteraram não apenas as características construtivas originais, mas também as condições ambientais e principalmente de acessibilidade, uma vez que estas edificações foram construídas em uma época que não existia ainda a preocupação e nem as exigências legais quanto a liberdade de acesso às pessoas portadoras de necessidades especiais (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2006).

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A valorização destas edificações, assim como as suas condições de acessibilidade e de conforto ambiental, são necessidades a serem atendidas, de acordo com o Plano Estratégico da Cidade do Rio de Janeiro (PREFEITURA RIO DE JANEIRO, 2004). Considerando os objetivos traçados desse Plano Estratégico, esta pesquisa propõe a criação de um banco de dados, com objetivo de fornecer material para análise das condições de acessibilidade e conforto ambiental nas edificações inventariadas, onde ainda mais se disponibilizarão: dados, imagens e aspectos de conforto sobre essas edificações, além de um inventário físico de seus detalhes construtivos, que poderão servir como fonte de informações para pesquisas com desmembramentos em reavaliações destes espaços e projetos tanto de restauração, como de adaptação dessas edificações.

No âmbito geral da pesquisa, foram selecionados inicialmente para análise dez espaços culturais localizados dentro do “Corredor Cultural” do centro do Rio de Janeiro (INSTITUTO MUNICIPAL DE ARTE E CULTURA, 1989). Nesta comunicação são apresentadas as análises realizadas no Centro Cultural França-Brasil e no Museu Histórico Nacional. Apesar das diferenças de ano de construção apresentam espaços abertos no interior da edificação, que caracterizam condições importantes para a análise das condições de conforto em áreas abertas e fechadas e apresentam um fluxo intenso de público, destacando a necessidade de acessibilidade para todos.

2. METODOLOGIA

A metodologia é estruturada em quatro etapas:

a) Definição das informações arquitetônicas e urbanísticas necessárias para a elaboração do padrão de acesso aos dados;

b) Realização de inventário físico para implantação no sistema desenvolvido;c) Modelagem do banco de dados e da aplicação, para manipulação dos

dados;d) Implementação do sistema computacional, alimentação dos dados e

validação do sistema desenvolvido.

2.1. Definições das informações arquitetônicas e urbanísticas.

A primeira etapa da pesquisa consistiu na definição das informações arquitetônicas e urbanísticas inventariadas em campo. Nesta fase, os itens

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selecionados foram introduzidos em uma planilha, que posteriormente serão transferidos para o banco de dados do sistema computacional, que se encontra em fase de desenvolvimento e permitirá a compilação, busca e análise dinâmica dos dados inventariados.

O quadro 1, a seguir, apresenta a estrutura final da planilha desenvolvida para cadastramento dos dados. Nesta planilha, além de informações descritivas, são associados códigos referentes às imagens registradas, que abastecerão o banco de dados do sistema computacional.

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Quadro 1. Exemplo de preenchimento da planilha com alguns dados inventariados em campo.

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O sistema de apresentação de dados é através de uma tabela composta por dois tipos de cadastramento: informações externas e internas. No cadastramento externo é onde estão informações da localização e características volumétricas da edificação e seus detalhes estilísticos importantes. No cadastramento interno estão descritas os tipos de circulações, as condições de acessibilidade para as deficiências motoras, visuais e auditivas e ainda a descrição dos materiais de acabamentos e detalhes construtivos importantes.

2.2. Realização de Inventário físico.

Neste trabalho estão sendo apresentados os resultados de duas edificações:Casa França-Brasil: Inaugurada em 1820 como a primeira Praça do Comércio da cidade, assume após 4 anos a função de Alfândega, até 1944. Esta edificação projetada pelo arquiteto Grandjean de Montigny, da Missão Francesa (1808), e é um importante símbolo neoclássico da cidade. Abrigou o II Tribunal do Júri e em 1982 foi transformada em Centro Cultural. Em 2008 foi restaurado, reabrindo em 2009.

Museu Histórico Nacional: Foi criado em 1922. Começou a ser edificado no século XVIII, guardando em sua arquitetura vestígio dos períodos Colonial, Imperial e Republicano sendo constituído pela: Fortaleza de Santiago, Casa do Trem e Arsenal de Guerra. Entre 2003 e 2006, foram realizados os projetos de restauração e renovação, que visou recuperar a arquitetura original e ampliar os espaços destinados ao público.

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Figura 1. Exemplos de elementos relevantes inventariados.

Fonte: Cristina Malafaia.

Nas duas edificações foram catalogadas 307 imagens fotográficas sendo, 102 fotos da Casa França Brasil e 205 fotos do Museu Históricos Nacional, foram ainda registradas informações considerando os elementos relevantes das edificações, tanto funcionais e estilísticos (BURDEN, 2006; CZAJKOWSKI, 2000; SECRETARIA MUNICIPAL DE URBANISMO, s/d), como as condições de acessibilidade para portadores de todos os tipos de necessidades especiais. (ABNT, 2004; QUALHARINI; ANJOS, 1997) (Figura 1).

Foram realizados registros das condições de conforto acústico, lumínico e higrotérmico, a partir da realização de medições considerando as normas disponíveis e estudos relacionados na área (CORBELLA e YANNAS, 2003; FANGER e TOFTUM, 2002; ISO 7243, 1989; STRAMANDINOLI, 2008), utilizando equipamentos de medições de nível de pressão sonora, de iluminância, de temperatura do ar e superficial e umidade do ar1.

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Figura 2. Planta da Casa França Brasil com indicação dos pontos dos registros das medições.

Fonte: Adaptação em desenhos.

Os locais onde foram coletados os dados estão registrados pontualmente nas plantas das edificações inventariadas e tais dados foram anotados em tabelas específicas, anexadas posteriormente às planilhas de cada edificação (Figura 2).

Quadro 2. Medições ambientais realizadas na Casa França Brasil e no Museu Histórico Nacional

Concomitantemente à segunda fase do inventário modelou-se o banco de dados e a sua aplicação para manipulação dos dados, para posterior implantação e avaliação do sistema computacional, permitindo as pesquisas das características físicas e ambientais das edificações selecionadas e complementando as etapas propostas na metodologia.

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3. ANÁLISE DOS DADOS

Em face da necessidade, das edificações atenderem a legislação que envolve a questão da acessibilidade às edificações públicas e ainda da inclusão dos trabalhadores portadores de deficiência no mercado de trabalho, para essa pesquisa de iniciação científica foi incluída na análise, a acessibilidade destas edificações e os resultados da avaliação deverão levar em conta que estas são tombadas e oferecem dificuldades em suas adaptações.

As intervenções nessas construções devem ser cuidadosamente executadas de modo a considerar que qualquer intervenção pode causar perdas de material de construção, registros históricos ou criar soluções que podem ir contra o principio de acessibilidade que é a inclusão social, quando, para se ter acesso à edificação, é necessário se dirigir a outros acessos diferentes ao do público em geral e que, segundo COHEN; DUARTE (2010), os próprios museus são deficientes por não permitirem a motricidade e a mobilidade.

Além do reforço estrutural e das obras de restauração, a Casa França-Brasil sofreu modificações, como, por exemplo, a elevação do piso externo do lado esquerdo do prédio. Assim, foi possível nivelar a altura da entrada lateral para com a rua, criando uma rampa de acesso para os portadores de necessidades especiais, mas esta direciona o usuário para a entrada lateral, fazendo com que essas pessoas acessem o interior da edificação, no meio ou até no final de uma exposição, que esteja acontecendo no local. A rampa está marcada na planta da Casa França-Brasil (figura 2) como número 5 e o acesso principal é o número 1, percebe-se a distância considerável entre os dois acessos e as diferenças dos espaços. Entretanto, há a possibilidade de se criar uma rampa, mesmo que removível, na fachada principal, garantindo a todos os usuários uma mesma entrada.

Vale lembrar que alguns artistas, ao realizarem suas exposições, colocam placas em braile para descrever cada obra, uma medida que deveria ser considerada para todas as exposições, atendendo assim a todos os usuários. Na Fundação Casa França-Brasil é utilizado o recurso do “áudio-guia”, tecnologia utilizada em diversos museus para proporcionar a todos os usuários a possibilidade de compreensão do espaço e das obras expostas, embora esse não esteja disponível em outros centros culturais e museus.

Embora o projeto de renovação realizado no Museu Histórico Nacional visasse seguir a tendência mundial dos grandes museus nacionais de se adequarem às necessidades impostas pelo aumento do fluxo de visitantes e

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à valorização das instituições culturais, instalando diversos equipamentos como: escadas rolantes, elevadores e plataforma elevatória, assim ajudando os portadores de necessidades especiais a se locomoverem pelo edifício. Porém, há ainda alguns problemas a serem solucionados, a fim de que todos os usuários tenham as mesmas condições de usufruírem o local, principalmente com relação aos portadores de baixa acuidade visual. Apesar da instalação de placas em braile em alguns locais, não existe piso tátil que facilite o deslocamento e nem uma maquete ou mapa tátil, sendo esses alguns dos recursos para a orientação de pessoas com deficiência visual. Na entrada principal do Museu Histórico foi instalada uma rampa de acesso em função do desnível com a rua.

Embora as edificações estejam localizadas no centro da cidade do Rio de Janeiro e próximas aos eixos viários, com elevados níveis de ruído, registrou-se níveis de ruído de fundo considerados salubres, considera-se que esse resultado seja em função das características construtivas das edificações, com fachadas compostas por paredes de espessuras superiores a 30 cm, resultando em isolamento sonoro de parte do ruído externo.

Os dados de acessibilidade e de conforto ambiental inventariados possibilitaram identificar questões de qualidade dessas edificações tanto em relação à eficiência dos espaços, como por exemplo, com relação ao ofuscamento, à qualidade de reprodução de cores, à preservação do patrimônio exposto, e a acessibilidade, sendo esta última regida por legislação específica.

A relevância das questões de acessibilidade e das adaptações físicas nestes edifícios para transformação em espaços acessíveis é essencial, pois são imóveis de valor cultural, muitos com tombamentos, tornando-se complexa a implantação de dispositivos assistivos, e a adaptação deve ser executada de maneira cuidadosa, de modo a não interferir na compreensão da obra (CURY, 2000).

Observou-se que as adaptações arquitetônicas realizadas para a acessibilidade das edificações inventariadas limitaram-se aos portadores de necessidades especiais motoras, estas apresentam suas rampas em acessos secundários, mesmo quando se constatou que existia a possibilidade das mesmas estarem integradas no acesso principal da edificação, porém não se registrou recursos para o atendimento aos deficientes visuais.

Com relação ao conforto térmico, as características construtivas e volumétricas das edificações proporcionam em seus ambientes internos significativa redução da temperatura, em relação às identificadas no seu entorno imediato.

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2 Para as medições em campo, são utilizados os seguintes equipamentos: Medidor de nível de pressão sonora (marca RION, modelo SL-18); Termo-higrômetro –LUTRON HT-3005; Medidor de nível de iluminação (GOSSEN – mod. PANLUX ELETRONIC 2); Medidor de temperatura superficial (marca RAYTEK – mod. MT4)

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 9050. Acessibilidade de pessoas portadoras de deficiências a edificações, espaços, mobiliários e equipamentos urbanos. Rio de Janeiro: 2004.

COHEN, R., DUARTE C. Museu, Cultura e Identidade: uma perspectiva da acessibilidade de pessoas com deficiência aos museus tombados pelo patrimônio. 2º Seminário Internacional Museografia e Arquitetura de Museus - Identidades e Comunicação. Anais. Rio de Janeiro, 2010.

CORBELLA. O., YANNAS, S. Em busca de uma arquitetura sustentável para os trópicos. Rio de Janeiro: Revan, 2003.

CURY, Isabelle (org.). Cartas Patrimoniais. 2ed. Rio de Janeiro: Minc/IPHAN 2000.

CZAJKOWSKI, Jorge (org.) Guia da arquitetura eclética no Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: CAU, 2000.

INSTITUTO MUNICIPAL DE ARTE E CULTURA. Corredor cultural: como recuperar, reformar ou construir seu imóvel. Rio de Janeiro: Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, 1989.

LODI, Cristina (Org.) Guia do patrimônio cultural carioca: bens tombados. Rio de Janeiro: Secretaria Extraordinária do Patrimônio Cultural, 2008.

MINISTÉRIO DAS CIDADES. Brasil Acessível: programa brasileiro de acessibilidade urbana. Secretaria Nacional de Transporte e da Mobilidade Urbana. 2006.

PREFEITURA DO RIO DE JANEIRO. Plano Estratégico da Cidade do Rio de Janeiro – As Cidades da Cidade. Rio de Janeiro: Prefeitura Rio de Janeiro, 2004.

QUALHARINI, E. ANJOS, F. O projeto sem barreiras. Niterói: EDUFF, 1997.

SANTOS, A., KESSE, C., GUIMARÃES. C. (org.) Museus e Cidades. Livro do Seminário Internacional. Rio de Janeiro: Museu Histórico Nacional, 2003.

SECRETARIA MUNICIPAL DE URBANISMO. Guia da Arquitetura Eclética no Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: Casa da Palavra, s.d.

STRAMANDINOLI, C. M. Análise da Qualidade Ambiental de Espaços Urbanos em Clima Tropical Úmido: Uma Proposta Metodológica para Espaços Residuais. 2008. Tese (Doutorado em Arquitetura).

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HABITAÇÃO MULTIFAMILIAR NO MEIER

Nathalia Cardoso de Azevedo¹Helga Santos da Silva¹

¹ Universidade Gama Filho, Curso de Arquitetura e UrbanismoRua Manoel Vitorino, 55320.740-900– Rio de Janeiro - [email protected]@ugf.br

Resumo: Através da análi se de plantas de apartamentos no entorno da Rua Dias da Cruz, este artigo tem como objetivo analisar a evolução da moradia coletiva, mostrando as mudanças ocorridas na variação das dimensões dos compartimentos. A metodologia de pesquisa compreendeu a revisão bibliográfica, o levantamento fotográfico e a pesquisa das plantas em arquivos públicos. Em seguida os projetos foram digitalizados e analisados. Foi possível com isso, observar a variação na área útil dos apartamentos, que compreendeu um decréscimo, ao passo que a legislação impunha alterações que ampliavam as áreas comuns. O conforto ambiental estava sempre presente, por meio de dispositivos para a proteção solar, e pela ventilação natural na maior parte dos ambientes. O setor que possuiu a maior supressão de área foi o de serviços. Na amostra analisada, contudo, foi possível concluir que a diminuição da área útil não comprometeu a relação entre o uso e as dimensões dos compartimentos.

Palavras-Chave: Habitação, Arquitetura, Méier.

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1. INTRODUÇÃO

Este trabalho tem como objeto demonstrar a evolução do edifício residencial multifamiliar no entorno da rua Dias da Cruz. O objetivo principal aqui é analisar a evolução da moradia coletiva, mostrando as mudanças ocorridas na variação das dimensões dos compartimentos. o objetivo secundário deste estudo, é que ele seja um breve ensaio para a análise de outras ruas e bairros da cidade.

Este estudo justifica-se pela necessidade de se entender o processo evolutivo da edificação multifamiliar, principalmente no que diz respeito ao subúrbio carioca. Tal processo, atualmente encontra-se em um estágio no qual os programas encontram-se padronizados e enxutos, com áreas úteis cada vez mais reduzidas. A escolha do Méier se deu por sua importância na atração de investimentos, pois este bairro possui um extenso comércio, escolas e outros atrativos, sendo também o principal alvo de construtoras atualmente. A escolha da região da rua Dias da Cruz se deu em função da diversidade de datas de construção das edificações nela encontrada, o que pôde ser verificado após visitas de reconhecimento ao bairro do Méier.

A região do entorno da rua Dias da Cruz, é importante no bairro por possuir a maior concentração de comércios e serviços, sendo ocupada por uma população de classe média, que em sua maioria reside em edificações multifamiliares. Para a realização deste trabalho foi empregada uma metodologia de pesquisa que englobou a revisão bibliográfica, a pesquisa em arquivos e o levantamento de campo. Através da revisão bibliográfica pôde-se fazer um breve histórico do bairro do Méier, bem como investigar sobre o processo evolutivo dos edifícios de apartamentos, como eles surgiram, e como se adaptaram no contexto urbano. Pesquisa em jornais, revistas e internet, com textos e imagens referentes ao tema foram feitas para complementar a pesquisa. Através da pesquisa bibliográfica foi possível também pesquisar a evolução da legislação urbanística da área em estudo. Para a escolha da área que seria objeto deste estudo, foram realizadas visitas pelo bairro do Méier, e as ruas do entorno da Dias da Cruz foram escolhidas por apresentarem uma maior variedade de edifícios, no que diz respeito à data da construção. Os edifícios que comporiam esta amostra foram selecionados aleatoriamente tendo como critério as datas aparentes de construção. Foram realizadas pesquisas em arquivos iconográficos para observar através de imagens antigas, como esta tipologia arquitetônica veio modificando a paisagem. Também foram realizados levantamentos fotográficos com objetivo de registrar a aparência de cada edifício estudado, bem como da rua e do bairro. Outro arquivo consultado foi o da prefeitura do Rio de Janeiro, o arquivo geral da cidade e o arquivo da companhia estadual de águas e esgoto

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(CEDAE). Apenas na primeira foram encontradas as plantas dos edifícios em estudo. No entanto, não foram encontradas as plantas de todos os edifícios que se pretendia estudar aqui. Foram solicitadas dezessete plantas das quais nove foram efetivamente adquiridas. As plantas foram digitalizadas para a análise, que constituiu no levantamento das características espaciais dos apartamentos. A análise dos imóveis foi realizada tendo como foco dados relativos às seguintes informações: data de construção, solução volumétrica, gabarito, orientação, compartimentos, áreas úteis, dentre outras.

2. O EDIFÍCIO MULTIFAMILIAR

A origem da habitação multifamiliar na cidade do Rio de Janeiro remonta à década de 20, quando ela surge em meio a um ar de desconfiança nos bairros do centro e Copacabana. Tal desconfiança se deve à relação entre a habitação coletiva e as soluções de moradia praticadas pela parcela pobre da população, tais como cortiços e estalagens. Estas moradias, em sua maior parte insalubres, localizavam-se principalmente no centro da cidade e nos bairros do seu entorno, próximo ao local de trabalho de maior parte da população. Os edifícios de apartamento foram concebidos para as classes mais ricas da sociedade, com um programa que atendesse a este nível socioeconômico. Tinham a configuração de palacetes com um programa menor, contendo vários quartos, mais de uma sala, quarto de serviço e instalações sanitárias. Para diferenciar esse novo modelo de habitação, e não remeter à moradia coletiva destinada aos pobres, as portarias eram cuidadosamente trabalhadas, e as entradas de serviço e social eram diferenciadas (Vaz, 2002). A solução dos edifícios de apartamentos acabou por ser aceita pelo grande público, e o programa pôde, enfim, passar por alterações que possibilitaram a redução do programa e da área útil. Foi estabelecido então um modelo básico a ser seguido, tendo a mídia como corresponsável pela divulgação dessas diferentes tipologias.

Em sua origem, a organização dos espaços nos edifícios multifamiliares tem como referência a casa colonial, pois a distribuição dos cômodos entre ambas as tipologias habitacionais é muito semelhante, constituindo-se dos setores social, serviço e íntimo. Lemos (1978) assim descreve a forma como foi a evolução da casa brasileira:

Os programas se alteraram. As zonas de estar se resumiram nas salas de visitas sempre trancadas, com seus móveis recobertos por guarda-pós. Local de estar

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cotidiano que não era. O centro de interesse da casa deslocou-se para a copa [...]. Nos apartamentos [...] o programa praticamente não sofreu alterações. Foram diferenciadas as circulações sociais e de serviço. [...] A marca da boa situação social é a casa com menor superposição possível de funções. [...] A televisão reabriu à família de classe média a sala de visita e talvez tenha até incrementado a indústria moveleira de boas poltronas e sofás. [...]. (LEMOS, 1978, p. 16, 17, 18 e 19)

Tal como afirma o autor acima citado, embora a setorização não tenha se alterado muito, o programa se alterou, incorporando-se ou extinguindo-se ambientes, e ainda, alterando-se a área útil dos mesmos. O modelo que se consolidou como a moradia de apartamento variou entre o simples conjugado, onde sala e quarto formavam um único compartimento com a cozinha integrada, até apartamentos com salas de estar e jantar, um variado número de quartos, contendo ou não dependências de serviços contendo área de serviço, quarto e banheiro para empregada.

A salubridade era de vital importância para a diferenciação entre esta moradia e as coletivas utilizadas pela classe pobre. Portanto, era de vital importância o prisma de ventilação, utilizado com maior frequência para os compartimentos de serviços, ou de menor permanência. Sobre o posicionamento dos compartimentos, é comum as salas ficarem voltadas para a via e a área de serviços voltada para os fundos do lote.

Em uma transformação mais recente, observa-se a maior redução da área útil dos apartamentos. O quarto de empregada deixa de ser elemento obrigatório, sendo, em alguns casos, elemento que pode ser convertido em outro quarto voltado para os ambientes íntimo ou social. As entradas diferenciadas entre social e serviço para os apartamentos foram sendo extintas, assim como a copa, que passa a ser a sala de jantar, reduzindo-se o setor de serviços. A cozinha tornou-se um elemento estreito que se comunica com o exterior por meio da área de serviço, a qual fica totalmente integrada.

Observa-se assim, que os setores íntimo e social vão se consolidando como os que possuem a maior área útil, contando com outros elementos que permitem outro grau de socialização familiar, através das varandas e sala íntima. Esta comporta a televisão, e muitas vezes o computador e seus periféricos. O lazer passa a ter maior importância nas áreas comuns dos edifícios, através de salas de uso específico, como cinema, estúdios, e ainda, através da piscina, quadras de esportes e churrasqueiras. Com isso, agrega-

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se o discurso de que a menor área útil dos apartamentos é compensada pelo aumento de opções de lazer comuns ao edifício.

Nos exemplos aqui estudados, localizados no bairro do Méier, observa-se a mesma trajetória da habitação multifamiliar. Logo, poderemos lá encontrar uma diversidade de soluções correspondentes aos diferentes períodos históricos aqui estudados.

3. A REGIÃO DE ESTUDO

O Méier é um importante Bairro da Zona Norte carioca. De sua importância derivou para um núcleo de uma região maior denominada Grande Méier, que possui shoppings, hospitais, e até mesmo o estádio do Engenhão. Sua origem provém da atividade agrícola quando suas terras eram cultivadas pelos padres jesuítas, expulsos após um desentendimento com o governo Imperial. As terras presenteadas ao amigo de Dom Pedro II Augusto Duque da Estrada Meyer, que se encarregou de seu parcelamento. O bairro herdou seu nome. O desenvolvimento de toda a região se intensificou após a implantação da Estrada de Ferro Pedro II, e no bairro foi inaugurada a estação do Méier em 1889 (ABREU, 1997).

No final do século XIX o bairro era habitado, em sua maioria, por moradores de classe média. Neste período era frequente a construção de edifícios com até dois pavimentos, com balcões na parte frontal do lote e água furtada. Esses imóveis, com terrenos profundos e logos corredores, tinham dificuldade na obtenção de uma maior aeração e iluminação.

O histórico da legislação edilícia na cidade se refletiu na tipologia dos edifícios situados no Méier. No inicio do século XX a prefeitura iniciou regulamentação das novas construções, delimitando a altura dos edifícios de acordo com a largura do logradouro. Segundo o decreto nº 6000 de 1937:

[...] as construções deveriam ter, no máximo, dois pavimentos, sendo permitido o balanço de 1,20 metro sobre o afastamento da edificação. A partir de 1948, foi elevado para quatro pavimentos o Gabarito máximo para esta região, e de 1951 em diante as novas construções puderam também apresentar um pavimento de cobertura e um pilotis aberto no pavimento de acesso, seguindo a tendência dos novos bairros da cidade (CARDEMAN & CARDEMAN, 2004, p. 101).

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As transformações que configuram atualmente o bairro foram realizadas no governo Negrão de Lima. A legislação foi novamente revista, permitindo-se a construção de edifícios maiores que o gabarito então permitido, e a inclusão de pavimento intermediário para fins recreativos, lojas e sobrelojas. Em outra revisão da legislação, delimitou-se o gabarito para cinco pavimentos, caso o edifício fosse construído sobre os alinhamentos do lote, e dezoito pavimentos se fosse afastado.

O Decreto n. 322 de 1976 regulamentou o zoneamento do solo para a cidade do Rio de Janeiro, revogando o decreto nº 6000 de 1937. Em 1992 com a Lei Orgânica do Município foi estipulado que a altura dos edifícios, quando afastados das divisas, seria de 12m. Já os colados nas divisas só seriam definidos e liberados para a construção com a aprovação do Projeto de Estruturação Urbana (PEU) do Méier, que nunca foi aprovado.

Na recente revisão do Plano Diretor do Rio de Janeiro, região onde se encontra o Méier foi considerada como “Macrozona de Ocupação Incentivada”, onde novos parâmetros edilícios serão estudados para intensificar a ocupação do bairro. Com isso, é possível entender que além dos demais atrativos do bairro, a própria legislação contribui para o crescimento dos empreendimentos imobiliários.

A Rua Dias da Cruz é uma das mais importantes e valorizadas do bairro. Tem início na estação do Méier, e seu extremo final fica próximo a um acesso para a Linha Amarela, que liga a Avenida Brasil à Barra da Tijuca. Sua importância é histórica, tendo sido nela instalado o primeiro Shopping Center da cidade, e uma casa de shows, sendo esta hoje desativada. Os edifícios desta rua são mistos, mas compreendem mais intensamente os usos comerciais e de serviços. As ruas do entorno, se caracterizam pela predominância do uso residencial.

4. ESTUDO DE CASO

Foram escolhidos edifícios localizados nos arredores da Rua Dias da Cruz, por eles possuírem uma diversidade de características como o gabarito e os estilos arquitetônicos. Buscou-se a seleção de exemplares construídos em diversas épocas, e em seguida, procedeu-se a busca pelas plantas dos mesmos nos arquivos da Prefeitura do Rio de Janeiro. Ao se obter as plantas dos edifícios selecionados, estes foram digitalizados para a uniformização dos desenhos, bem como para a obtenção de dados não informados diretamente, tais como a área útil dos compartimentos. Além

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da digitalização das plantas, foram mapeadas as localizações dos edifícios por meio de imagens de satélite disponíveis pela internet.

Desta forma, foram analisados os exemplares descritos a seguir:

a) Rua Vilela Tavares, nº 140:

Este edifício, construído em 1951, tem como autor José Augusto de Moraes e tem características do estilo de Arquitetura Moderna. Possuindo gabarito de quatro pavimentos, e um total de nove apartamentos duplex. Seus apartamentos possuem sala, dois quartos, cozinha, banheiro e varandas. A área útil dos apartamentos varia entre, 76,90 e 81,80m², resultando em três tipos de planta. Não há vagas de garagem.

Figura 1. Plantas dos pavimentos do apartamento duplex.

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É possível notar na planta dos apartamentos (Figura 01) que o setor intimo tem maior área e ventilação natural em todos os cômodos, sendo os banheiros do segundo pavimento ventilados por prismas. Não há quarto de empregada. As entradas são diferenciadas serviço/social, e o apartamento central diferente dos demais. A fachada principal, onde estão localizados a sala e um dos quartos, recebe o sol matinal, e o setor de serviço e o outro quarto, o sol da tarde.

b) Rua José Veríssimo, 23:

Edifício de três pavimentos, contendo seis apartamentos, constituídos de sala, três quartos, cozinha, área de serviço, banheiro e varandas (Figura 2). A área útil dos apartamentos é de 88,33m², e o setor social é o que possui maior área útil. Há vagas para estacionamento de veículos. O edifício foi construído também no ano de 1951, tendo como autor Taciano Abaurre. A sala não é voltada para a fachada principal (Oeste), mas sim dois dos quartos.

Figura 2. Planta do pavimento tipo.

c) Rua Dias da Cruz, 202:

Este edifício, cujo autor é Orcine Martins, foi edificado em 1976. Possui 21 pavimentos mais um pavimento de cobertura. São dois blocos, totalmente afastados das divisas do lote, que totalizam 126 apartamentos com sala, um ou dois quartos, cozinha, área de serviço, banheiro, varandas e dependência de empregada. São dois tipos de apartamento com áreas úteis de 46,19 e 65,16m² (Figura 3). Há garagem, elevadores e área de lazer. Os ambientes são ventilados naturalmente, exceto a dependência de empregada. As varandas protegem os compartimentos de maior permanência da isolação direta.

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d) Rua Visconde de Taunay, 15:

Com autoria de Silvio Coelho, este edifício de oito pavimentos foi construído no ano de 1987. Os apartamentos (Figura 4) contam com sala, três quartos, cozinha, área de serviço, banheiro, varandas e dependência de empregada. São diferentes entre si, apresentando áreas úteis de 97,80 e 142,70m². Neste prédio, de 54 apartamentos, há vagas de garagem.


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e) Rua Barão de São Borja, 44:

Edifício de seis pavimentos, mais pavimento de cobertura, foi construído em 1990, tendo como autora Mônica Tavares Montano. Os apartamentos possuem sala, dois quartos, cozinha, área de serviço, banheiro, varandas e dependência de empregada (Figura 5). A área dos apartamentos é de 68,68m². Possui 24 apartamentos e vagas de garagem. Também foram colocadas varandas nas fachadas que proporcionam sombreamento dos compartimentos de permanência.

Figura 5: Planta do pavimento tipo.

f) Rua Silva Rabelo, 154:

Edif ício de 13 pavimentos, com autor ia de Sergio Alexandre Mascarenhas, construído no ano 2000. Os apartamentos possuem sala, três ou quatro quartos, cozinha, área de serviço, banheiro, varandas e dependência de empregada (Figura 6). São dois tipos de apartamentos

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com áreas úteis de 87,35 e 69,45m². Possui dois blocos, com um total de 50 apartamentos, possuindo vagas de garagem.

Figura 6: Planta do pavimento tipo.

O parâmetro principal da análise realizada neste estudo foi a variação da área útil dos compartimentos, mas outras variáveis foram elencadas para a análise, tais como: o ano de construção, implantação, gabarito, orientação, função dos compartimentos, compartimento iluminados e ventilados por meio de prismas, dentre outros.

5. ANÁLISE

Dos edifícios analisadas ao redor e na própria Rua Dias da Cruz, foram selecionados apartamentos de diferentes décadas, como os anos 50, 70, 80, 90 e 2000. A amostra selecionada apresentou edificações de quase todas as décadas da metade do século XX até os dias atuais, com exceção da década de 60. Foi possível observar que a área útil dos edifícios apresentou uma variação, a menor área corresponde à década de 70, mas há um decréscimo quanto mais recente é o edifício. Foi possível perceber também que o setor íntimo é sempre o que possui a maior área útil, seguido pelo setor social, ficando por último o setor de serviços.

Estudando-se detalhadamente as áreas de banheiros e cozinhas, as quais se têm a impressão de redução de área ao logo do tempo, podemos perceber

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que isto se confirma no que diz respeito ao banheiro. A cozinha apresentou uma variação relativamente similar a da área útil dos apartamentos.

A maior parte dos edifícios é afastada das divisas, e nas duas únicas exceções a ventilação deu-se através de prismas. Atualmente o gabarito do bairro para edifícios afastado das divisas é de 12 metros, porém o apartamento de 1976 foge desta concepção, pois ele foi construído em um período onde não tinha limite de andares.

A área de lazer aparece a partir do edifício datado de 1976, ou seja, anterior ao decreto 7336 de 1988 que obriga a sua existência sendo de 3m² para cada unidade residencial, com no mínimo 40m². A garagem, que foi obrigatória devido ao aumento de automóveis, é presente na maioria dos edifícios.

O quarto de empregada aparece na maior parte dos edifícios, e a partir do apartamento datado de 1987 passa a ter mais de 6m², o que é obrigatório pela legislação vigente. Além disso, em alguns casos encontram-se quartos de empregada reversível, é o caso de alguns dos apartamentos do ano de 1952, 1987 e 2000. A área de serviço não sofreu muitas alterações possuindo a mesma metragem quadrada.

As cozinhas obtiveram valores de área útil diferenciadas. Há uma relação onde os apartamentos com mais de três quartos, e com maior área útil, encontramos cozinha com mais de 10m², as demais variam entre 5m² a 9m².

A sala foi o cômodo que não obteve grandes alterações, na maioria dos casos ela é usada como sala de estar e jantar, em apenas dois exemplos a cozinha é mencionada como cozinha copa, o que não descaracteriza a função da sala como área de jantar e estar.

Os banheiros sofreram alteração no decorrer dos anos, observa-se que os dos edifícios da década de 50, 70 e 80 possuem as maiores dimensões, e os demais variam entre 2 e 3m². A maioria dos edifícios analisados possui dois banheiros, sendo um deles de empregada. Quando há três banheiros, um deles é suíte. A maioria dos edifícios escolhidos possui dois dormitórios, onde o quarto principal possui entre 12 e 13m² e os secundários 9 e 11m².

Analisando as áreas úteis de cada apartamento os edifícios com dois dormitórios possuem entre 47 e 68m² e os com três dormitórios entre 87 e 115m², lembrando que os edifícios duplex de 1951 e o de 2011 não são providos de quarto de empregada.

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6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com base em todo no desenvolvimento do trabalho foi possível observar que houve uma melhoria no que diz respeito ao acesso de áreas comuns em virtude da legislação. A este fato também se deve o incremento na área do quarto de empregada que passou a possuir uma área mínima obrigatória.

No entanto, houve uma diminuição da área útil dos apartamentos, concentrada principalmente no setor de serviços. A este fato, associa-se o discurso crescente que as áreas comuns ao condomínio podem suprir a área dos apartamentos. Houve a permanência da divisão dos setores tais como eram nas moradias desde a colônia, contudo, o programa foi sendo alterado até que se tornasse um padrão, onde os elementos variáveis são a dependência de empregada e as varandas.

A questão do conforto ambiental sempre esteve presente nos edifícios analisados, à exceção das dependências de empregada, os demais ambientes possuem ventilação natural, seja de forma direta, seja por meio de prisma de ventilação. As varandas são dispostas conectadas aos ambientes de maior permanência, proporcionando proteção da incidência solar direta.

Mesmo havendo a redução da área útil ao longo do período analisado (1950-2000), podemos afirmar que não houve prejuízos ao conforto nos apartamentos, pois pôde-se observar que não há incompatibilidades entre dimensionamento e possibilidades de uso.


ABREU, Mauricio de Almeida. Evolução Urbana do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: ZAHAR/ IPLANRIO, 1997.

CARDEMAN, David; CARDEMAN, Rogerio Goldfeld. O Rio de Janeiro nas Alturas. Rio de Janeiro: Mauad, 2004.

LEMOS, Carlos A. C. Cozinhas, ETC. Um estudo sobre as zonas de serviço da casa paulistana. São Paulo: Editora Perspectiva, 1978.

VAZ, Lílian Fesseler. Moradia e Modernidade: Habitação coletiva no Rio de Janeiro séculos XIX e XX. Rio de Janeiro: 7 letras/ FAPERJ, 2002.

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LONG TERM EVOLUTION – ASPECTOS SISTÊMCOS, ARQUITETURA DE REDE E INTERFACE AÉREA

Carolina R. F. Alves1

Leonardo H. Gonsioroski2,3

Fábio Salgado Sagaz2

Guilherme Sagaz2

1 Universidade Gama Filho, Curso de Engenharia Elétrica

2 Universidade Gama Filho, Curso de Engenharia de Controle e AutomaçãoRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – RJ

3 Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RJ), Departamento de Engenharia ElétricaRua Marquês de São Vicente, nº 225, GáveaCEP 22451-041 – Rio de Janeiro – [email protected]

Resum o: Este trabalho tem como objetivo geral apresentar os aspectos sistêmicos da tecnologia de 4a Geração de sistemas celulares, o Long Term Evolution (LTE). Estudar os benefícios e ônus obtidos com o conceito estrutural proposto por esta tecnologia e evidenciar o contraste entre essa e as tecnologias anteriores, como GSM/GPRS e UMTS/HSPA, com enfoque em sua arquitetura de rede.

Palavras chave: LTE, all-IP, banda larga móvel, multimídia

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1. INTRODUÇÃO

Nos dias atuais os sistemas de comunicações celulares representam uma importante e fundamental tecnologia de comunicação móvel que geram dentre outros benefícios, versatilidade e dinamicidade no cotidiano dos seus usuários, devido à mobilidade de recursos e de serviços proporcionada por essas tecnologias.

Inicialmente, a maior demanda era pela comunicação de voz com mobilidade, uma vez que, a telefonia fixa não permitia a mobilidade do usuário. Com a evolução dos sistemas celulares houve uma mudança de foco para comunicação de dados na qual são agregados novos serviços a comunicação de voz, como a identificação de chamadas, o envio e o recebimento de imagens e mensagens, e uma demanda por transmissão de dados em taxas mais altas para a realização de novos serviços, principalmente, acesso à Internet [1].

Na Figura 1, segue uma demonstração do crescimento do acesso á banda larga móvel em comparação com o acesso fixo e em seguida, na Figura 2, a projeção do crescimento para os próximos anos.

Figura 1. Acessos Banda Larga no Mundo

Fonte: Balanco Huawei da Banda Larga - 2010_1T11_ v2 [6]

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Figura 2. A banda larga móvel supera a fixa em 2010

Fonte: Site da Qualcomm

A exigência de banda larga dos novos serviços multimídia impulsionou a indústria de telecomunicações representada pelo ITU (International Telecommunications Union) a desenvolver o padrão global IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) para a terceira geração de sistemas celulares, 3G. Nesta geração, assim como na geração anterior é utilizada a tecnologia digital associada à comutação de pacotes e de circuitos, provendo altas taxas de dados e suporte para tráfego de voz, dados e multimídia. Como principais representantes desta geração destacam-se: o CDMA 1xEV-DO (1x Evolution Data Optimized) e o UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

UMTS é uma tecnologia de comunicações móveis de terceira geração que vem complementar os serviços disponibilizados pelas redes de 2G pré-existentes. Sua motivação é a crescente demanda por serviços baseados em altas taxas (até 14 Mbps) de transferência de dados (vídeo, navegação na internet, dados, etc)

Atualmente, duas tecnologias são apontadas como representantes da 4G: o UWB, o WiMAX e o LTE (Long Term Evolution).

O LTE foi padronizado pelo 3GPP, é essencialmente, uma solução móvel baseada em redes totalmente IP. Esta tecnologia apresenta a oferta de todos os tipos de serviços e aplicações móveis baseados em comutação de pacotes, extinguindo a arquitetura de comutação por circuitos, isto é, permite que haja a convergência entre os serviços de voz e dados num único subsistema.a

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fim de definir um novo método de acesso de alta velocidade para os sistemas de comunicações móveis, baseando sua arquitetura de rede num ambiente totalmente IP.

Recentemente, ao final de 2009 foi lançada comercialmente a primeira rede LTE em Estocolmo e Oslo pela operadora Telia Sonera. O sistema LTE caracteriza-se por oferecer altas taxas de dados de 100 Mbps no enlace direto, portadoras com largura de banda variável de 5 MHz a 20 MHz e suporte a uma grande gama de dispositivos eletrônicos. Além disso, são adotadas novas técnicas de otimização para transmissão de dados. As mais relevantes são: a utilização de antenas avançadas com a tecnologia MIMO 2X2 e 4X4, o uso de modulações de alta ordem como, por exemplo, a de 64QAM, e a nova técnica de acesso ao meio baseada em OFDM (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing).

2. LONG TERM EVOLUTION

No contexto da evolução das comunicações celulares, o padrão LTE se apresenta como a próxima geração de tecnologia, chamada 4G. O LTE é considerado uma padronização para banda larga móvel, uma evolução do Release 7 do 3GPP, o HSPA+, sendo capaz de oferecer serviços com velocidades acima de 100 Mbps. Quando o 3GPP especifica uma tecnologia, este define objetivos que devem ser conseguidos para esta ser considerada a evolução da terceira geração. Para o LTE foi especificado uma nova interface de rádio e um novo núcleo de rede que é totalmente baseado em IP.

Em linhas gerais, o objetivo maior é uma tecnologia de rádio acesso com suporte à alta taxas de dados, baixa latência e que ofereça qualidade de serviço adequado para aplicações orientadas a pacote.

O LTE é baseado fundamentalmente no protocolo TCP/IP e possui a E-UTRAN, análoga a UTRAN do UMTS. A diferença vem do fato de ter se especificado o OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) para a interface aérea, no sentido downlink, podendo ser utilizados até 1200 portadoras, e o SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) para o sentido uplink. O SC-FDMA apresenta para a transmissão uma única portadora, o que acarreta um menor valor de PAPR (Peek to Average Power Ratio), que ocorre com grandes variações do sinal no tempo [2].

O LTE utiliza para a transmissão as modulações 16-QAM, 64-QAM, BPSK e QPSK. Algumas características do LTE são:

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1. Desempenho: A taxa de transmissão é variável de acordo com a alocação de banda e com o número de antenas na recepção e na transmissão. Com a utilização de 2 antenas de transmissão no DL e 1 antena de transmissão no UL, o sistema deve permitir uma taxa instantânea de 100 Mbps, com a utilização de uma banda de 20 MHz que resulta em uma eficiência espectral de 5 bps/Hz; e para o UL 50 Mbps, com a utilização de uma banda de 20 MHz que resulta em uma eficiência espectral de 2,5 bps/Hz.

2. Eficiência espectral e bandas de freqüência: Em uma rede carregada o objetivo é conseguir uma eficiência espectral (bits/s/Hz/site) para o enlace direto de 3 a 4 vezes a obtida no release 6, e para o enlace reverso de 2 a 3 vezes a obtida no release 6. Uma das grandes vantagens do LTE é possibilitar a f lexibilidade de alocação de espectro, pois pode operar em: 1.4; 3; 5; 10; 15; 20Mhz. O LTE foi especificado para operar nos modos TDD e FDD, podendo operar nas freqüências de 450 MHz a 2,6 GHz. O sistema deve ter a capacidade de até 200 usuários em uma banda de 5MHz e até 400 na banda larga de 20Mhz.

3. Características de Potência: Para a estação móvel são definidas algumas classes de potência. Essas classes especificam a potência máxima nominal que a EM pode operar. Em [3] está definido somente o uso da classe 3, em que a potência nominal máxima é de 23dBm com tolerância de +/- 2 dB. A potência mínima é de -40dBm, e quando o transmissor está em modo desligado a potência deve ser no máximo de -50dBm.

4. Latência: Para a latência foi especificada uma redução de latência do plano de controle (mais detalhes sobre plano de controle pode ser visto em [1]), com um tempo de transição menor que 100ms do estado idle (ocioso) para um estado ativo. Foi especificado um tempo de transição menor que 50ms do estado dormente (onde o móvel já é reconhecido pela rede, mas não tem uma conexão de dados estabelecida) para o estado ativo. A latência é baixa, quando temos um atraso menor que 10ms de conexão do UE para o servidor.

5. Complexidade: Além de ter que atender todos os objetivos de desempenho, o LTE tem seu grau de complexidade minimizado, com o objetivo de melhorar a interoperabilidade com outros sistemas e diminuir os custos com o terminal. Foi reduzido o número de estados dos protocolos, minimizado o número de procedimentos e ajustado a granularidade dos parâmetros.

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6. Mobilidade: O sistema deve permitir a mobilidade em uma rede celular, deve funcionar de maneira ótima à baixa velocidade de mobilidade (0 a 15 km/h), mas suportar velocidades de 15 a 120 km/h com alto desempenho. O tráfego de voz e de serviços de dados em tempo não real que eram fornecidos pelo release 6 através da comutação de circuitos, devem ser fornecidos pela rede através da comutação de pacotes em qualquer uma das velocidades acima descritas.

7. Interoperabilidade: Os terminais devem permitir a interoperabilidade com as redes 3GPP-UTRA e 3GPP-GERAN. O tempo de interrupção durante o handover de um serviço em tempo real do LTE para o GSM/GPRS/EDGE/WCDMA deve ser menor que 300ms e para serviços em tempo não real deve ser menor que 500ms.

3. ARQUITETURA

A arquitetura do LTE é dividida em duas partes: o núcleo da rede e a Rede de Acesso de Rádio (RAN – Radio Access Network). Para o núcleo da rede as funcionalidades são:

Gerenciamento dos usuários;

Sinalização entre os elementos do núcleo para mobilidade entre redes de acesso diferentes;

Verificação da área que está o UE;

Seleção do PDN GW (Saída da rede de pacote de dados) e do SGW (saída de rede);

Seleção da entidade de gerenciamento de mobilidade (Mobility Management Entity - MME);

Roaming;

Autenticação;

Alocação do IP para os UE;

Ponto de apoio para o handover entre eNodeBs;

Ponto de interconexão com outras redes (2G/3G);

Roteamento de pacotes.

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Para a rede de acesso de rádio (RAN) as funcionalidades são:

Codificação, entrelaçamento, gerenciamento dos recursos de rádio, controle de admissão, controle de mobilidade, alocação dinâmica de recursos para o DL e UL;

Compressão do cabeçalho IP e cifragem dos dados dos usuários;

Seleção da MME à qual o UE será conectado;

Roteamento do plano de usuário através da saída da rede;

Agendamento, transmissão e paging;

Agendamento e transmissão de informações para todas as células broadcast;

Medidas e relatórios de medidas para agendamentos e mobilidade.

Envolved Packet Core (EPC)

O core da rede LTE é chamado de EPC, enquanto que a rede de acesso de rádio é chamada de E-UTRAN. O EPC é um núcleo de rede totalmente novo, que contrasta com os sistemas 2G/3G sendo puramente baseado em pacotes, também chamado de rede “all-IP”. Apesar do fato de que as redes por comutação de circuitos estão sendo descontinuadas, há interoperabilidade com as redes legadas. O nó SGSN, conhecido das redes 2G/3G permanece na nova arquitetura a fim de suportar a interoperabilidade das redes de acesso de rádio GSM/UMTS.

System Architecture Evolution (SAE)

Uma nova arquitetura foi desenvolvida para proporcionar um nível consideravelmente mais elevado de desempenho que está em consonância com as exigências do LTE, essa arquitetura é conhecida como SAE (System Architecture Evolution).

A arquitetura SAE também foi desenvolvida para que seja totalmente compatível com o LTE Advanced. Portanto, quando o LTE Advanced for introduzido, a rede será capaz de lidar com o aumento do tráfego de dados, exigindo mudanças mínimas.

A arquitetura SAE oferece muitas vantagens sobre as topologias e sistemas anteriores, utilizados para redes Core, tais como: Capacidade de dados melhorada, Arquitetura all-IP, Latência reduzida, Redução de OPEX e CAPEX.

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Figura 3. Arquitetura LTE

Fonte: Um estudo comparativo entre BPSK e QAM, utilizando OFDM, com aplicações aos sistemas móveis de quarta geração [4]

A arquitetura E-UTRAN é a evolução do UTRAN do padrão UMTS e corresponde à parte do sistema responsável pelo acesso.

As estações base estão conectadas ao núcleo da rede através da interface S1. Especificamente, a eNodeB se conecta à MME por meio da interface S1-MME e ao S-GW pela interface S1-U. Esta interface suporta uma relação de muitos entre o MME/SGW e a eNodeB.

Outra modificação muito importante é, que as eNodeB estão conectadas entre si pela interface X2. Esta interface é responsável por suprir o problema causado pela falta da RNC, comum nos sistemas anteriores .

O eNodeB é responsável pelo gerenciamento de recursos de rádio (RRM - Radio Resource Management), controla o uso da interface rádio, incluindo, por exemplo, alocação de recursos baseados em solicitações, priorizando e agendamento do tráfego de acordo com o QoS exigido, e monitoramento constantemente da situação do uso dos recursos.

O MME (Mobility Management Entity) é o principal e único elemento de controle do EPC. Similar ao 3G Direct Tunnel, no sentido de que o plano de usuário e o plano de controle também estão segmentados. É responsável pelas seguintes funções de Sinalização de controle de mobilidade e Autenticação e segurança.

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O SAE-GW (System Arquitecture Evolution-Gateway) representa a combinação de dois Gateways, o SGW (Serving-Gateway) e o PGW (Packet Data Network-Gateway). A implementação de ambos representa um possível desenvolvimento do cenário, mas os padrões definem a interface entre eles, e todas as operações são especificadas para quando eles são separados.

O SGW atua como o gateway, porta de saída do sistema. É o nó que faz a ancoragem para o plano de usuário, responsável por enviar e receber pacotes de/ para o eNodeB, onde o terminal móvel se encontra. Na configuração do sistema básico de arquitetura, as funções de alto nível do S-GW são o gerenciamento e comutação do túnel do plano de usuário. O SGW tem um papel menor nas funções de controle, sendo responsável somente pelos próprios recursos, que são alocados baseados em solicitações para MME, PGW ou PCRF (Policy and Charging Resource Function). Esses recursos são recebidos pelo PGW ou PCRF, então o S-GW muda o comando, fazendo com que o MME controle o túnel até o eNodeB. E quando este inicia a solicitação, o SGW sinaliza para cada PGW ou PCRF. O MME comanda o SGW para comutar o túnel entre um eNodeB e outro. O MME pode, além disso, solicitar ao SGW para prover recursos para o encaminhamento de dados, quando existe uma grande necessidade de encaminhar dados de uma fonte eNodeB para um outro eNodeB, durante o tempo que o móvel está no processo de handover. Os cenários móveis podem incluir mudanças de um SGW para outro, com o MME controlando essa mudança conseqüentemente. Para todos os dados que fluem pertencentes ao móvel no modo conectado, o SGW realiza a transmissão entre o eNodeB e o PGW, no modo iddle, os recursos no eNodeB são liberados, e o caminho das informações termina no SGW. Durante a mobilidade entre os eNodeBs, o SGW troca de plano de usuário para permitir mobilidade do móvel.

O PGW funciona como roteador na fronteira entre o EPS e a rede de pacotes externa. Aloca o endereço IP para a UE, e utiliza esse dado para se comunicar com outro host IP, numa rede externa. Também é possível que o PDN (Packet Data Network) externo ao qual o móvel está conectado aloque o endereço que é usado pelo móvel, com isso, o PGW encaminha todo o tráfego para a rede. O PGW contém ainda o PCEF (Policy and Charging Enforcement Function), o que demonstra as funções de filtragem exigidas para as condições de segurança do móvel. O PGW é a “âncora” do nível mais alto de mobilidade do sistema. Quando o usuário móvel se locomove de um SGW para o outro, os bearers têm que ser comutados no PGW, então, o PGW recebe uma indicação para comutar os f luxos de um novo SGW.

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4. INTERFACE AÉREA

Do ponto de vista de rádio e rede, E-UTRAN focou na evolução e otimização do UTRAN. E-UTRAN é um passo significativo na tecnologia, visando garantir a competitividade e a continuação da família de tecnologias 3GPP.

Duas tecnologias são extremamente importantes para a evolução do UTRAN: OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) e MIMO (Multi Input Multi Output).

OFDM

A adoção de uma nova interface aérea baseada na tecnologia OFDM possibilita alcançar alta velocidade na transmissão de dados, com uma implementação de baixo custo e eficiente no consumo de energia. Tal inovação combina uma modulação baseada no OFDMA (Orthogonal Frequency-Divison Multiple Access) com esquema de múltiplo acesso para o downlink e SC-FDMA (Single Carrier Frequency-Division Multiplexing Access) no uplink. Como é exemplificado na figura 4.

Figura 4. Tecnologia de múltiplo acesso para downlink e uplink

Fonte: Carolina Alves [1]

No caso do LTE, utilizando o canal de 20 MHz, o esquema proposto pela multiplexação OFDM divide o espectro disponível em milhares de subportadoras estreitas, cada um carregando parte do sinal, que é combinado posteriormente para gerar os dados que foram transmitidos. Com isso, o OFDM associa diferentes subportadoras para usuários diferentes, evitando problemas causados por reflexões em múltiplos percursos, enviando os bits

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a baixas velocidades, combinados no receptor para formar uma mensagem de alta velocidade.

A tecnologia OFDM é uma solução bastante efetiva no combate aos efeitos negativos introduzidos pelo desvanecimento múltiplos percursos, que é característico dos canais de comunicações móveis. Uma de suas grandes vantagens, quando comparada à tradicional técnica de multiplexação com uma única portadora, é a redução na complexidade da equalização de um canal dispersivo nas transmissões, quando consideramos altas taxas de transmissão. Por outro lado, os sistemas OFDM, assim como qualquer sistema baseado na técnica de multiportadoras, são bem mais sensíveis a problemas de sincronização na frequência da portadora do que os sistemas com portadora simples.

A implementação do OFDM se tornou mais viável devido à evolução do processamento digital de sinais. Todos os osciladores coerentes são substituídos pela transformada de Fourier direta (DFT) e inversa (IDFT), que é implementada computacionalmente através dos algoritmos da transformada rápida de Fourier direta (FFT) e inversa (IFFT).

O sistema OFDM foi escolhido como o padrão para difusão de áudio digital em toda a Europa. Muitos dos sistemas de difusão de áudio digital propostos para o padrão americano também se baseiam na técnica multiportadoras OFDM. Uma tecnologia similar ao OFDM também é utilizada em canais telefônicos tal como em ADSL (Assymmetric Digital Subscriber Line), sob o nome de DMT (Discrete MultiTone)

Já em sistemas celulares, o OFDM foi adotado como esquema de transmissão no enlace direto para o LTE e também é utilizado no WiMax (802.16), no enlace direto e no enlace de reverso. Mais detalhes sobre OFDM pode ser encontrado em [5].

MIMO

O MIMO é uma tecnologia de comunicação de rádio, que é outra das grandes inovações tecnológicas do LTE, usado para melhorar o desempenho do sistema e capaz de otimizar o canal de transmissão e garantir maior qualidade no envio/recebimento do sinal. Essa tecnologia fornece a capacidade de melhorar ainda mais a transferência de dados e eficiência espectral superior à obtida pelo uso de OFDM. Embora o MIMO aumente a complexidade do sistema em termos de processamento e o número de antenas necessárias, permite taxas de dados muito altas alcançadas com a maior eficiência espectral.

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O conceito básico do MIMO ut i l iza a propagação do sinal de multipercursos, que está presente em todas as comunicações terrestres. Em vez de fornecer interferência, estes caminhos podem ser usados como uma vantagem. Duas grandes limitações em canais de comunicação podem ser a interferência por multipercursos e as limitações de transferência de dados, como resultado da Lei de Shannon. O MIMO oferece uma maneira de utilizar os múltiplos caminhos do sinal que existem entre um transmissor e um receptor para melhorar significativamente a transferência de dados disponíveis em um determinado canal com largura de banda definida. Usando múltiplas antenas no transmissor e receptor, juntamente com alguns processamentos complexos do sinal digital, a tecnologia MIMO permite que o sistema possa configurar múltiplos f luxos de dados no mesmo canal, aumentando assim a capacidade de dados de um canal.

Os esquemas empregados em LTE variam ligeiramente entre o uplink e o downlink. A razão para isso é manter o custo baixo do terminal, pois há muito mais terminais móveis do que as estações de base e, como resultado, o terminal móvel é muito mais sensível ao preço de custo. Para o downlink, a configuração de duas antenas transmissoras na estação base e duas antenas receptoras no terminal móvel é utilizada como linha de base, embora configurações com quatro antenas também estejam sendo consideradas. Para o uplink do terminal móvel para a estação base, um esquema chamado MU-MIMO (Multi-User MIMO) esta sendo empregada. Usando isso, mesmo que a estação base tenha múltiplas antenas, os celulares só têm uma antena transmissora e isso reduz consideravelmente o custo do terminal móvel.

Há formas diferentes de configurações do MIMO, que podem ser usados. Estes são denominados SISO (Single Input Single Output), SIMO (Single Input Multiple output), MISO (Multiple Input Single Output) e MIMO. Esses formatos diferentes oferecem diferentes vantagens e desvantagens e estão demonstrados na Figura 4.

SISO MISO

SIMO MIMO

Figura 4. Diferentes Configuração de MIMOFonte: Carolina Alves [1]

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5. VOZ SOBRE LTE

Ao contrário dos padrões anteriores de telefonia celular, o LTE não dedica canais para o circuito de telefonia comutada. Em vez disso, o LTE é um sistema all-IP, que fornece uma conexão IP fim a fim, do equipamento móvel para a rede básica e para fora novamente.

O objetivo de qualquer serviço de voz é utilizar a baixa latência e características de QoS, que estão disponíveis no LTE a fim de garantir que qualquer serviço de voz ofereça uma melhoria em relação a padrões disponíveis nas redes 2G e 3G.

No LTE as chamadas de voz são enviadas pela internet ou outras redes IP numa sessão totalmente baseada em pacotes. Essa alternativa é mais conhecida como VoIP. O VoIP apresenta algumas vantagens quando comparado à comutação de circuito. Essas vantagens apresentam uma alternativa de uso mais rica para o usuário pela sua integração com outros serviços de pacotes. Essas possibilidades incluem voz em banda larga, vídeo-telefonia baseada em pacote, compartilhamento de vídeo, jogos online com baixa latência e redes sociais.

6. CONCLUSÕES

As taxas de dados crescem de forma exponencial e os usuários finais estão usando massivamente os serviços de dados à sua disposição. Para atender à grande demanda, as operadoras precisam atualizar as redes para prestar melhores serviços.

As redes LTE impulsionarão, de forma significativa, as taxas de transmissão de dados, reduzindo a latência e aumentando o espectro e desempenho operacional das redes móveis. A tecnologia visa entregar uma nova fase evolutiva na utilização dos serviços aos usuários de telefonia móvel.

A arquitetura simples do LTE traz reduções significativas de custos de CAPEX e OPEX. De acordo com a edição de junho da revista RTI, os equipamentos da arquitetura LTE consomem menos energia, precisam de menos refrigeração e são mais compactos. Essas vantagens contribuem para a redução dos custos para a operadora.

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[1] ALVES, Carolina R.F. Super Velocidade em Banda Larga Móvel e Redes All-IP com o LTE. 2011. Monografia de Final de Curso – Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Gama Filho, Rio de Janeiro.

[2] SESIA, Stefania; TOUFIK, Issam; BAKER, Matthew. The UMTS Long Term Evolution: From Theory to Practice. Baker: John Wiley & Sons, 2009.

[3] SAUTER, Martin. From GSM to LTE: An Introduction to Mobile Networks and Mobile Broadband. Cologne: Wiley, 2011.

[4] CAVALCANTE, Thiago. Um estudo comparativo entre BPSK e QAM, utilizando OFDM, com aplicações aos sistemas móveis de quarta geração. 2010. Dissertação (Mestrado em Comunicações Móveis) – Escola de Engenharia, Universidade Federal Fluminense, Niterói.

[5] GONSIOROSKI, Leonardo H., SILVA Rogério M.L., FILHO, Antonio D. M. WIMAX: Fundamentos da Tecnologia que Revolucionará a Banda Larga sem Fio. Revista de Ciência e Tecnologia – vol.2, no 1, pag. 51-71, 2011. Rio de Janeiro: Editora Gama Filho. ISSN 2178-759X

[6] Balanco Huawei da Banda Larga - 2010-1T11-v2. Disponível em: <www.huawei.com/mng/ptla/dl?f=622>. Acesso em: 01 nov. 2011.

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NORMAS DE CÁLCULO DE BLINDAGEM PARA SALAS DE RAIOS X DIAGNÓSTICO

Christiano Eduardo Martins Ferreira1

Sergio Gavazza1,2

1 Instituto Militar de Engenharia (IME), Seção de Engenharia NuclearPraça General Tibúrcio nº 80, Praia VermelhaCEP 22290-270 – Rio de Janeiro – [email protected]@yahoo.com.br

2 Univer sidade Ga ma Fi l ho (UGF), Cur so de Engenharia CivilRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – RJ

Resumo: As paredes de uma sala de fluoroscopia necessitam de blindagem para evitar exposições desnecessárias ao público e aos trabalhadores especializados. No Brasil a Portaria 453/98 estabelece diretrizes para o licenciamento e fiscalização dessas salas bem como o estabelecimento de parâmetros para os seus projetos de blindagem. Para o cálculo dessa blindagem utilizam-se as metodologias da National Council on Radiation Protection and Measurements Report nº 49 (NCRP-49) e da nº 147 (NCRP-147), mais recente. A NCRP-147 veio substituir a NCRP-49. Segundo a NCRP-147, salas já construídas antes de sua edição não precisam ser redimensionadas, caso mantenham os mesmos procedimentos e equipamentos. Assim foi elaborado um estudo comparativo entre as duas metodologias

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para o cálculo de uma barreira primária de uma sala de fluoroscopia. Constatou-se que a NCRP-49 é mais conservativa.

Palavras-Chave: Fluoroscopia, Blindagem, NCRP-49, NCRP-147

1. INTRODUÇÃO

1.1. Descoberta dos Raios X

Os raios X são uma forma de radiação eletromagnética descoberta e denominada assim por Wilhelm Conrad Röntgen em 8 de dezembro de 1895. A descoberta se deu durante seus estudos sobre raios catódicos (feixe de elétrons) num tubo de vidro, onde se fez um quase vácuo. Tal tubo possuía um catodo e um anodo e entre eles uma diferença de potencial (d.d.p.) aplicada. Os elétrons, neste caso, são gerados por emissão termoiônica ao se aquecer o catodo através da passagem de uma corrente elétrica. Os elétrons livres são acelerados, devido à d.d.p., em direção ao anodo e ao colidirem com ele são desacelerados, gerando os raios X. Röntgen observou que esses raios eram capazes de atravessar a matéria, inclusive o corpo humano. Foi ele o responsável pela primeira imagem radiográfica ao pedir que sua esposa pusesse a mão entre o dispositivo emissor de raios X e uma chapa radiográfica, revelando a estrutura óssea da mão dela.

Pela sua descoberta Röntgen foi o primeiro físico a ganhar o Prêmio Nobel de Física, em 1901.

1.2. Propriedades dos Raios X

Como dito antes, os raios X são um tipo de radiação eletromagnética. Por isso possuem a propriedade de transportar ou propagar energia no espaço. Podem ser descritos, dependendo do fenômeno ou processo analisado, como sendo formados, pelo ponto de vista ondulatório, por campos elétricos e magnéticos perpendiculares entre si e sua direção de propagação, ou pelo ponto de vista corpuscular, por pequenos pacotes de energia (quantum de energia) ou fótons (partículas que não possuem nem massa de repouso e nem carga).

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Os raios X podem apresentar energia discreta (raios X característicos) ou contínua (raios X de desaceleração ou Bremsstrahlung). O primeiro caso ocorre nos processos de captura eletrônica ou outro processo que retire elétrons das camadas mais próximas ao núcleo (K, L,...) do átomo. A vacância originada é imediatamente preenchida por algum elétron de camada superior ocorrendo liberação de energia na forma discreta (fóton). O segundo caso ocorre quando partículas carregadas interagem com o campo elétrico de núcleos de número atômico elevado ou com a eletrosfera. Elas assim mudam de direção (def lexão da partícula carregada), têm sua energia cinética reduzida, emitindo a diferença sob forma de ondas eletromagnéticas, sendo seu espectro de energia contínuo variando de zero a um valor máximo.

1.3. Efeitos Biológicos da Radiação Ionizante

A radiação eletromagnética, dependendo de sua energia e interação com a matéria, pode ser considerada como radiação ionizante, que é aquela radiação capaz de ejetar elétrons dos orbitais dos átomos da matéria. E tem como seus representantes os raios X e gama.

As conseqüências das radiações ionizantes para os humanos são muito variáveis dependendo do órgão e sistemas atingidos. De um modo geral os efeitos são divididos:

a) em função do dano:

somáticos, que são aqueles que apresentam-se em pessoas que sofreram irradiação, não interferindo nas gerações posteriores;

hereditários, que surgem apenas nos descendentes da pessoa irradiada, como resultado de danos por irradiação em células reprodutoras, as gônadas.

b) em função do tempo de manifestação:

imediatos, que ocorrem num período de poucas horas ou até algumas semanas após a exposição (por exemplo a radiodermite);

tardios ou retardados, que aparecem depois de anos ou mesmo décadas (por exemplo o câncer).

c) em função da dose:

estocásticos são aqueles que não apresentam um limiar de dose. No entanto, a probabilidade de ocorrência é proporcional à dose recebida.

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É o caso do câncer, onde os efeitos podem aparecer até 40 anos após a irradiação;

determinísticos são aqueles que apresentam um limiar de dose para ocorrência, ou seja, a probabilidade deste efeito ocorrer é nula para doses abaixo do limiar e de 100% para doses acima desse limiar.

A Tabela 1 apresenta o limiar de dose para efeitos determinísticos em alguns órgãos, em Sievert (Sv).

Tabela 1. Limiares de dose para efeitos determinísticos nas gônadas, ovários, cristalino e medula óssea.

TECIDO E EFEITO

LIMIAR DE DOSE

Equivalente de Dose Total (recebida em uma única exposição)

(Sv)

Equivalente de Dose Total

(recebida em uma

exposição fracionada ou prolongada)

(Sv)

Taxa de Dose Anual (se recebida anualmente

em exposições fracionadas ou

prolongadas por muitos

anos)

(Sv)

Gônadas− esterilidade temporária− esterilidade

0,153,5 - 6,0

NDND

0,402,00

Ovários− esterilidade 2,5-6,0 6 >0,2

Cristalino− opacidade detectável− catarata

0,5 - 2,0 5>8

>0,1>0,15

Medula óssea− depressão de hematopoiese 0,5 ND >0,4

Fonte: Radioproteção e dosimetria: fundamentos. Terceira revisão)

Em radioproteção busca-se prevenir os efeitos estocásticos e evitar os efeitos determinísticos nos trabalhadores e no público.

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A fim de proteger os trabalhadores e os indivíduos do público dos efeitos indesejáveis da radiação eletromagnética ionizante, faz-se necessária a blindagem das salas de raios X, entre outras medidas de proteção.

1.4. Características Gerais para Blindagem de Salas de Raios X

Existem três princípios básicos utilizados para se garantir que os requisitos de proteção radiológica sejam alcançados. São eles:

a proteção pela distância da fonte de radiação até a pessoa ou objeto que se quer proteger, que envolve a lei do inverso do quadrado da distância;

a limitação do tempo de permanência em local onde haja radiação;

e a proteção pela interposição de uma barreira protetora (blindagem) entre a fonte e o ambiente que se deseja proteger.

Os documentos NCRP-49 e NCRP-147 tratam dos requisitos e metodologias para o cálculo dessas barreiras protetoras para instalações com fins médicos. Mas antes de descrever as características de cálculo de cada NCRP cabe primeiro definir alguns conceitos a seguir:

Radiação primária ou feixe útil: é a radiação emitida pelo tubo de raios X que irá incidir diretamente no paciente, produzindo assim a imagem radiográfica. Tal feixe deve ser interceptado pela barreira primária para que os níveis de exposição ou de kerma sejam reduzidos a valores permitidos. A barreira pode ser uma parede, teto, piso ou qualquer outra estrutura com a finalidade de atenuar o feixe útil. Na Figura 1 tem-se uma ilustração da radiação primária bem como de sua correspondente barreira.

Radiação secundária: é a radiação composta pelas radiações de fuga (proveniente do cabeçote) e pela espalhada no paciente ou qualquer outro objeto espalhador. Tal radiação deve ser interceptada pela barreira secundária que pode ser uma parede, teto, piso ou qualquer outra estrutura com a finalidade de atenuar a radiação secundária a níveis de exposição ou kerma permitidos. Na Figura 1 tem-se uma ilustração das radiações de fuga e espalhada bem como da barreira secundária.

Meta do projeto de blindagem (P): é o nível de roentgen por semana (NCRP-49) ou kerma no ar por semana (NCRP-147) que se deseja alcançar em uma área por meio de blindagem.

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Fator de uso (U): é a fração do tempo de uso que o feixe primário fica direcionado para uma certa barreira primária.

Fator de ocupação (T): é a fração do tempo que uma pessoa permanece na área onde se quer blindar, enquanto o tubo de raios X estiver funcionando. As duas NCRP sugerem valores de T, quando uma avaliação do local não for possível.

Carga de trabalho (W): é o tempo integral, durante um período determinado, em que há corrente no tubo de raios X, ou seja, é o grau de uso do aparelho de raios X. Dado comumente em mA·mim por semana (NCRP-49 e NCRP-147) ou mA·min por paciente (NCRP-147).

Área controlada: é a área em que a exposição das pessoas (por exemplo, empregados que lidam diretamente com radiação) à radiação está sob a supervisão de alguém responsável pela proteção radiológica.

Figura 1. Ilustrações das barreiras primária e secundária e das radiações primária, de fuga e espalhada.

1.5. Objetivo do trabalho

Em 1976 foi lançada a National Council on Radiation Protection and Mesurements Report Nº 49 (NCRP-49), intitulada Structural Shielding Design and Evaluation for Medical Use of X Rays and Gamma Rays of Energies up to 10 MeV. Este documento apresenta uma metodologia de cálculo para blindagem de salas de radiodiagnóstico e radioterapia, sendo ela referência

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em todo Brasil. Em 2004 foi lançada a NCRP-147 com o título de Structural Shielding Design for Medical X-Rays Imaging Facilities, apresentando novas metodologias para o cálculo de blindagem em salas de diagnóstico por imagem.

Para este trabalho, realizou-se um estudo comparativo entre as metodologias de cálculo estabelecidas na NCRP-49 e NCRP-147, através da análise das espessuras de concreto para uma mesma barreira primária para uma sala de f luoroscopia. Para este tipo de sala o tubo que provoca a necessidade de barreira primária é o tubo de seriografia, por isso os cálculos serem feitos considerando somente esse tubo.

2. NCRP-49

Para o cálculo da barreira primária calcula-se o quociente entre a exposição estabelecida para a distância considerada e a carga de trabalho, Kux, dado em R/(mA·min), a 1 m. Depois leva-se o valor de Kux às curvas da Figura 2, reproduzidas da NCRP-49, que fornecem a espessura adequada de concreto, em cm, para o correspondente potencial.

O valor de Kux, para a barreira primária, é dado pela Equação 1.

Kux = P (dpri

)2_______

WUT (1)

A distância dpri, mostrada na Figura 3, é a distância primária, em metros, que é medida da fonte da radiação primária até 30 cm além da barreira do lado a ser protegido.

Nas curvas da Figura 2, Kux está no eixo das ordenadas, em escala logarítmica, enquanto que a espessura da blindagem correspondente está no eixo das abscissas.

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Figura 2. Atenuação no concreto de raios X produzidos nos potenciais de 50 a 150 KVp. (Fonte NCRP-49).

Figura 3. Distância primária, dpri, da fonte da radiação primária até 30 cm além da barreira, usada nos cálculos da

NCRP-49 e NCRP-147.

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3. NCRP-147

Essa NCRP apresenta três métodos equivalentes, que são os métodos do fator de transmissão, o algébrico e o dos múltiplos tubos ou variáveis orientações e localizações do tubo. O estudo aqui presente lançou mão do método algébrico, baseado no modelo de Archer et al. (1983) e detalhado no Apêndice A da NCRP-147, para os cálculos de blindagem que são realizados utilizando a Equação 2 apresentada a seguir.

Xbarreira + Xpre = (2)

Os parâmetros , e para uma barreira primária, apresentados na Tabela 2, dependem do material, bem como da distribuição da carga de trabalho como uma função do kVp.

Para realizar os cálculos de blindagem é necessário ter os valores de kerma no ar não blindado por paciente (mGy/pac), a 1 metro da fonte, para radiação primária, K1

p , que para o tubo de seriografia é 5,9 mGy/pac.

Tabela 2. Parâmetros , e para o feixe primário para seriografia.

Material Concreto

Parâmetro (mm-1) (mm-1)

Tubo de seriografia (sala de R e F)

3,549x10-2 1,164x10-1 5,774x10-1

Fonte: NCRP 147.

3.1. Pré-blindagem

A intensidade do feixe primário é substancialmente reduzida pela atenuação no paciente, no receptor de imagem e nas estruturas que apóiam o receptor de imagem. No entanto, uma abordagem segura é ignorar a significante atenuação propiciada pelo paciente, e considerar somente a atenuação efetuada pela estrutura do equipamento. Dixon (1994) e Dixon e Simpkin (1998) demonstraram que o cassete, as grades, a mesa radiográfica e as estruturas que fixam o receptor de imagem reduzem significativamente

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a intensidade do feixe primário. E essa atenuação pode ser expressa como uma espessura equivalente de um material de blindagem. Esta espessura equivalente de pré-blindagem, Xpre, tem o valor de 72 mm para concreto.

O uso, ou não, da pré-blindagem deve ser avaliado pelo responsável pelo projeto de blindagem. Pois o responsável deve verificar, por exemplo, se o feixe útil está completamente colimado para o paciente e o cassete e assim poder usar o conceito de pré-blindagem ou se, em outra situação, o receptor de imagem não possuir todos os elementos associados e mencionados no parágrafo anterior, melhor será ignorar a pré-blindagem.

4. DIMENSIONAMENTO DE UMA BARREIRA PRIMÁRIA

Para realizar a comparação entre as duas NCRPs, foram utilizados o número de pacientes (N), a carga de trabalho (W), semanal para a NCRP-49 e por paciente para a NCRP-147, e os limites de exposição e de dose (P), em R/sem para a NCRP-49 e em mGy/sem para a NCRP-147, para uma área controlada, sugeridos pela Portaria nº 453, de junho de 1998, norma que deve ser adotada em todo o Brasil para instalações que utilizam raios X diagnóstico. Os valores de P, W e N, usados no projeto de blindagem, constam da Tabela 3.

Foram também escolhidos, arbitrariamente, um fator de uso 1, um fator de ocupação 1 e um potencial de 100 kVp. Os valores de dpri foram variados de 0,5 em 0,5 m, num intervalo de 0,5 até 5 m.

Tabela 3. Valores dos limites semanais de exposição e de dose P, cargas de trabalho W e número de pacientes

semanais N, usados no projeto de blindagem.

Norma P W N

NCRP-49Trabalhador (área

controlada):20 mSv/ano0,04 R/sem

Carga de trabalho total semanal:

Seriografia: 320 mA·min/sem*

Não considera

NCRP-147Trabalhador (área

controlada):20 mSv/ano0,4 mGy/sem

Carga de trabalho por paciente:Seriografia: 2,67 mA·min/pac**

Total: 120 pac/sem

*Adotou-se a carga de trabalho da radiografia geral para a seriografia, já que para esta não há alguma descrição específica na Portaria.

**Valor adotado para a situação em questão.

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5. RESULTADOS

Na Tabela 4 são apresentados os resultados das espessuras para a barreira primária dimensionada. Para a NCRP-147 os resultados consideram, ou não, a pré-blindagem.

As Figura 4 e 5 apresentam as curvas comparativas da distância primária versus a espessura de concreto, com os resultados das espessuras sem e com a pré-blindagem, respectivamente.

Tabela 4. Espessuras para a barreira primária.

dpri(m)

NCRP-49(mm)

NCRP-147

Sem pré-blindagem

(mm)

Com pré-blindagem

(mm)

0,5 196,2 195,8 123,0

1,0 162,7 157,5 85,53

1,5 141,1 135,5 63,56

2,0 127,7 120,2 48,25

2,5 117,6 108,6 36,60

3,0 109,7 99,27 27,27

3.5 103,0 91,52 19,52

4,0 96,76 84,94 12,94

4,5 91,00 79,25 7,255

5,0 85,87 74,26 2,262

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Figura 4. Curvas comparativas entre as espessuras finais de uma barreira primária de concreto, sem

considerar a pré-blindagem.

Figura 5. Curvas comparativas entre as espessuras finais de uma barreira primária de concreto,

considerando a pré-blindagem.

6. CONCLUSÕES

Os métodos de cálculo da NCRP-147 devem ser utilizados somente para o dimensionamento de blindagem de novas instalações ou de instalações

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existentes que sofrerem alguma alteração estrutural ou de equipamentos. Desta forma, instalações já existentes que foram dimensionadas pela metodologia da NCRP-49, ou seja, antes da publicação da NCRP-147, não precisam sofrer nenhuma alteração no dimensionamento de sua blindagem. Isto se pode verificar através dos resultados obtidos, já que a metodologia da NCRP-49 apresentou-se mais conservadora.

A NCRP-147 é específica para o dimensionamento de instalações de raios X diagnóstico, enquanto a NCRP-49 abrange os casos de raios X diagnóstico e terapêutico.

E, finalmente, considerando-se o custo de blindagem, a NCRP-147 apresentou uma maior economia no dimensionamento da blindagem, sendo essa economia mais acentuada no caso em que se considera a pré-blindagem.


ARCHER, B.R., THORNBY, J.I. and BUSHONG, S.C. Diagnostic x-ray design based on an empirical model of photon attenuation. Health Phys. 44(5), p. 507-517. 1983.

DIXON, R.L. On the primary barrier in diagnostic x-ray shielding. Med. Phys. 21(11), p. 1785-1793. 1994.

DIXON, R.L. and SIMPKIN, D.J. Primary shielding barriers for diagnostic x-ray facilities: A new model. Health Phys. 74(2), p. 181-189. 1998.

NATIONAL COUNCIL ON RADIATION PROTECTION AND MEASUREMENTS. NCRP – Report n° 49: Structural shielding design and evaluation for medical use of X-ray and gamma rays of energies up to 10 MeV. Washington, D.C., 1976.

NATIONAL COUNCIL ON RADIATION PROTECTION AND MEASUREMENTS. NCRP – Report n° 147: Structural shielding design for medical X-ray imaging facilities. Washington, D.C., 2004.

SECRETARIA DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA. Portaria Federal nº 453, 1998.

TAUHATA, L., SALATI, I. P. A., PRIZIO, R. e PRIZIO, A. R. Radioproteção e dosimetria: fundamentos. Terceira revisão. Rio de Janeiro, IRD/CNEN, 2001.

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PROCESSAMENTO E ANÁLISE INTELIGENTE DE IMAGENS APLICADA A NANOFÓSSEIS

Ana P. LegeyAntônio C. de Abreu MolClaudio A. PassosVictor Gonçalves, Gloria Freitas

Universidade Gama Filho, Curso de Ciência da ComputaçãolRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected]@[email protected]@ien.gov.br

Resumo: Este artigo descreve uma contribuição para modelagem de um sistema de processamento e análise inteligente de imagens digitais aplicado a reconhecimento do nanofóssil calcário Cyclicargolithus Floridanus*, visando ser uma ferramenta de auxílio para pesquisadores de geologia e profissionais da área petrolífera. Para isso, essa modelagem utilizará técnicas de Processamento de Imagem e Redes Neurais Artificiais. As técnicas de Processamento de Imagem serão utilizadas para melhorar as imagens analisadas e para extração das características presentes nas mesmas. Essas características servirão como entrada de dados para a Rede Neural, que terá

* Dados obtidos do CENPES

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como objetivo principal classificar os objetos presentes nas imagens. Desta forma, o sistema modelado para nanofósseis pretende auxiliar pesquisas para datação de camadas sedimentares através do nanofóssil calcário Cyclicargolithus Floridanus e também, se as mesmas camadas são propícias a existência de petróleo.

Palavras-Chave: Modelagem, Imagem digital, Nanofósseis.

1. INTRODUÇÃO

A moderna exploração do petróleo esta baseada em um grande conjunto de métodos e técnicas de investigação para procura de áreas propícias à sua existência. Dentre elas, a geologia de superfície analisa as características das rochas na superfície, ajudando no entendimento do seu comportamento em grandes profundidades. Os métodos geofísicos buscam, através de instrumentos sofisticados, fazer uma “radiografia” do subsolo, trazendo dados valiosos que permitem definir as melhores situações para a existência de uma bacia petrolífera. Apenas após a aplicação dos métodos geológicos e geofísicos de investigação e interpretação dos dados do subsolo é que se seleciona uma área a ser perfurada. Esta perfuração mobiliza numerosos equipamentos e profissionais especializados, como eletricistas, mecânicos, sondadores, geólogos e engenheiros especializados.

A utilização de um sistema de processamento e análise de imagens digitais contendo nanofósseis traria vantagens e auxílio para os geólogos e profissionais da área petrolífera, pois ao estudá-los, defini-se um grande potencial para interpretações geológicas, como dados sobre o ambiente e o período geológico o qual viveram. Tais informações ajudam a definir se as áreas onde eles foram encontrados são propícias à presença de petróleo. Atualmente essas informações são obtidas através de extensas leituras microscópicas efetuadas pelos geólogos, ocasionando possibilidades de erros por fadiga e lentidão no processo de contagem e identificação dos nanofósseis.

O sistema proposto visa auxiliar especialistas da área petrolífera e pesquisadores na determinação da idade geológica da camada sedimentar, através da identificação, interpretação e contagem da espécie do nanofóssil calcário Cyclicargolithus Floridanus, sob a forma de imagens digitais, podendo-se assim concluir se a camada sedimentar analisada é propícia

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ou não a existência de petróleo, já que auxilia na datação de camadas sedimentares, conforme as características extraídas do nanofóssil citado. Para isso, foi desenvolvida uma modelagem própria que utiliza filtros para melhoria das imagens e uma fórmula baseada nos descritores do histograma das imagens para ajustar a luminosidade destas em um padrão apropriado para o algoritmo de segmentação. Obtendo-se sucesso na segmentação, descritores são extraídos e enviados para uma rede neural classificar o tipo de espécie dos nanofósseis encontrados.

2. NANOFÓSSIL CALCÁRIO

Nanofósseis Calcários correspondem a um conjunto de partículas de composição carbonática, de origem orgânica, com dimensões inferiores a 50m, apresentam uma ampla variedade de formas (geralmente plaquetas arredondadas) denominadas cocólitos. São incluídos como nanofósseis além dos cocolitoforídeos fósseis, outras formas associadas, de origem indeterminada (incertae sedis).

Desde a década de 70 os estudos com nanofósseis calcários têm sido usados com sucesso na exploração de petróleo no Brasil. A pesquisa de nanofósseis em depósitos sedimentares das bacias marginais brasileiras iniciou-se com a exploração petrolífera no mar. Como resultados dessas investigações foram publicados os primeiros zoneamentos bioestratigráficos para a seção marinha (Troelsen, 1971). Desde então, este grupo fóssil tem sido amplamente empregado pela Petrobras na elaboração de biozoneamentos de seções perfuradas, principalmente, nas bacias de Sergipe-Alagoas, Bahia Sul, Espírito Santo, Campos, Santos, Potiguar e Ceará (Antunes, 1997).

3. A FERRAMENTA DE CONSTRUÇÃO DO MODELO

A ferramenta desenvolvida aqui (AutoRPI1) permite diferentes combinações de integrações de técnicas de inteligência computacional, classificadores estatísticos e processamento de imagens para um mesmo ou diferentes tipos

1 Ambiente gráfico de interface amigável para construção de soluções em reconhecimento de padrão em imagens encontrado no relatório técnico da tese de doutorado de Cláudio Azevedo Passos COPPE Sistemas 2007.

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de problema. O AutoRPI apresenta na sua composição, três grandes módulos de funções conforme mostrado na figura 1, descritos a seguir:

Gerenciamento de Projeto: As funções desse módulo têm a finalidade de auxiliar o usuário nas tarefas referentes à configuração do projeto.

Processamento de Imagens: Nesse módulo, as funções são responsáveis pelo melhoramento, segmentação e extração de descritores da imagem.

Classificação: Esse grupo de funções é responsável pela classificação e identificação das imagens analisadas. Para isso, foram implementados classificadores bayesianos, neurais e por vizinho mais próximo. Esses classificadores também podem ser utilizados como auxiliadores2 no tratamento de imagem.

Figura 1. Diagrama modular do AutoRPI

O sucesso da utilização das funções desses módulos e conseqüentemente a eficiência do projeto gerado estão diretamente ligados com a inteligência dos agentes existentes no modelo proposto.

4. METODOLOGIA

Para o desenvolvimento deste projeto foram utilizadas as etapas fundamentais do processamento de imagens que são: aquisição da

2 Nesses casos, os classificadores são utilizados para ajudar nos parâmetros de ajustes de luminosidade e brilho, por exemplo, ou na classificação de objetos na fase de segmentação.

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imagem, pré-processamento, segmentação, descrição e reconhecimento. A ferramenta utilizada para as etapas de pré-processamento e segmentação foi o AutoRPI. Segue um detalhamento de todas as etapas e como as mesmas foram utilizadas durante o projeto proposto.

Aquisição. Para a elaboração do modelo foram utilizadas 387 amostras de imagens fotografadas a partir de lâminas cedidas pelo departamento de geologia do CENPES. As fotos dispõem de vários tipos de nanofósseis, mas somente os Cyclicargolithus Floridanus serão classificados nesse estudo.

Pré-Análise. Durante o andamento das pesquisas foram realizadas algumas análises no banco de imagens, visando verificar os diversos problemas que possivelmente dificultariam no processo de reconhecimento de padrão. Dentre eles pode-se citar:

- Diferença de luminosidade nas imagens. O banco em questão possui imagens completamente escuras e excessivamente claras;

- Imagens com outros “objetos” unidos ao nanofóssil C. Floridanus;

- Imagens que o nanofóssil C. Floridanus encontrava-se incompleto.

Pré-Processamento. Esta etapa tem como finalidade melhorar a qualidade das imagens, para isso foram utilizados filtros de tela (brilho, contraste e gamma) e de convolução (passa-baixa). Depois de várias observações deduziu-se com o auxílio dos descritores de histograma, a fórmula (((máximo/100) + (moda/10) + (mediana/10) + (média/10) + (desvio padrão/10) + (skewness/2) + (kurtosis/10)) / 7) que é uma contribuição para a área.

Através da fórmula, automatizou-se o processo do cálculo da luminosidade. Em seguida são aplicados os filtros de correção do gamma3 com um valor de ajuste de 1.1 e o de convolução sobel. O sucesso desses filtros é de fundamental importância para o algoritmo de segmentação presente na próxima etapa.

O ajuste de luminosidade torna-se de grande importância devido à variação de luminosidade presentes nas amostras, pois sem o ajuste, os algoritmos de segmentação baseados na intensidade dos pixels apresentam resultados ruins.

Segmentação. Esta etapa é responsável por dividir uma imagem de entrada em suas partes ou objetos constituintes, ou seja, segmentar consiste em identificar e extrair estruturas homogêneas presentes em uma cena. “Sendo importante observar que: um procedimento de segmentação robusto favorece a solução bem sucedida de um problema de imageamento, 3 gamma

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em contra partida, algoritmos de segmentação fracos ou erráticos quase sempre asseveram falhas no processamento (GONZALES, 2003)”. Para fazer a segmentação, a imagem já pré-processada é quantizada em quatro cores e em seguida é calculado à média dos pixels da imagem e extraído todos os pixels com valores próximos a média obtida, resultando então a retirada do fundo.

Pós-Processamento. Esta etapa tem como principal f inalidade transformar a imagem resultante dos procedimentos anteriores em preto e branco, para isso foi necessário inverter a imagem e em seguida aplicar um operador morfológico de fechamento para unir os pixels pretos.

A figura 2 mostra os resultados do pré-processamento e da segmentação já com o pós-processamento realizado.

Figura 2. Foto Original , com ajuste de luminosidade, com correção Gamma 1.1 e

Segmentação

Descr itores. Este processo, também denominado se leção de características, procura extrair características da imagem, que resultem em alguma informação quantitativa de interesse ou que sejam básicas para discriminação (GONZALES, 2003). O descritor usado no projeto foi o de assinatura que é uma representação unidimensional de uma fronteira e pode ser gerada de diversas formas, a mais utilizada é medir a distância do centróide à fronteira em função de um ângulo que foi a utilizada neste projeto. A figura 3 mostra o resultado do descritor de assinatura referente ao nanofóssil da figura anterior.

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Figura 3. Gráfico demonstrativo dos descritores de forma (assinatura) da foto segmentada.

Na figura 3, foi realizado uma análise no comportamento da curva do nanofóssil C.Floridanus e caracterizado como sendo o padrão do nanofóssil segmentado. A mesma análise foi realizada para os outros objetos presentes nas imagens que iriam compor a classe “Outros”. Através das figuras 4 e 5 ambas de gráficos de outros objetos, pode-se observar que suas características são realmente bem diferentes das características em relação a curva do nanofóssil, conclui-se que as classes serão compostas de padrões distintos.

Na figura 3, foi realizado uma análise no comportamento da curva do nanofóssil C.Floridanus e caracterizado como sendo o padrão do nanofóssil segmentado. A mesma análise foi realizada para os outros objetos presentes nas imagens que iriam compor a classe “Outros”. Através das figuras 4 e 5 ambas de gráficos de outros objetos, pode-se observar que suas características são realmente bem diferentes das características em relação a curva do nanofóssil, conclui-se que as classes serão compostas de padrões distintos.

Figura 4. Gráfico demonstrativo dos descritores de assinatura de três objetos da “Classe Outros”.

Figura 5. Gráfico demonstrativo dos descritores de assinatura de três objetos da “Classe Outros”.

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Esses descritores servirão de entradas para a Rede Neural que terá como objetivo o processo de classificação dos nanofósseis, neste projeto teremos duas classes distintas com suas respectivas características, as mesmas serão chamadas de Classe C. Floridanus e Classe Outros.

Classificadores por Rede Neural. O conceito de Redes Neurais Artificiais (RNA) tem sido aplicado com sucesso na área de reconhecimento de padrões em imagens digitais, pela sua habilidade de aprender a partir de exemplos. Portanto para o projeto proposto o seu foco será sua utilização como um classificador. O conhecimento adquirido do conjunto de treinamento é extraído e armazenado nos conectores dos neurônios (sinapses), durante a fase de aprendizado. Diversos tipos de estruturas de RNA têm sido utilizados no reconhecimento de padrões de imagens digitais, como por exemplo, a rede neural backpropagation4 e mapas auto-organizáveis de Kohonen.5

O tipo de rede escolhida neste projeto foi a backpropagation com uma topologia que possui 9 neurônios na primeira camada (camada de entrada), 13 neurônios na segunda camada (camada oculta) e 2 neurônios na terceira camada (camada de saída). Para normalizar os dados de entradas foi utilizado o algoritmo min-max.

O critério de parada definido na etapa de treinamento foi pela média mínima de erro, configurado para 0,0001 e a taxa de aprendizado utilizada foi de 0,1 e o momento 0,1.

5. RESULTADOS

A modelagem do projeto foi aplicada em uma amostra de 105 imagens. As figuras 6 e 7 mostram alguns exemplos dos testes realizados em imagens com diferentes luminosidades e com grande variedade de nanofósseis e “objetos” considerados como descartáveis.

4 A rede recebe este nome pela forma como manipula a diferença entre o valor desejado na saída e o valor de saída da rede. Esta diferença (erro) é propagada na rede em sentido inverso e, nesse percurso de volta, os coeficientes da rede são atualizados.

5 Os mapas auto-organizáveis de Kohonen traduzem um espaço de entrada multidimensional em uma rede neural de duas dimensões de uma maneira não linear e preservando a ordem topológica dos dados de entrada simultaneamente.

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Figura 6. Exemplos de amostras (fotos escuras e com poucos “objetos”)

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Figura 7. Exemplos de amostras (fotos mais claras e com mais “objetos”)

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A figura 8 mostra o desempenho da rede com as amostras de testes.

Figura 8. Tabela de Acerto

6. OUTRAS PESQUISAS

No Brasil, os trabalhos quantitativos em nanofósseis ainda são escassos. O estudo pioneiro foi realizado por Quadros (1981), em sedimentos do Maastrichtiano - Campaniano da Bacia de Sergipe - Alagoas. Este estudo teve como objetivo a quantificação de Braarudosphaera bigelowii, interpretado como um indicador de águas rasas. Outros trabalhos visaram, principalmente, ao estudo da nanoflora quaternária da Bacia de Campos (Antunes 1994; Toledo, 1995). Já Costa et al. (2003) quantif icaram nanofósseis do Maastrichtiano inferior da Bacia do Ceará, realizando uma abordagem paleoecológica através da integração com foraminíferos planctônicos e bentônicos. Oliveira (1997),analisou e quantificou os nanofósseis calcários do Campaniano superior – Maastrichtiano inferior de um testemunho de 18 m da Bacia de Campos, para isso aplicou uma metodologia que permitiu quantificar os fósseis presentes, proporcionando inferências paleoceanográficas. A definição da quantidade ideal de fósseis a serem contabilizados foi feita através de análise de regressão múltipla.

Após levantamento bibliográfico, constatou-se apenas um trabalho sobre identificação automatizada de nanofósseis calcários. Esse trabalho

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foi desenvolvido pelo ADDLabs que é o laboratório de Inteligência Artificial da UFF com o apoio do ILTC e da PETROBRAS e se chama AddNano.

O ADDNano é um sistema inteligente de auxílio a especialistas na determinação da idade geológica da rocha e na identificação e interpretação das espécies de nanofósseis calcários em imagens de lâminas, recuperados da matriz sedimentar das rochas. Tal ferramenta de análise foi construída usando o modelo de documentação ativa (ADD) [GARCIA,92].

A documentação ativa, uma das tecnologias de Inteligência Artificial, baseia-se na criação de agentes assistentes de tarefa que, de maneira cooperativa, auxiliam profissionais a ampliarem a análise de alternativas visando aperfeiçoar o processo de decisão inerente a qualquer domínio.

7. CONCLUSÃO

Os algoritmos de processamento de imagens, de classificações neurais e estatísticas escolhidos nas modelagens apresentadas para os estudos de casos também se mostraram eficientes no desempenho e nos resultados.

Uma contribuição bastante significativa desse estudo foi à dedução da fórmula de ajuste da luminosidade, não encontrada ainda na bibliografia que influenciou positivamente na segmentação e como conseqüência na classificação dos nanofósseis.

Os resultados podem ser observados nas tabelas 1 e 2, onde se pode observar um bom percentual 98.36% para as fotos claras e 97,73% para as fotos escuras, ambos no processo de segmentação e pós-processamento. Um bom resultado também foi alcançado pela classificação da rede neural, apresentando um percentual geral de 96,56%.

Tabela 1. Tabela Demonstrativa do Resultado após o pré-processamento, segmentação e pós-processamento..

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Tabela 2. Tabela Demonstrativa do Resultado da rede neural que teve como entrada os descritores de assinaturas gerados após o

processo de segmentação e pós-processamento

Tendo em vista a pesquisa desenvolvida pelo ADDLabs, este trabalho não só auxilia o especialista como também identifica e classifica os nanofósseis com elevado grau de acerto.

8. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

Antunes, R. L. Bioestrat igrafia dos nanofósseis quaternários da Bacia de Campos. Boletim de Geociências da Petrobrás, Rio de Janeiro, v. 8, n. 2/4, p.

295-313, 1994.

Antunes, R. L. 1997. Introdução ao estudo dos nanofósseis calcários. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Geociências, Série Didática, Rio de Janeiro, 115 pp.

Costa, D. S.; Viviers, M. C.; Shimabuburo, S. Ocorrência de microfósseis com preservação excepcional no Maastrichtiano da Bacia do Ceará: uma abordagem paleoecológica e autoecológica. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE PALEONTOLOGIA, 18., 2003, Brasília, DF. [Resumos]... Brasília: Sociedade Brasileira de Paleontologia/UNB, 2003. p. 103.

Garcia, A. C. B. (1992) “Active Design Documents: A New Approach for Supporting Documentation in Preliminary Routine Design”. Stanford, Ca. Dissertação PhD.

Gonzalez, Rafael C. E Richard E. Woods. Processamento de Imagens Digitais. Tradução de Roberto Marcondes César Junior e Luciano da Fontoura Costa. São Paulo, ed. Edgard Blücher, 2000. 509p. Original Inglês. Reimpressão 2003.

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Oliveira, L. C. V. Arcabouço estratigráfico do Albo-Maastrichtiano da Bacia de Campos: um estudo com base em nanofósseis calcários e suas relações com marcos elétricos - estratigráficos e a estratigrafia química. Porto Alegre: Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1997.

181 f. Dissertação (Mestrado).

QUADROS, L. P. Contribuição à paleoecologia do Cretáceo superior na área de Brejo Grande (Bacia de Sergipe / Alagoas). Estudo efetuado em base de nanofósseis. Anais da Academia Brasileira de Ciências, Rio de Janeiro, v. 53, n. 3, p. 595-603. 1981.

TOLEDO, F. A. L. Nanofósseis calcários quaternários da Bacia de Campos - Sistemática e interpretação paleoambiental. Porto Alegre: Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1995. 159 f. Dissertação (Mestrado).

Troelsen, J. C. & Quadros, L. P. 1971. Distribuição bioestratigráfica dos nanofósseis em sedimentos marinhos (Aptiano-Mioceno) do Brasil. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 43 (suplemento):577-609.

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PLANEJAMENTO DE REDES SEM FIO PADRÃO 802.11

Marcos da Costa Carneiro1

Renan Candido de Frias1

Rogerio M. Lima Silva1,2

Leonardo H. Gonsioroski1,2

Glaucio Lima Siqueira2

Carlos V. Rodríguez Ron2

1 Universidade Gama Fi lho, Depar tamento de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino, 625 – Piedade - 20940-900 - Rio de Janeiro – RJ

2 Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RJ), Departamento de Engenharia ElétricaRua Marquês de São Vicente, nº 225, GáveaCEP 22451-041 – Rio de Janeiro – RJ

Resu mo: Est e trabalho tem por objetivo discutir o planejamento de redes sem fio padrão 802.11 fazendo uso de ferramentas e softwares dedicados a esta função. Serão apresentados conceitos sobre throughput da rede, modelos de propagação, predição de cobertura e planejamento de frequência. Neste estudo, além de noções teóricas serão apresentados alguns resultados práticos no que tange a predição de cobertura e o planejamento de frequência.

Palavras-chave: Padrão 802.11, Throughput, Predição de cobertura.

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1. INTRODUÇÃO

Hoje as redes sem fio padrão 802.11 são uma realidade, a comodidade de poder se deslocar seja em sua residência, trabalho ou universidade e até mesmo na praia, com seu smartphone, notebook ou tablet navegando na internet, trocando e-mail e informações importantes sem sofrer interrupções é um grande avanço nas comunicações sem fio. Entretanto para que isso seja possível, estas redes devem ser muito bem planejadas, de modo que atenda de maneira ótima a todos os usuários em sua área de cobertura, obtendo uma boa relação custo x benefício. No decorrer deste artigo serão expostas algumas soluções e ferramentas para este planejamento, apresentando alguns resultados do estudo implementado nas dependências do campus piedade da UGF no Rio de Janeiro.

2. THROUGHPUT DA REDE

Defini-se Throughput como a taxa de transferência efetiva da rede, que é dada em bits por segundo.

Em planejamento de rede o cálculo do Throughput é de suma importância, é através dele que poderemos estipular a capacidade do link de dados a ser contratado junto à operadora de telecomunicações, link este que proverá acesso a internet aos usuários da rede a ser implementada.

O planejamento de redes sem fio 802.11 é semelhante ao planejamento de redes do SMP Serviço Móvel Pessoal, antes de qualquer passo é necessário se analisar a demanda por este serviço e os locais de maior concentração de usuários, para que de posse destas informações se possa implementar uma rede que atenda efetivamente esta demanda.

Baseado nos cálculos de demanda e de densidade demográfica se pode calcular o Throughput da rede.

Ao se definir a quantidade de usuários que deverão ser atendidos pela rede e a taxa de transferência de dados por usuário, temos o throughput real, entretanto, devido a interferências de RF, perdas de informações devido ao delay e colisões, deve-se arbitrar uma margem de segurança, de praxe se acrescenta ao valor calculado 40% do throughput real, esse valor recebe o nome de taxa de overhead. As equações 1 e 2 são utilizadas para executar os cálculos de throughput.

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throupghput = taxa de transferência × nº de usuários (1)

throupghput = throupghput real + 40% do throupghput (2)

3. MODELOS DE PROPAGAÇÃO

Os modelos de propagação têm uma enorme importância na elaboração de projetos de redes sem fio.

Para tratar dos modelos de propagação é importante que se tenha um entendimento sobre o meio pelo qual o sinal de informação irá se propagar.

Os modelos de propagação são desenvolvidos baseados em medições em campo que buscam alimentar com dados todo um desenvolvimento matemático, esse modelo matemático complexo é capaz de representar os efeitos reais da propagação dos sinais eletromagnéticos. Quanto mais informações for possível representar nestes modelos, mais precisa será a caracterização do meio e seus efeitos.

O levantamento destas informações é feito, principalmente, através de medições em campo, nestas medições são estudadas características do ambiente e os efeitos que elas causam às ondas de rádio freqüência. Deve-se considerar, a perda de espaço livre, o desvanecimento, os tempos de resposta e as interferências do ambiente. Os materiais utilizados para construir as paredes de uma sala, ou dos objetos constituintes de um escritório, o movimento de pessoas ou objetos como abertura de portas e janelas, o tipo de interior seja corredor largo, estreito, curvo, ou de esquina e a umidade do ar na região onde se planeja implantar uma rede têm papel fundamental no resultado final alcançado no dimensionamento de cobertura de uma rede sem fio. Ambientes com presença de corredores normalmente conduzem a energia propagante ao longo de sua extensão e o sinal apresenta atenuação abaixo da atenuação espaço livre, devido à concentração de energia. Por tanto, considerar as mais variadas características é de muita importância quando se deseja desenvolver um modelo de propagação que procure mostrar a realidade do meio de propagação o mais próximo possível da realidade.

Para caracterizar os ambientes indoors, devem-se levar em consideração alguns efeitos que o canal rádio sofre, tais como: a dependência do nível de sinal com a distância percorrida, a variabilidade de larga escala, a variabilidade de pequena escala, espalhamento de retardo, e outros mecanismos e efeitos de propagação.

84


Os modelos de propagação podem ser divididos em duas classes: modelos semi-empíricos e modelos teóricos.

No planejamento de redes sem fio, os modelos semi-empíricos são os mais recomendados, tanto para ambientes indoor quanto para ambientes outdoors.

Os três principais modelos semi-empíricos são: o log-normal, ITU-R P.1238-1 e COST 231 keenan e motley.

Destes modelos o mais completo para predição de sinais em ambientes indoor e outdoor com existência de obstáculos é o COST 231 keenan e motley. Este modelo de propagação é uma expressão matemática muito abrangente e por isso requer conhecimento de um grande volume de dados para definir seus parâmetros de entrada. A equação 3 demonstra a expressão matemática deste modelo de propagação.

(3)

Onde,

L0 – perda de propagação a um metro da antena irradiante [dB];

d – distância percorrida pelo sinal [m];

n – coeficiente de propagação;

Lf,i – perda de propagação do sinal através do piso i [dB];

kf,i – número de pisos com a mesma característica;

Lw,i – perda de propagação do sinal através da parede j [dB];

kw,i – número de paredes com a mesma característica;

I – número de pisos atravessados pelo sinal;

J – número de paredes atravessadas pelo sinal.

O modelo COST 231 keenan e motley têm em uma de suas variações o modelo multi-wall, este modelo considera um comportamento não linear da atenuação por múltiplos pisos. A equação 4 demonstra a expressão matemática deste modelo.

(4)

85


Onde:



n – coeficiente de propagação;

Lf – perda de propagação do sinal através dos pisos [dB];

kf – número de pisos com a mesma característica;

b – fator de correção da atenuação dos pisos;

Lw,i – perda de propagação do sinal através da parede j [dB];

kw,i – número de paredes com a mesma característica;

J – número de paredes atravessadas pelo sinal.

Como a intenção deste estudo é planejar uma rede sem fio com qualidade ótima, faz se a opção de não utilizar um mesmo AP para cobrir mais de um pavimento, por tanto, para fins de estudo de propagação no interior de um pavimento, opta-se por utilizar o modelo COST 231 Keenan e Motley, onde os valores de suas constantes foram definidos através de medições executadas no Site Survey.

4. PREDIÇÃO DE COBERTURA

A predição de cobertura é uma das fases mais importantes deste planejamento, é através deste processo que será dimensionado o tamanho das células da rede e a quantidade de equipamentos necessários para sua implementação. Para a predição de cobertura utilizamos o modelo matemático tratado no item anterior deste artigo com base em medidas obtidas no local de implantação da rede sem fio. O fato de uma predição completa demandar muitos cálculos considerando os diversos posicionamentos de usuários da rede se torna imprescindível e de grande importância a utilização de uma boa ferramenta de cálculo. O software Wlan Walktest atende aos requisitos necessários, este software foi desenvolvido pelo Engenheiro Marcelo Najnudel e apresentado em sua dissertação de Mestrado na PUC. O software foi totalmente desenvolvido em Visual Basic® 6.0 e a linguagem utilizada possui fácil portabilidade de seus dados de saída para aplicativos do Microsoft Office®.

Através das medidas executadas no local, se estabelece as variáveis de entrada do software, as variáveis de entrada são a perda de propagação

86


a um metro da antena irradiante L0 e o coeficiente de propagação n que é obtido através da equação 5, além das perdas de penetração dos obstáculos.

(5)

Onde,



Pt – Potência transmitida [dB];

Pr – Potência recebida [dB].

No estudo executado nos Prédios AR e SD no campus piedade da UGF foram utilizados os seguintes parâmetros:

EIRP: 20 dBm;

Limiar: -84 dBm (nível mínimo de recepção);

Coeficiente de propagação (n): 2,4;

Perda de propagação a 1 metro da antena (L0): 46 dB

Perda de penetração nas paredes: 10 dB (valor obtido em medidas de campo nos prédios SD e AR);

Perda de penetração nas janelas de vidro: 5 dB (valor obtido em medidas de campo nos prédios SD e AR).

Estas informações são inseridas no software conforme demonstrado pelas figuras 1, 2 e 3.

A figura 1 destaca a seleção do modelo de propagação a ser utilizado na predição do cálculo da cobertura da rede.

Na figura 2 são destacados os campos de entrada do limiar de recepção, potência efetiva irradiada EIRP pelo Ponto de acesso, Coeficiente de propagação n e a perda de propagação a um metro da antena L0.

E por fim a figura 3 destaca o modo como a atenuação nas paredes e janelas é inserida.

87


Figura 1. Seleção do modelo de propagação a ser utilizado na predição de cobertura

Fonte: Software WLAN walktest

88


Figura 2. Inserção dos parâmetros de entrada aplicados na prediçãoFonte: Software WLAN walktest

Figura 3. Inserção dos obstáculos e suas respectivas perdas de penetração utilizadas na predição de cobertura


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Após a inserção de todos os dados de entrada, estabelecemos as posições dos pontos de acessos e em seguida aplicamos a predição de cobertura, o software calcula a cobertura do ponto de acesso considerando as perdas de propagação e obstáculos. A partir destes resultados temos o posicionamento ideal dos pontos de acesso de acordo com a demanda de cobertura que se exige para a rede a ser implementada.

O resultado da predição de um dos pavimentos do prédio AR está representado pelas figuras 4 e 5, nestas imagens observa-se a área de cobertura alcançada pelos pontos de acesso.

Figura 4. Predição de cobertura do Ponto de acesso 1 a ser instalado no 1º pavimento do Prédio AR do Campus piedade


Figura 5. Predição de cobertura do Ponto de acesso 2 a ser instalado no 1º pavimento do Prédio AR do Campus piedade


90


Figura 6. Predição de cobertura mostrando a cobertura dos dois pontos de acesso com destaque para sua área de Roaming e rampa de potência,

estimada através do software WLAN Walktest e recursos gráficos.


Na figura 6, o destaque em vermelho ilustra a área de Roaming entre as duas células formadas pelos Pontos de Acesso e o destaque em laranja destaca a rampa de potência, onde a cor mais escura mostra onde o nível de sinal está mais forte e a cor mais clara onde há uma menor concentração de sinal, tendo como o seu limite inferior o limiar de recepção de - 84 dBm, nos locais em que o nível de sinal é inferior a este limiar de recepção é onde a cobertura da rede sem fio não atende.

5. PLANEJAMENTO DE FREQUÊNCIAS

As configurações dos pontos de acesso devem ser executadas de modo que estes possam operar em conjunto, para os ajustes dos parâmetros dos Pontos de Acesso, adotam-se as configurações a fim de facilitar o roaming entre as células, os AP’s devem ser configurados da mesma forma, entre tanto, devemos apenas alterar o canal de operação de cada ponto de acesso para evitar interferências entre os AP’s da mesma rede, normalmente se opta pelos canais 1, 6 e 11 por não haver sobreposição de frequência nestes canais, a figura 7 ilustra a disposição destes canais no espectro de frequência. Em

91


locais onde se necessita de mais de um Ponto de acesso para cobrir a área, se utiliza técnicas de reuso de frequência, formando Clusters similares aos da rede SMP. Na escolha dos canais devem se levar em consideração também a existência de outros equipamentos emissores de RF que possam interferir na rede.

Figura 7. Canais padrão 802.11 em que não há sobreposição de frequência

Fonte: UFRJ – dissertação de pós-graduação – alocações de canal em redes sem fio IEEE 802.11 independentes

Figura 8. Disposição do planejamento de frequência formando uma espécie de cluster de três células

Na figura 8 podemos observar a disposição de três células de modo a cobrir toda a área do térreo do prédio SD do campus piedade, observa-se que cada uma das células está configurada com canais diferentes, respeitando a canalização exposta pela figura 7. Deste modo evitamos interferência entre as células.

92


6. CONCLUSÕES

Através do estudo apresentado observa-se que o planejamento de uma rede sem fio não demanda apenas conhecimento sobre hardware. Além deste conhecimento é necessário conhecer sobre os meios de propagação e o modelo de propagação ideal para cada tipo de ambiente e situação em que se deseja implantar uma rede sem fio. Para o caso do campus piedade UGF composto de um ambiente indoor mesclado com um ambiente outdoor com existência de obstáculos o modelo mais adequado dos semi-empíricos é o cost 231 keenan e motley, aonde seus resultados chega a se aproximar do real. Deve-se considerar também o canal a ser utilizado na configuração dos pontos de acesso, executando-se um bom planejamento de frequência. Preferencialmente se faz escolha por canais onde não ocorra sobreposição de frequência, evitando assim interferências oriundas de células vizinhas. Considera-se também a existência de outras redes sem fio, que de acordo com a intensidade de seu sinal podem vir a interferir na rede a ser implementada, além de se levar em consideração a existência de outros elementos emissores de RF. Por tanto se faz necessário executar um levantamento dos sinais de frequência interferentes no local de implantação da rede e ter conhecimento da disposição dos canais no espectro de frequência a serem utilizados na rede. Outra questão não menos importante a se considerar em um planejamento de rede é o cálculo da capacidade de transferência de dados, e para isso o cálculo do throughput considerando a taxa de overhead é indispensável, de modo a dimensionar a capacidade da rede de acordo com a necessidade dos usuários.

Em suma, uma rede sem fio bem planejada deve ser adequada ao meio de propagação onde está instalada, evitar qualquer tipo de interferência e atender a demanda de acesso de seus usuários com qualidade.


HAYKIN, Simon; MOHER, Michael. Introdução aos Sistemas de Comunicação. 2005. Segunda edição – Editora Bookman.

INSTIT U TE OF ELECT RICA L ELECT RONICS ENGINEERS. Padrão 802.11n. 2009. Disponível em: <http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11n-2009.pdf> Acesso em: 26 mai. 2011.

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NAJNUDEL, Marcelo. Estudo de Propagação em Ambientes Fechados para o Planejamento de WLANs. 2004. Dissertação de Mestrado – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 09 de fevereiro de 2004.

Recommendation ITU-R P.1238-2, “Propagation data and prediction methods for the planning of indoor radiocommunication system and radio local area networks in the frequency range 900 MHZ to 100 GHZ”, 2001.

SILVA, Marcel William Rocha da. Alocações de Canal em Redes sem Fio IEEE 802.11 Independentes. 2004. Dissertação de Pós-graduação – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, dezembro de 2006.

TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. 2003. Quarta edição – Editora Campus.

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TV DIGITAL

Wanderson dos Santos Dantas1

Rogerio Moreira Lima Silva1,2

Guilherme Salgado Gomes Sagaz1

Leonardo H. Gonsioroski1

1 Univer sidade Gama Fi lho, Coordenação de Engenharia Elétrica Rua Manuel Vitorino, 625 – Piedade- 20940-900 - Rio de Janeiro – RJ

2 Pont if ícia Universidade Catól ica (PUC-Rio), Departamento de Engenharia Elétrica Rua Marquês de São Vicente, nº 225, Gávea

Resumo: O objetivo do nosso trabalho é apresentar como é a TV Digital, quais são os conceitos básicos dessa tecnologia, quais os tipos de transmissão e os seus padrões de áudio e vídeo. Será apresentado também um resumo sobre a interatividade e como isso funciona.

Palavras-chave: TV Digital

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1. INTRODUÇÃO

Os conceitos multimídia e interatividade vêm evoluindo nos últimos anos. Com a evolução do computador, e com a Internet se tornando cada vez mais rápida, é cada vez mais comum o usuário baixar vídeos e filmes. Ao passar dos dias, empresas lançam programas mais eficientes, porém que ocupam mais espaço de memória. Os celulares estão se tornando mais inteligentes, com mais funções, o exemplo disso são os smartphones.

Novas tecnologias sendo criadas ao passar dos anos, como o GPS para auxiliar a localização de veículos no meio da cidade. Hoje é possível acionar alguma coisa através no simples comando de voz.

Na televisão isso já esta acontecendo. Hoje o aparelho de televisão está evoluindo a cada dia de tal maneira, que as televisões de LCD já estão obsoletas. Nas décadas entre 70 e 90 foram desenvolvidos padrões de TV Digital.

TV Digital é nada menos que transmitir as imagens de áudio, vídeo e outras informações em formato de bits, possibilitando que as mesmas imagens que sai da emissora sejam idênticas às recebidas na televisão de nossas casas.

Na TV Digital é possível interagir com a televisão, fazer compras, participar de uma pesquisa, jogar, etc. Isso é possível graças ao midleware que é um programa intermediário responsável pela interatividade.

2. O QUE É TV DIGITAL

A TV aberta (terrestre) transmitida para os televisores existente em 90% das residências brasileiras utiliza canais analógicos com largura de banda de 6MHz.

Na TV Digital a transmissão do áudio e do vídeo passa a ser feita através de sinais digitais que, codificados, permitem um uso mais eficiente do espectro eletromagnético, devido ao aumento da taxa de transmissão de dados na banda de frequências disponível.

É possível desta forma transmitir:

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Som e imagem de melhor qualidade viabilizando a Televisão de Alta Definição. A resolução das imagens na TV analógica é de 525x480 (PAL-M). Enquanto na TV digital a resolução poderá ser de 720x480p até 1920 x1080i pixels.

Mais canais, dependendo do tipo de compressão, podendo chegar a até mais de 4 canais na mesma faixa de frequência como, por exemplo, no SBTVD onde pode comportar até 8 canais standard na mesma faixa ou 2 canais em HD (1080i).

A TV digital apresenta funcionalidades que permitem a interatividade entre o telespectador e a emissora.

O acesso às informações adicionais como, por exemplo, o menu de programação.

A interação do usuário com a emissora, através de um canal de retorno via linha telefônica, por exemplo, possibilitando a este votar, fazer compras, ou até comprar objetos exibidos na hora ou em cenários de um filme.

2.1. Receptores de TV

Com a introdução da TV Digital, o usuário poderá optar por uma das seguintes situações:

Continuar a receber a TV aberta de forma atual utilizando a sua TV analógica, mas poderá usá-lo até o desligamento previsto de todos os sinais analógico que é em 2016;

Adquirir um conversor (set top box) que permitirá receber o sinal digital e convertê-lo para um formato de vídeo e áudio disponível em seu receptor de TV;

Adquirir uma TV nova que já incorpore o conversor.

2.2. Padrões de Transmissão

Existem no mundo 5 tipos de padrão de TV Digital:

O ATSC (Americano), que utiliza a modulação 8VSB, utiliza-se compressão MPEG2 para vídeo e AC3 (Dolby para áudio)

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DVB (Europeu) utiliza a modulação COFDM, utiliza-se compressão MPEG2 para vídeo e (MPEG2 – layer II audio) ou AC3 (Dolby) para áudio.

ISDB (o sistema japonês) utiliza a modulação COFDM, utiliza-se compressão MPEG2 para vídeo e ACC para áudio.

SBTVD (brasileiro baseado no ISDB) utiliza a modulação COFDM, utiliza-se compressão H.264 (MPEG4 part 10) para vídeo e HE-ACC v2 para áudio.

DTMB (o chinês). Esse padrão ainda esta em desenvolvimento, e por causa disso, poderá isolar a China tecnologicamente, pois outros países estão adotando outros padrões, como DVB-T e o ATSC.

3. OS PADRÕES DA TV DIGITAL.

3.1. ATSC

ATSC (Advanced Television System Committee) é um padrão de TV Digital criado pelos Estados Unidos. Inicialmente foi pensado para operar imagens melhores do que NTSC, mais com a apresentação do HDTV pela General Instrument, o foco do seu desenvolvimento passou a ser pensado na Televisão de Alta Definição.

Este padrão utiliza o sistema de codificação de vídeo MPEG2, e áudio Dolby AAC, e utiliza o midleware DASE para a interatividade.

Neste sistema usa-se a modulação 8VSB (8 Vestigial Side Band), e uma modulação AM-VSB com 8 níveis. O AM-VSB é usado na transmissão de sinal analógico.

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3.1.1. Funcionamento

Figura 1. O diagrama de bloco do funcionamento do transmissor ATSC.

Fonte: Revista Mackenzie de Engenharia e Computação

O f luxo de dados gerado é enviado para a entrada do codificador, com o objetivo de preparar o sinal para a transmissão, protegendo contra interferência e contra erros de recepção do receptor, depois é enviado para o estruturador de quadros.

O objetivo do estruturador de quadros é monta-lo dentro de uma estrutura de um quadro e converte-lo em oito níveis de tensão, é nessa função aonde será inserido o sinal piloto, responsável pelo sincronismo do sinal no receptor.

Agora o fluxo de dados será modulado pelo 8VSB e confinado na banda de 6MHz pelo filtro de Nyquist, depois será convertido para o analógico e enviado para a atmosfera.

3.2. DVB

DVB (Digital Video Broadcasting) é o padrão de TV Digital europeu. Esse sistema começou a ser desenvolvido a partir de 1993, naquela época tinha a prioridade de desenvolver o padrão focado para as TV a cabo e para o satélite.

100


Em 1997, a primeira versão do padrão DVB foi lançada. Esse padrão utilizava o MPEG2 para codificação de vídeo e áudio, porem alguns países utiliza o H264.

Atualmente foi desenvolvido a 2ª Geração do DVB, porem esse padrão ficou pronto depois do lançamento do ISDB-T no Brasil.

Tanto a 1ª geração quando na 2ª geração, o sinal é codificado e modulado pelo modulador COFDM (Coded Orthogonal Frequency Multiplex).

Funcionamento

A 1ª Geração do sistema DVB, utiliza o método de modulação QPSK, 16QAM e 64QAM e multiplexadas por divisão de frequência OFDM.

Figura 2. O Diagrama de Bloco do funcionamento do transmissor DVB-T.

Fonte: European Telecommunications Standards Institute

Os fluxos de entrada do sistema devem ser organizados em pacotes de tamanho fixo após a multiplexação dos dados.

Após a organização, os pacotes serão aleatorizados a fim de distribuir a energia na banda do canal já modulado.

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Depois o fluxo é codificado pelo codificador externo, cujo objetivo é gerar proteções contra erros, esta função se trata do codificador Reed Solomon.

Para aumentar ainda mais a proteção contra erros, os bits serão embaralhados pelo entrelaçador externo, facilitando a detecção de erros pelo codificador Reed Solomon.

O f luxo agora segue para o codificador interno, fazendo com que o sistema permita uma gama de código convolucional, baseado no código-mãe cuja razão de código (code rate) é de ½ com 64 estágios, o que significa que a cada bit de entrada saem dois na saída. A função deste codificador é complementar ao codificador Reed Solomon, permitindo ao receptor detectar e corrigir erros introduzidos por interferência presente na transmissão.

O f luxo entra no mapeador, aonde será modulado, utilizando os moduladores QPSK, 16-QAM, 32-QAM e 64-QAM.

Agora o f luxo será multiplexado em OFDM, depois será convertido para o domínio analógico aonde será confinado numa frequência do canal correspondente.

Depois desse processo todo, o sinal será amplificado e enviado para a atmosfera.

3.3. ISDB-T/SBTVD-T

O sistema ISDB-T é a evolução do sistema DVB-T, usar o mesmo sistema de multiportadoras OFDM. O padrão foi desenvolvido no Japão desde década de 70, pela NHK. As primeiras transmissões ocorreram no dia 1 de dezembro de 2003 no Japão.

Sua principal vantagem é sua mobilidade, possibilitando uma recepção perfeita durante o deslocamento, além do suporte as transmissões em dispositivos móveis utilizando um dos segmentos da faixa de 6MHz.

Foi adotado no Brasil como SBTVD-T, tendo algumas alterações, como a substituição do MPEG2 pelo H264, e adoção do Ginga no lugar do ARIB, além do aumento da quantidade de frames/segundos nos dispositivos moveis.

Funcionamento

O sistema ISDB-T é a evolução do sistema DVB-T, usar o mesmo sistema de multiportadoras OFDM. O padrão ISDB-T possui três modos de

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multiportadoras: 2K, 4K e 8K, mas a maior inovação desse sistema é dividir a faixa de 6 MHz em 13 segmentos. Como mostra a figura 3 e 4.

Figura 3. Faixa de frequência dividida em segmentos.


Figura 4. Estrutura dos segmentos dentro da faixa de frequência

Fonte: Digital Broadcasting Experts Group

Na figura 4, o segmento do meio (em azul) é responsável pela transmissão do sinal para os dispositivos moveis, enquanto os outros 12 são direcionados para transmissão em HDTV e dados ou vários subcanais de SDTV e dados.

O sistema ISDB-T é dividido em três blocos: remultiplexação, codificação de canal e modulação.

Figura 5. Diagrama básico do modulador ISDB-T.


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Figura 6. Diagrama de Bloco do ISDB-T

Fonte: Digital Broadcasting Experts Group

O modulador recebe três f luxos de dados chamados de MPEG2 TS (MPEG Transport Stream), que contem informações multiplexadas de áudio, vídeo e dados. O sistema ISDB-T possui duas interfaces de entrada a DVB-SPI (Digital Vídeo Broadcasting Synchronous Parallel Interface) e a ASI (Asynchronous Serial Interface), essas entradas são denominadas de A, B e C, como mostra a figura 3.

O estagio de codificação é dividido por um bloco de codificação interna e externa. O bloco de codificação externa é fixo, formado por um aleatorizador de dados e um codificador Reed Solomon com entrelaçador de bits. O estagio de codificação interna é f lexível, este estagio é semelhante ao codificador interno do DVB-T, usa a mesma taxa mãe do codificador convolucional que é 2

1 , com ajuste de 21 , 3

2 , 43 , 6

5 e 87 com entrelaçamento de bits

e símbolos. As camadas A, B e C são combinadas e entrelaçadas usando o tempo de 100, 200 ou 400ms e em frequência escolhida por um algoritmo aleatorizado. São inseridos sinais de piloto, sinalização e controles, a fim de criar uma estrutura de sincronismo. No segundo estágio, o sinal transferido para o modulador OFDM que operam com IFFT de tamanho 2k, 4k ou 8K, na saída é adicionado um prefixo cíclico que garante a robustez do sistema contra interferência intersimbólica. Os sinais são convertidos para o analógico em banda básica de 6MHz na frequência central de 37,15MHz.

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4. PROPAGAÇÃO

4.1. OFDM.

OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) é uma técnica de modulação e multiplexação cujo objetivo é dividir o sinal em diversas subportadoras, conforme a figura 7 e 8. As subportadoras são separadas em 90º entre si, tornado o sinal menos sensíveis ao ruído.

Figura 7. Modulação OFDM domínio da frequência

Figura 8. Modulação OFDM no domínio do tempo

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Utilizando junto com a codificação OAM, QPSK e DQPSK além da técnica de correção de erros, o receptor poderá ser capaz de recuperar partes dos sinais perdidos durante a transmissão. Tornando resistente à:

Dispersão ótica

Distorções lentas de fase e desvanecimento

Multi-percursos usando intervalo de guarda

Resposta em frequência nula e interferência de frequência constante.

Burst de ruído.

4.2. 8VSB

A modulação 8VSB é usada no sistema ATSC que é o sistema americano de TV digital. O modulador modula o sinal em AM-VSB/SC, cuja portadora fica localizada a 310 KHz do inicio da banda de 6MHz. Na modulação 8VSB existem 8 níveis bem definidos: 4 positivos e 4 negativos. Cada nível representa um conjunto de 3 bits do sinal, assim a taxa de bits fica dividida por 3, tornando a frequência do sinal modulado resultante compatível com a banda de 6MHz, pois a modulação é em VSB.

A figura 9 mostra o sinal já modulado pela modulação 8VSB. A função do piloto é enviar uma pequena porção da portadora para a sincronização do sinal no receptor a fim de recuperar o sinal modulado.

Figura 9. Modulação 8-VSB

Fonte: Teleco conhecimento em Telecomunicações

4.3. Comparação

Comparando com as transmissões analógicas, a TV digital usa menos potência nas ERP, o que significa baixo consumo de energia durante a transmissão.

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5. INTERATIVIDADE

A interatividade é uma das funções da TV digital, aonde o telespectador tem acesso aos conteúdos interativos, como enquetes, informações de certo produto e outros. Para que isso aconteça à emissora envia o conteúdo aonde o telespectador interage livremente com os dados armazenados no receptor.

É necessário o middleware, um programa que faz interação entre o sistema operacional e as aplicações enviadas pelas emissoras.

5.1. Canal de Retorno

O canal de retorno é um canal de comunicação bidirecional complementar entre o usuário e a emissora. Esse canal viabiliza a transmissão no sentido inverso (usuário-emissora), possibilitando serviços complementares na própria televisão, como por exemplo, a participação numa enquete, na compra de um produto na própria televisão e outros.

6. CONCLUSÃO

A partir do estudo feito na historia da televisão, foi possível notar que a TV digital continua evoluindo, prova disso é o desenvolvimento da 2ª Geração do DVB na Europa e a mobilidade no sistema móvel em ATSC.

Comparando as tecnologias, antes do lançamento da TV Digital no Brasil, o ISDB-T e o DVB-T se saíram muito bem no teste de transmissão, enquanto a transmissão ATSC, ficava às vezes fora do ar.

Durante o começo das transmissões da TV Digital no Brasil, foram surgindo novas tecnologias, como DVB-T2. Essa nova geração do DVB, acrescentou algumas melhorias, como a modulação 256QAM, que aumentou a capacidade de transportar mais dados, porem é o mais caro de implementar do que a sua primeira geração.

Alguns países passaram a adotar o codec H.264 nos padrões DVB-T.

Foi notado que o sistema DMT-T (Chinês) foi tardiamente desenvolvido, fazendo com que a China se torne o único país a adotar esse padrão.

107


O padrão DVB-H (que é usado nos dispositivos móveis), usa uma banda de frequência exclusiva e separada das transmissões de TV, enquanto o sistema móvel do ISDB-T usa as mesmas frequências das transmissões de TV. Porem os dispositivos DVB-H utiliza menos energia das baterias.

No SBTVD, há diferenças para o ISBT-T. O codec de vídeo no Brasil é H.264, enquanto no Japão ficou com MPEG2; nos dispositivos móveis, a taxa de quadro no SBTVD ficou em 30 quadros por segundo enquanto o Japão ficou com apenas 15

Com isso alguns países passaram a adotar o sistema brasileiro, provando que a versão brasileira do ISDB-T é a mais vantajosa do que os outros padrões.

Figura 10. A distribuição dos padrões no mundo.

Fonte: Wikipedia

Conforme a figura 10, quase toda a América do Sul já adotaram o SBTVD, evitando assim o isolamento tecnológico do Brasil, como aconteceu o sistema PAL-M.

Maior falha do lançamento da TV Digital no Brasil foi o não lançamento do Ginga, fazendo com que muitas televisões e conversores não viessem com a tal interatividade prometida. Atualmente apenas duas marcas de TV vêm com Ginga.

As vantagens da TV digital em relação à analógica são:

Imagem limpa sem chuvisco.

Imagem em alta definição enquanto a analógica o máximo é de 480i

Interatividade.

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Multiprogramação. Varias transmissões em apenas um único canal.

Baixa potência na transmissão do sinal digital.

As desvantagens são:

É o fato de não exibir a imagem quando o sinal estiver fraco.

Remanejamento de novos canais para migração.


ASSOCI AÇÃO BR ASILEIR A DE NOR M AS TÉCNICAS. NBR15601. Televisão digital terrestre — Sistema de transmissão. Rio de Janeiro. 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR15602-1. Televisão digital terrestre — Codificação de vídeo, áudio e multiplexação, Rio de Janeiro. 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR15603-1. Televisão digital terrestre — Multiplexação e serviços de informação (SI). Rio de Janeiro. 2008.

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PROPOSTA DE UM CURSO BÁSICO DE MANUTENÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE ELETROTERAPIA, PARA FISIOTERAPEUTAS

André L. F. C. Sette1

José R. O. Ferreira1

Thiago M. Santos1

Marcelo A. Duarte1

1 Universidade Gama Fi lho, Depar tamento de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino, 625 – Piedade20940-900 - Rio de Janeiro – [email protected]

Re sumo: O tempo para reparo consiste em um problema importante, observado na manutenção de equipamentos para fisioterapia. Em 2005, na Clínica de Fisioterapia da Universidade Gama Filho (UGF), por exemplo, 73% dos equipamentos em manutenção possuíam problemas básicos, tais como fios ou fusíveis abertos, porém, o tempo médio de reparo desses equipamentos foi de quatro meses. Esse trabalho propõe a implementação do “Curso Básico de Manutenção de Equipamentos de Eletroterapia para Fisioterapeutas”, com o objetivo de tornar este profissional apto para avaliar os defeitos desse tipo de equipamento antes de enviá-lo a um técnico e, até mesmo, realizar pequenos reparo. Um curso piloto foi implementado na UGF e os primeiros resultados apontam para o sucesso dos objetivos. Já

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se observam melhorias relacionadas ao manuseio dos equipamentos pelos professores e alunos do Curso de Fisioterapia da UGF, e foram reportados reparos básicos, efetuados pelos participantes do curso piloto, em alguns dos equipamentos da Clínica.

Palavras-chave: Curso básico de Manutenção, Eletroterapia, Fisioterapia.

1. INTRODUÇÃO

Os equipamentos de eletroterapia vêm sendo cada vez mais utilizados em tratamentos de certas patologias, nas áreas de Fisioterapia e Medicina Dermato-Funcional (ROBINSON & SNYDER-MACKLER, 2001). A quantidade de empresas fabricantes desses equipamentos é cada vez maior e o número de usuários, operadores e pacientes, vêm crescendo a cada dia (ARAÚJO, 2001).

A Clínica de Fisioterapia da Universidade Gama Filho (UGF) é um setor que conta com um grande grupo de trabalho, integrado por 13 professores e 55 acadêmicos do Curso de Fisioterapia da UGF. O setor oferece serviço de tratamento fisioterápico gratuito, atendendo ao público da comunidade próxima à UGF. Em média, são atendidos 120 pacientes por dia.

Em seus tratamentos, além das técnicas manuais, esse grupo faz uso de equipamentos de eletroterapia para o tratamento específico de algumas patologias.

Atualmente, um dos maiores problemas enfrentado pelo setor é o tempo de máquina indisponível (BRONZINO, 1992), que ocorre quando algum desses aparelhos apresenta algum tipo de defeito. Observa-se, com frequência, a parada de aparelhos para manutenção corretiva, com defeitos causados por diversos motivos. São exemplos: o mau uso dos aparelhos, a falta de cuidados básicos, inexperiência do usuário, queda do aparelho, pane na rede elétrica, e, até mesmo, o tempo de uso do próprio aparelho. A grande maioria dos defeitos, observados no setor em 2005 (73%), poderia ser identificada e, até mesmo, sanada por um usuário minimamente treinado, evitando assim que alguns aparelhos entrassem na rotina do setor de manutenção, e que se perdesse um tempo precioso para realizar reparos simples.

De acordo com o relato de sua Coordenação, dos 23 equipamentos eletromédicos da Clínica de Fisioterapia da UGF, 15 estão em funcionamento

113


e oito (35%) em manutenção, o que perfaz um percentual razoável de maquinas paradas.

Este trabalho propõe a ementa de um “Curso Básico de Manutenção de Aparelhos de Eletroterapia para Fisioterapeutas”, com o objetivo de maximizar o tempo de uso dos aparelhos. No caso específico da UGF, pretende-se minimizar o tempo de espera dos aparelhos na fila do setor de manutenção, otimizando, portanto, o tempo disponível desses aparelhos para uso.

Trata-se de um curso prático, voltado para os profissionais da área de fisioterapia, inicialmente adaptado à realidade da UGF (20 horas), com idéia semelhante à dos cursos de manutenção de nível básico, oferecidos pela Fiocruz (FUNDAÇÃO OSWALDO CRUZ, 2005). Estes, porém, possuem duração média de 80 horas e têm público alvo mais diversificado. Os cursos da Fiocruz, implantados em 2004, são destinados a qualquer profissional de nível médio, que desejem trabalhar com manutenção de equipamentos médicos.

2. CONSIDERAÇÕES GERAIS

Neste item serão apresentados alguns conceitos básicos, definida a problemática e a proposta de solução desse trabalho.

2.1. O Tempo de Máquina Indisponível

Em geral, os equipamentos que necessitam de manutenção corretiva são parados para registro antes de sair da Clínica e, em seguida, são enviados ao setor de manutenção, no Departamento de Engenharia Elétrica da UGF. Esse setor, por sua vez, aloca o aparelho na fila de espera para manutenção, que geralmente é longa, por atender a muitos setores, da Universidade.

Assim, para que um aparelho comece a ser reparado, é necessário passar por dois procedimentos: o tempo para registro de saída (TRS) do aparelho da Clínica e o tempo na fila de espera (TFE) para manutenção.

O aparelho que entra em manutenção sofre uma análise criteriosa pelos técnicos responsáveis, para definir o procedimento mais adequado

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na reparação do aparelho. Pode-se chamar esse intervalo de tempo de avaliação (TA) do aparelho.

Após esse procedimento, os técnicos solicitam que o Departamento de Compras adquira os componentes necessários para o reparo e ficam aguardando a finalização desse processo. Uma vez com os componentes em mãos, os técnicos executam o serviço e enviam o aparelho de volta à Clínica.

Durante esse último procedimento, pode-se contabilizar: o tempo gasto para a compra de materiais (TCM), o tempo gasto para o reparo (TR) e o tempo para a devolução (TD) do aparelho à Clínica.

Somando-se todos esses tempos, pode-se ter uma idéia da dimensão do tempo de máquina indisponível (TMI) de um aparelho que apresenta problemas, na Clínica de Fisioterapia da UGF. Em média, o TMI de um aparelho é de quatro meses. A expressão (1) resume o TMI.

TMI = TRS + TFE + TA + TCM + TR + TD (1)

2.2. Problemática

No setor de manutenção da UGF, foi preparado um relatório com os principais defeitos apresentados pelos aparelhos de eletroterapia, enviados pela Clínica de Fisioterapia durante o ano de 2005 (registros efetuados de fevereiro a dezembro). Esse relatório trouxe informações importantes sobre a quantidade de aparelhos enviados à manutenção, e quanto aos principais defeitos encontrados.

Pôde-se observar que os defeitos apresentados em oito (73%) dos onze aparelhos enviados para a manutenção requeriam manutenção extremamente básica, sob o ponto de vista técnico. Os defeitos mais frequentes foram: cabo partido de alimentação da rede elétrica, cabos partidos que interligam os transdutores aos aparelhos, fusíveis queimados, mau contato entre transdutores e aparelhos (cabos parcialmente partidos) e chaves on/off quebradas. Além desses, outros defeitos que necessitaram de análise técnica mais criteriosa corresponderam a 27% do total dos defeitos apresentados.

Os equipamentos que apresentaram problemas nesse período foram: ultra-som de 1MHz e 3MHz, laser de 670 nm e alguns eletroestimuladores, todos fabricados por uma das empresas líder de mercado.

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Além disso, em uma visita realizada pelos alunos do Curso de Engenharia Elétrica da UGF à Clínica de Fisioterapia, foram observados aparelhos com reparos fora dos padrões, tais como fios isolados com esparadrapos e fios com emendas desencapadas, além do mau estado geral dos aparelhos. A existência desses fatores significa que há risco de choque elétrico para operadores e pacientes tratados nesse setor. Problemas desta natureza podem causar certa incredibilidade por parte dos pacientes, em relação à Clínica.

2.3. Alternativa de Solução Proposta

A partir dessas observações, está sendo desenvolvido um projeto que visa dar maior autonomia ao Setor de Fisioterapia da UGF no que diz respeito à manutenção básica de seus equipamentos. O principal esforço desse projeto concentra-se na implementação do “Curso Básico de Manutenção de Aparelhos de Eletroterapia para Fisioterapeutas”. Na verdade, trata-se de um curso de manutenção básica, que tem, como público alvo, alunos e professores do Curso de Fisioterapia da UGF que, em princípio, possuem muito pouco (ou nenhum) conhecimento de eletricidade e eletrônica.

O objetivo principal desse curso é fazer com que seus participantes sejam capazes de identificar e resolver pequenos problemas, como aqueles que ocorreram em 73% dos aparelhos enviados à manutenção, durante o ano de 2005. Com isso, espera-se diminuir, significativamente, o tempo de máquina indisponível na Clínica e em outros setores do Departamento de Fisioterapia.

Espera-se, ainda, que os alunos, participantes do curso, sejam capazes de se expressar e entender, corretamente, a linguagem técnica usada em eletrônica.

Pretende-se, também, que eles adquiram conhecimentos técnicos suf icientes para manusear os equipamentos, bem como evitar que equipamentos com defeitos simples sejam enviados à manutenção sem necessidade. Assim os alunos deverão ser capazes de fazer uma pequena triagem dos aparelhos, levando, à manutenção, apenas aqueles que necessitarem de uma avaliação técnica mais criteriosa.

Outro assunto que deverá ser abordado no futuro, diz respeito a um programa de manutenção preventiva que deverá ser implementado após o término do curso. Com isso, busca-se aproveitar os conhecimentos adquiridos pelos alunos, de forma que estes se posicionem, progressivamente, à frente

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desse programa de manutenção preventiva e também o disseminem entre seus pares.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Os materiais e os métodos, utilizados nessa proposta, estão diretamente relacionados com a implementação do curso básico de manutenção na UGF.

Primeiramente, os alunos de graduação do Curso de Engenharia Elétrica da UGF, sob a supervisão do seu professor orientador, prepararam uma apostila de conteúdo teórico/prático, para ser usada como apoio didático, durante as aulas. O conteúdo da apostila inclui conceitos básicos de eletricidade (NILSON & RIEDEL, 2003), conhecimentos sobre o funcionamento dos principais componentes elétricos e eletrônicos (BOYLESTAD & NASHELSKY, 2004), e técnicas de solda de cabos e componentes, em placas de circuito impresso (INSTITUTO UNIVERSAL BRASILEIRO, nd).

Os tópicos estudados, com o auxílio da apostila, encontram-se listados a seguir:

1) A Eletricidade;

2) Corrente, tensão, e resistência elétrica;

3) A Lei de Ohm;

4) Circuitos série, paralelo e misto;

5) Apresentação e funcionamento dos principais componentes elétricos e eletrônicos;

6) Medidas elétricas e instrumentos de medida;

7) Técnicas de soldagem e remoção de componentes;

8) Técnicas de reparo de aparelhos de fisioterapia;

9) Simulação de defeitos em aparelhos de fisioterapia;

10) Testes e exercícios práticos.

Quanto ao restante do material usado durante as aulas, a empresa Ro e Su Indústria e Comércio Ltda (Advice) doou, à Clínica de Fisioterapia, Kits de Manutenção básicos que são usados pelos alunos para as atividades práticas. Cada Kit de manutenção contém:

- Um multímetro modelo ET-1001, marca Minipa;

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- Um alicate de corte, tamanho médio, marca LTG;

- Um alicate de bico, tamanho médio, marca LTG;

- Três chaves de fenda, tamanhos pequeno, médio e grande, todas da marca Western;

- Um ferro de soldar, de 40 W, marca Western;

- Um rolo de solda 40/60 (1 metro), marca Best;

- Um sugador de solda HP-75, marca Hung Chang.

A Advice, que possui um convênio de colaboração em pesquisas com a UGF, também doou, ao Laboratório de Engenharia Biomédica, um eletroestimulador de Corrente Russa, modelo Sequencial Master, mostrado na figura 1. Esse aparelho é usado nas simulações de defeitos, e para o treinamento de técnicas de soldagem e remoção de componentes, em placas de circuito impresso. A placa interna do aparelho, usada para esse treinamento, é mostrada na figura 2.

A metodologia de aula empregada no curso tende ao modelo tradicional, teórico/prático, das aulas ministradas em cursos de Engenharia Elétrica.

Em um primeiro momento, são apresentados os fundamentos teóricos relacionados com a eletricidade e a eletrônica, conforme os tópicos relacionados anteriormente. Para melhor fixação dos conhecimentos teóricos, são propostos exercícios ao final de cada tópico, que são efetuados em aulas com o auxílio do professor. Vale citar que, nesse caso, o professor do curso é sempre um aluno do Curso de Engenharia Elétrica (chamado, a partir desse ponto, simplesmente, de professor), supervisionado pelo seu professor orientador.

Figura 1: Aparelho Stim Cell, eletroestimulador de Corrente Russa, fabricado pela Ro e Su Indústria e Comércio Ltda (Advice).

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Figura 2: Placa interna do aparelho Stim Cell, usada para o treinamento de soldagem e remoção de componentes em placas de circuito impresso.

Após solidificar os conhecimentos teóricos, o aluno aprende a manipular as ferramentas básicas de manutenção de aparelhos eletrônicos. Novamente auxiliados pelo professor, os alunos aprendem técnicas de soldagem e reparo de equipamentos, conforme a apostila, usando as ferramentas doadas à Clínica. O professor orientador também supervisiona todo esse procedimento.

Quando o professor julga que a turma está pronta para realizar um procedimento de manutenção básica, este convida os alunos a realizarem a verificação de defeitos, a partir de simulações em aparelhos de fisioterapia.

Nesse momento, cada aluno recebe uma placa, ou um aparelho eletromédico com algum problema básico simulado. Podem-se citar, entre os defeitos simulados: a presença de componentes, visivelmente, destruídos na placa; cabos partidos de alimentação de energia elétrica; cabos de interligação, entre transdutor e aparelho, em curto ou abertos; fusíveis abertos no aparelho; etc.

Os alunos deverão abrir o aparelho, identificar corretamente os defeitos simulados, reparar o defeito encontrado, e fechar o aparelho, deixando-o pronto para uso. Todo esse procedimento será supervisionado pelo professor e pelo seu professor orientador.

A duração total desse curso é de 20 horas. As aulas, com duração de duas horas, ocorrem duas vezes por semana, totalizando cinco semanas de curso.

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4. RESULTADOS

Essa proposta fez parte de um trabalho de conclusão de curso da UGF, que teve seu término em junho de 2006. O curso, entretanto, foi descontinuado em 2006 e encontra-se, atualmente, com nova implementação em andamento. Tais fatos não permitirão, ainda, colher resultados práticos, finais de todo o processo.

É possível, entretanto, fazer uma avaliação preliminar sobre o aproveitamento dos alunos no curso.

Percebe-se, claramente, que já não há mais dificuldades em entender a linguagem técnica utilizada em eletrônica, por parte dos alunos.

Os alunos perderam o receio em trabalhar com instrumentos de medidas, ferro de soldar, e demais ferramentas usadas em manutenção.

Já há relatos, inclusive, de alunos que efetuaram reparos em fios partidos em uma instalação de tomada de um aparelho e, até mesmo, em um equipamento que apresentava mau contato entre um transdutor e um aparelho de ultra-som.

5. DISCUSSÕES E CONCLUSÕES

Esse trabalho propõe um curso básico de manutenção de aparelhos de eletroterapia, que tem, como público alvo, alunos e professores do Curso de Fisioterapia da UGF. O curso é aplicado por alunos do Curso de Engenharia Elétrica da própria UGF, supervisionados por seu professor orientador, e faz parte de um projeto de fim de curso do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade.

O que motivou sua criação foi o fato de que, em 2005, oito (73%) dos onze aparelhos enviados à manutenção, pela Clínica de Fisioterapia, apresentavam defeitos básicos, de manutenção muito simples. Sendo assim, observou-se que o tempo de máquina indisponível foi muito alto, nesse período, em função de problemas que poderiam ser resolvidos rapidamente, por qualquer pessoa que tivesse conhecimentos básicos de manutenção. Vale citar que onze aparelhos

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correspondem a 48% do total de aparelhos existentes na Clínica. Ou seja, 48% do total passaram pela manutenção em 2005, e 35% do total dos aparelhos da Clínica apresentavam defeitos de manutenção básica.

Apesar de se usar a Clínica da UGF como exemplo, pode-se facilmente extrapolar que ocorre algo similar em outras clínicas, pois os cursos de graduação em Fisioterapia não apresentam formação sobre manipulação adequada, nem manutenção básica dos seus aparelhos.

O objetivo principal, do curso proposto, é fazer com que o tempo de máquina indisponível dos aparelhos da Clínica de Fisioterapia da UGF e de outros setores do Departamento de Fisioterapia, seja reduzido.

O curso em questão ainda está em andamento, porém, resultados preliminares mostram que a proposta é bastante promissora, nesse sentido. Já há relatos de pequenos reparos em aparelhos, efetuados por alunos do curso. Com isso, dois aparelhos já foram reparados sem a necessidade de enviá-los à manutenção da UGF.

Quanto à linguagem técnica específica da eletrônica, observa-se claramente que os alunos conseguem entendê-la e expressá-la com facilidade. Além disso, os alunos não possuem mais receio em usar ferramentas para pequenas manutenções, pois já adquiriram conhecimentos técnicos suficientes para isso.

Outro fator importante, que demonstra a boa aceitação da proposta, está no fato de já existir fila de espera de alunos para a próxima turma do curso proposto. Pode-se entender, com isso, que os alunos integrantes da primeira turma estão satisfeitos com o curso, e que há excelente difusão desse tipo de trabalho no setor de Fisioterapia da UGF.

Há que se salientar que a experiência também é positiva para os alunos de Engenharia Elétrica, que já tem um contato interdisciplinar e se vêm obrigados a desenvolver uma linguagem comum para se fazerem entender por alunos de outra área.

Um próximo passo a ser dado é a implementação de um programa de manutenção preventiva, que deverá ser comandado pelos alunos concludentes dessa primeira turma (ainda com supervisão), aproveitando o treinamento e os conhecimentos adquiridos por eles.

Outra possibilidade, para a continuação desse trabalho, está na criação de cursos semelhantes para os setores de Medicina, Enfermagem, Farmácia e demais setores da área de Saúde da Universidade Gama Filho. Assim, pretende-se contribuir para a otimização dos recursos tecnológicos disponíveis para o setor de Saúde, dada a realidade deste setor no Brasil.

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Agradecimentos

À Ro e Su Indústria e Comércio Ltda (Advice), pelo apoio, desde o início, ao projeto.

Aos profissionais da Clínica de Fisioterapia da UGF, por toda a atenção durante a realização desse projeto.

Ao Programa de Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ, em especial, aos professores Marco Antônio von Kruger e Wagner Coelho de Albuquerque Pereira, pela consultoria prestada.


ARAÚJO, M. C., Certificação de Equipamentos Eletromédicos no Brasil, In: Memórias II Congresso Latino-Americano de Engenharia Biomédica, Havana, artigo 125, 23-25 Maio, 2001.

BOYLESTAD, R. L., NASHELSKY, L., Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos, São Paulo: Prentice-Hall, 2004.

BRONZINO, J. D., Management of Medical Technology: a primer for Clinical Engineers, Stoneham: Butterworth-Heinemann, 1992

FUNDAÇÃO OSWALDO CRUZ (2005), Educação Profissional Nível Básico, In: Cursos. Disponível em www.fiocruz.br/cgi/cgilua.exe/sys/ start.htm?sid=61. Acesso em 30 mar. 2006.

INSTITUTO UNIVERSAL BRASILEIRO. (nd), Passo a Passo: Soldagem em Circuitos Impressos, Curso Eletrônica Radio e TV, São Paulo: IUBRA.

NILSON, J. W., RIEDEL, S. A., Circuitos Elétricos, Rio de Janeiro: LTC, 2003.

ROBINSON, J. A., SNYDER-MACKLER, L., Eletrofisiologia Clínica, Porto Alegre: Artmed, 2001.

123

SISTEMA PAGE-PARTY COM AMPLIFICAÇÃO LOCAL

Bruno O. Rosa1

Marcelo B. Vieira1

Marcelo A. Duarte1

1 Universidade Gama Fi lho, Depar tamento de Engenharia ElétricaRua Manuel Vitorino, 625 – Piedade - 20940-900 - Rio de Janeiro – [email protected]@[email protected]

Re sumo: Es te artigo tem por finalidade descrever o conceito pioneiro no Brasil de intercomunicação indust r ial ponto-a-ponto, ut i l izando duas modalidades de postos para realização da conversação e chamada em alta-voz. O sistema projetado permite, inclusive, ser acessado externamente através de uma central telefônica. O sistema mostrou-se eficiente e econômico, comprado a sistemas semelhantes, existentes no mercado brasileiro.

Palavras-chave: Page-party, UCC, Unidade de Conversação e Chamada, chamada em alta-voz.

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1. INTRODUÇÃO

O sistema de intercomunicação (Page-party) é o principal meio de comunicação interpessoal, usado em atividades que envolvam pessoas que necessitam se comunicar a distância (SOUZA & QUEIROZ, 1998). Alguns exemplos de aplicação do sistema estão nas indústrias, centros comerciais, hospitais, plataformas petrolíferas, etc. (BONER & BONER, 1985).

Trata-se de um sistema confiável que prima pela fácil operação e manutenção. O sistema Page-party pode ser utilizado, também, para situações de emergência, quando se pode fazer uso das chamadas em alta-voz e tons sonoros de alarmes, presentes nesse tipo de equipamento.

O sistema não pode ser complexo. Sua estrutura eletrônica deve ser simples e praticamente analógica, garantindo assim o mínimo de falhas (CIPELLI et al., 2001). Geralmente, sistemas complexos estão sujeitos a erros na transmissão de dados ou no processamento dos sinais envolvidos (controles, etc.). O sistema proposto nesse trabalho pretende evitar esse tipo de problema.

2. O SISTEMA PROPOSTO

O sistema proposto é composto por:

- Duas Unidades de Conversação e Chamada (UCC), podendo existir mais de duas;

- Uma fonte de alimentação;

- Uma interface telefônica;

- Um digitalizador de mensagens.

Seu diagrama de blocos é mostrado na figura 1.

O sistema incorpora dois modelos de postos intercomunicadores (UCC’s): o padrão e o viva-voz.

No modelo padrão, o interlocutor retira o monofone (gancho de telefone) da base e, automaticamente, entra em modo de conversação com uma ou mais pessoas que estejam ligadas ao sistema, nesta linha. Se desejar chamar alguém em alta-voz (através de alto-falantes externos), basta apertar o botão correspondente e sua voz será emitida em todos os sonofletores do

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sistema, precedida de um toque do tipo “ding-dong”. Outro botão possui a função de gravar mensagens a serem difundidas posteriormente, conforme a necessidade do operador.

O posto viva-voz possui características semelhantes, diferindo apenas pelo fato de não possuir monofone, e sua conversação ou chamada serem feitas através de microfone e alto-falante (corneta), embutidos no próprio posto. Há, ainda, a opção de usar um head-set para conversações particulares. As funções de chamada em alta-voz e gravação de mensagem digital são as mesmas para ambos os modelos.

Figura 1. Diagrama de blocos do sistema Page-party proposto.

Também foi projetada uma interface que permite a interação de uma central telefônica, através de um ramal disponível, com o sistema Page-party, possibilitando a execução de chamadas em alta-voz e, até mesmo, conversação com qualquer parte do mundo. Para isso, necessita-se de uma linha telefônica externa.

A mensagem gravada e a chamada realizada externamente (por telefone) são armazenadas em um módulo digitalizador formado por uma memória EEPROM e um microcontrolador PIC.

Cada posto intercomunicador é dotado de um amplificador de potência de 20 Wrms. Este serve para amplificar o sinal de áudio das chamadas realizadas, de modo a difundi-lo em todos os alto-falantes de área. O amplificador possui 8 Ω de impedância de saída.

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Conforme descrito anteriormente, o sistema deve ser simples. Por esta razão, tem-se um par de fios para cada linha de modulação, ou seja, precisa-se de um cabo multi-vias para interligar os postos, com pelo menos cinco pares, que são:

- Alimentação + / - (48 VDC);- Linha de conversação (K);- Linha de chamada (A);- Linha de mensagem digitalizada (B);- Comando para gravação / reprodução.

3. O PROJETO

Para se desenvolver o sistema proposto, foi necessário conhecer diversos conceitos de eletrônica analógica (BOYLESTAD & NASHELSKY, 1999) e digital, (LAVÍNIA & SOUZA,2003) associados a aplicações em transmissão e recepção de sinais de voz (DAVIS & DAVIS, 1977).

Os principais equipamentos do sistema são as UCCs (Unidades de Conversação e Chamada), ou postos de intercomunicação. Os dois modelos implementados (padrão e viva-voz) são interligados ao sistema de forma paralela, ou seja, seus pares de fios são idênticos em todos os modelos, possuindo, cada um deles, peculiaridades específicas, descritas a seguir:

- UCC padrão: unidade de intercomunicação cujas características são similares às de um aparelho comum de mesmo gênero. Possui monofone (gancho de atendimento), alto-falante, botões de comando e controle de volume. Seu funcionamento é semelhante ao de um telefone, onde a conversação e a chamada são realizadas através do monofone. Também é possível gravar mensagens digitais para serem difundidas posteriormente. Um amplificador interno é responsável pela emissão do sinal em alta-voz. Seu layout é mostrado na figura 2.

Figura 2. Layout da UCC Padrão.

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- UCC viva-voz: unidade de intercomunicação composta basicamente por alto-falante, microfone, botões de comando, controle de volume e head-set. Sua característica principal é a execução de chamadas através de um microfone de eletreto, utilizando o alto-falante em conjunto, na conversação. Seu sistema viva-voz evita microfonia e permite a comunicação entre operadores, sem a necessidade de auxílio manual. Da mesma forma que a padrão, possui amplificador interno e opção de gravar mensagens digitais para serem difundidas em alta-voz. O head-set pode ser utilizado para conversações privativas. A figura 3 mostra o seu layout.

Figura 3. Layout da UCC Viva-voz.

O equipamento que se destaca como diferencial deste sistema é o Módulo Digitalizador. Este é composto por três itens: o MDM (Módulo Digitalizador de Mensagens), o MIT (Módulo de Interface Telefônica) e o CID (Comutador Interface - Digitalizador). A figura 4 mostra o layout desse aparelho.

Figura 4. Layout do Módulo Digitalizador.

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Suas características são descritas a seguir:

- MDM: este elemento é responsável pela gravação digital das mensagens provenientes de UCCs, como também de ramais PABX (linha telefônica externa). Seu circuito elétrico tem, como principal componente, um PIC, cuja função é controlar todo o processo de recepção, distribuição e transmissão das mensagens, assim como orientar os indicadores do display. O circuito é comandado, basicamente, por assíncronos de área e, também, pelo MIT, quando em uso externo (linha telefônica).

- MIT: foi construído para recepção, transmissão e interfaceamento do sistema Page-party com ramais telefônicos. Este realiza o acoplamento de impedâncias diferentes entre linhas moduladas, evitando a atenuação ou o ruído no sinal. Tempor izações e chaveamentos necessários ao sistema também são realizados nesse módulo.

- CID: este dispositivo é o mais simples de todos. Trata-se de um conjunto de relés que realizam a comutação entre as entradas e saídas do MIT e do MDM. Também recebe comandos através das UCCs.

O sistema ainda possui uma fonte de alimentação simples de 10 A, trabalhando com tensão nominal de 48 VDC. Esta atende a uma configuração máxima de 10 UCCs, sendo acrescidas mais fontes, de acordo com o tamanho da rede, quando necessárias. A figura 5 mostra o seu layout.

Figura 5. Layout da Fonte de Alimentação.

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A arquitetura do projeto é simples e seus componentes são dedicados, sendo estes os motivos que tornam o sistema consideravelmente confiável e de fácil instalação.

4. CONCLUSÕES

A elaboração de um sistema Page-party apresenta algumas dificuldades. A principal delas é a variação de modalidades eletrônicas utilizadas no mesmo equipamento. Em uma única UCC, por exemplo, utilizam-se controles integrados de transmissão e recepção de sinais (half-duplex) e geradores de tons sonoros, dentre outros circuitos eletrônicos acoplados.

Uma característica particular do sistema é que todos os componentes são projetados para funcionar em conjunto, não sendo possível sua utilização separadamente. Contudo, pode-se empregá-lo em aplicações modulares (com menor número de módulos), possibilitando a aquisição dos demais módulos posteriormente.

Apesar da complexidade do sistema, sua implementação é bastante rentável, no Brasil. A carência de fabricantes é um dos principais fatores para isso, já que só existem concorrentes similares no exterior (equipamentos importados). Para fins comparativos, um sistema industrial equivalente ao projetado, nos EUA (fabricante: Commend Inc.), custa, aproximadamente, R$ 20.000,00, enquanto que o sistema proposto nesse projeto, com as mesmas funções do sistema americano, custa próximo de R$ 4.000,00.

O sistema projetado mostrou-se ef iciente em todos os testes de campo realizados em uma empresa multinacional, para todas as funções implementadas. Sua utilização representará, portanto, grande economia para a empresa que adotar tal sistema, considerando a diferença de custos existentes entre este e os sistemas semelhantes, existentes no mercado.


BONER, C. P., BONER, C. R. A Procedure for controlling room-ring modes and feedback modes in sound system with narrow-band filters. 3. ed. New York: McGraw-Hill Book, 1985.

130


BOYLESTAD, R. L., NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999.

CIPELLI, A. M., MARKUS, O., SANDRINI, W. Teoria e desenvolvimento de projetos de circuitos eletrônicos. 18. ed. São Paulo: Érica, 2001.

DAVIS, D., DAVIS, C. Sound System Engineering. 1. ed. Indiana: SAMS, 1977.

LAVÍNIA, N. C., SOUZA, D. J. Conectando o PIC: Recursos avançados. 1. ed. São Paulo: Érica, 2003.

SOUZA, J. M., QUEIROZ, A. Fundamentos de sistemas telefônicos. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1998.

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DETERMINAÇÃO DAS FORÇAS RESISTIVAS PARA EMBARCAÇÃO DO TIPO “PLATFORM SUPPLY VESSEL”

Leonardo Hideo Sassaki Abe1

Renan Augusto Tomazeli1

Cicero Vianna de Abreu1

1 Universidade Gama Filho, Curso de Engenharia MecânicaRua Manoel Vitorino, 369, Prédio SD – 2º andar, PiedadeCEP: 20740-900 - Rio de Janeiro - [email protected] [email protected] [email protected]

Resumo: Este trabalho teve como finalidade verificar se o casco adotado para o projeto de uma embarcação de apoio à plataforma de petróleo, também conhecida como PSV – Platform Supply Vessel detinha as menores resistências mecânicas a sua navegação em comparação com outros padrões geométricos. Esta embarcação é um modelo de larga aplicação por possuir um amplo convés de popa, o que facilita as operações de carga e descarga. Foi adotado o método de Holtrop para os cálculos dos diversos fatores que interferem no deslocamento da embarcação. Os resultados obtidos foram confrontados com o uso do programa Maxsurf versão 11.03. Chegou-se à conclusão de que a escolha do casco foi acertada, o que permitiu a seleção do sistema de propulsão.

Palavras-chave: Resistência ao movimento, Embarcação.

132


1. INTRODUÇÃO

No projeto de sistema propulsor para uma embarcação de uso na indústria de extração de petróleo em águas marinhas (ABE & TOMAZELI, 2011) foi necessário o levantamento das resistências a sua navegação. Durante o trabalho, partiu-se da escolha de um casco de uso consagrado e os cálculos das resistências obedeceram ao Método de Holtrop (HOLTROP & MENNEN, 1982). Os mesmos cálculos foram aplicados a dois outros modelos de casco de modo a se poder avaliar as condições relativas de desempenho do casco selecionado.

Empregou-se uma planilha Excel para auxiliar os cálculos e gerar os gráficos correspondentes às forças e potências resistivas. Empregou-se, também, o programa Maxsurf versão 11.03 (MAXSURF, 2003) para investigar tais parâmetros de desempenho.

2. DESCRIÇÃO DA EMBARCAÇÃO SELECIONADA

2.1. Tipos de Embarcação

A embarcação é do tipo “PSV - Platform Supply Vessel”, também chamado de embarcação de apoio a plataformas de petróleo. Estes navios podem variar de 20 a 100 metros de comprimento e são capazes de realizar diversas tarefas.

A função primária da maioria destes navios é o transporte de mercadorias e pessoal para plataformas offshore de petróleo e entre outras estruturas offshore. Têm como características principais um amplo convés de popa para transporte de peças de grande porte e a praça de máquinas instalada na região de vante, isso para criar uma área maior para armazenamento em tanques, ou cilos para transporte de água para perfuração, combustível, cimento, lama, produtos químicos, entre outros.

Nos últimos anos uma nova geração de PSV’s entrou no mercado, equipados com o sistema de posicionamento dinâmico. A Figura 1 mostra uma foto de tal embarcação.

133


Figura 1. PSV 1500 – Platform Supply Vessel

2.2. Características da embarcação

Seguem as principais características da embarcação selecionada:

Classificação: Mar aberto, apoio marítimo, S/R

Sociedade Classificadora: American Bureau of Shipping (ABS)

Tipo de Embarcação: Supridor de plataformas marítimas

Comprimento total (L): 63,95 m

Comprimento entre perpendiculares (LPP): 61,10 m

Comprimento da linha d’água (LWL

): 61,904 m

Boca moldada (B): 14,80 m

Pontal moldado (P): 4,60 m

Calado moldado (T): 3,906 m (máximo)

Superfície molhada do casco (S): 1099,589 m2 (calado máximo)

Área imersa da seção a meio navio (AM

): 52,998 m2 (calado máximo)

Área da linha d’água (AW


Área molhada dos apêndices (SAPP


134


Área molhada do espelho de popa (AT): 10,887 m2 (calado máximo)

Área transversal do bulbo de proa (ABT

): 0, 00 m2

Altura do centro da área do bulbo de proa (hB): 0, 00 m2

Eficiência total (): 0,6391 (63,91%)

Deslocamento Leve: 961,37 t

Deslocamento Carregado: 2519,70 t (calado máximo)

Deslocamento Volumétrico ( ): 2458,24 m3 (calado máximo)

Porte-Bruto: 1558,33 t (calado máximo)

Arqueação Bruta: 1106

Arqueação Líquida: 478

Tripulação: 12 pessoas

Passageiros: 6 pessoas

Casco: Aço ASTM A36

2.3. Condições operacionais

A embarcação opera com velocidade de serviço de 12 nós (6,17 m/s), podendo alcançar uma velocidade máxima de 14 nós (7,2 m/s), sendo que esta última é utilizada em um curto espaço de tempo e em uma única condição: a prova de mar, que é realizada antes da entrega da mesma ao armador, quando são testados os equipamentos e o desempenho da embarcação no mar. Então, para todos os cálculos das resistências ao avanço apresentados na seção 3.4 deste trabalho, foi considerada a velocidade de serviço de 12 nós (6,17 m/s).

2.4. Características do meio

As seguintes características para o meio são consideradas:

- Densidade do ar (ar

): 1,293 kg/m3;

- Densidade da água salgada (água

): 1025,9 kg/m3;

- Viscosidade cinemática (): 1,18831 x 10-6 m2/s; e

- Aceleração da gravidade (g): 9,81 m/s2.

135


3. RESISTÊNCIA HIDRODINÂMICA

3.1. Definições

Ao se deslocar, a embarcação está sujeita a uma força que se opõe ao movimento. Essa força é denominada resistência hidrodinâmica, ou resistência ao avanço, e é dada basicamente em função da velocidade, da superfície molhada, das características físicas do fluído e da geometria da embarcação.

3.2. Método Holtrop

Para o cálculo da resistência ao avanço, existem inúmeros métodos que podem ser empregados. O adotado para este trabalho foi o método de Holtrop. A escolha é decorrente de o mesmo ser o mais adequado ao tipo de embarcação em questão.

Holtrop e Mennen (1978) realizaram uma análise de regressão estatística a partir dos modelos e resultados do NSMB (“Netherlands Ship Model Basin”). O objetivo deste estudo foi desenvolver uma formulação teórica simplificada para o cálculo da resistência dos navios (e também dos parâmetros propulsivos) e os efeitos de escala entre os modelos e protótipo.

A avaliação foi realizada a partir dos resultados de 1.707 medições de resistência, 1.287 medições de propulsão conduzidas por 147 modelos de navios e dos resultados de 82 medições feitas a bordo de 46 navios novos. Este material havia sido utilizado em estudos prévios, enquanto muitas das medições em escala real foram destinadas para o estudo de correlação modelo - navio utilizado pela ITTC-1957 (“International Towing Tank Conference”).

Em 1982, foi reapresentado o método de Holtrop, porque sua precisão original foi considerada insuficiente. A adaptação deste método resultou numa formulação com uma maior faixa de aplicação, e sua extensão serviu para a melhora da predição da potência de navios de altos coeficientes de blocos com razões baixas de L/B (Comprimento por Boca Molhada), e de navios afilados com um complexo arranjo de apêndices e popa “transom” submersa.

136


Para que este método possa ser utilizado, o navio deve se encontrar dentro das faixas de parâmetros apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1. Faixas de operação para o método de Holtrop

ParâmetroLimitações

Mínima MáximaCp 0,55 0,85L/B 3,9 14,9B/T 2,1 4,0Fr 0,05 1,0

3.3. Definições dos coeficientes utilizados

Segundo Fonseca (2002a), os coeficientes de forma CB, C

M, C

P, C

WP podem

ser definidos conforme descrito nas seções 3.3.1 até 3.3.4.

Coeficiente de bloco (CB)

É a relação entre o deslocamento volumétr ico e o volume do paralelepípedo que tem para arestas respectivamente Lpp, B e T, como mostrado na Figura 2.

Figura 2. Coeficiente de bloco

Segue a expressão e o resultado correspondente aos dados de entrada:

(1)

137


Onde: é o deslocamento volumétrico em m3; Lpp

é o comprimento entre perpendiculares em m; B é a boca da embarcação em m; T é o calado molhado da embarcação em m;

Coeficiente da seção mestra (CM)

É a relação entre a área da parte imersa da seção a meio navio e a área do retângulo circunscrito, conforme representado na Figura 3.

Segue a expressão e o resultado correspondente aos dados de entrada:

(2)

Onde AM

é área da parte imersa da seção a meio navio em m2.

Figura 3. Coeficiente da seção mestra

Coeficiente prismático (CP)

É a relação entre o volume deslocado e o volume de um sólido que tenha um comprimento igual ao comprimento do navio na flutuação e uma seção transversal igual à da parte imersa da seção mestra. Este coeficiente representa a distribuição longitudinal do deslocamento do navio, e é utilizado principalmente para os cálculos de potência e velocidade.

138


Figura 4. Coeficiente prismático

Da mesma forma, segue a expressão e o respectivo resultado.

(3)

Coeficiente da área de f lutuação (CWP)

É a relação entre a área de flutuação e a do retângulo que a circunscreve:

(4)

Onde: AW

é área de flutuação no calado máximo m2; LWL

é o comprimento de linha d’água em m.

Na Figura 5, estão representadas as dimensões de interesse.

Figura 5. Coeficiente da área de flutuação

Número de Froude (Fr)

O número de Froude é um número adimensional definido como a razão de uma velocidade característica, a uma velocidade de ondas gravitacionais.

139


Pode ser definido como equivalente a razão da inércia de um corpo a forças gravitacionais.

Em mecânica dos f luidos, o número de Froude é usado para determinar a resistência de um objeto em movimento através da água, e permite a comparação de objetos de diferentes tamanhos.

Segundo Shames (1977), para um navio, o número de Froude é definido como:

(5)

Onde:

V é a velocidade do navio em m/s; g é a aceleração da gravidade em m/s2;

LWL

é o comprimento de linha d’água em m, como já descrito.

É necessário calcular o Fr para um determinado intervalo de velocidades,

para estudos posteriores aqui descritos. Tal intervalo inicia-se em 7 nós (3,60 m/s) e finaliza-se em 14 nós (7,2 m/s), variando de 0,5 em 0,5 nós.

Pôde-se construir uma tabela com os valores de Fr correspondentes ao

intervalo de velocidades selecionado, sendo que para 12 nós, ou 6,17 m/s, encontrou-se 0,250559.

Número de Reynolds (Re)

O coeficiente, número ou módulo de Reynolds (abreviado como Re) é um número adimensional usado em mecânica dos fluidos para caracterizar o regime de escoamento de determinado fluido sobre uma superfície. É utilizado, por exemplo, em projetos de tubulações industriais e asas de aviões.

De acordo com Shames (1977), o seu significado físico é um quociente de forças de inércia entre forças de viscosidade. É expresso como:

(6)

Onde:

é a viscosidade cinemática em m2/s;

Assim como para o Fr, também foi necessário o cálculo de um intervalo

de velocidades para se determinar os respectivos números de Reynolds equivalentes.

140


Nos resultados tabelados, encontrou-se o número de Reynolds igual a 321591777,5 para a velocidade de 12 nós.

Coeficiente da resistência friccional (CF)

É o coeficiente da resistência friccional RF calculado de acordo com o

ITTC- 1957. O mesmo segue definido abaixo:

(7)

Como Re , número de Reynolds, é diretamente proporcional às

velocidades, CF também deve ser calculado para todas as velocidades

semelhantemente ao que foi feito na seção 3.3.6 para Re. Encontrou-se o valor de 0,001771 para o C

F na velocidade de 12 nós.

3.4. Memória de cálculo

Alguns parâmetros fundamentais para o prosseguimento do estudo, como as características principais da embarcação, as características do meio e os diversos coeficientes estão apresentados em 3.3.

Conforme a formulação do método de Holtrop, a resistência total do navio é subdividida da seguinte maneira:

(8)

Onde:

RF: Resistência friccional de acordo com a formulação de fricção do

ITTC -1957;1+k

1: Fator de forma do casco descrito como resistência viscosa;

RAPP

: Resistência dos apêndices;R

W: Resistência de onda;

RB: Resistência relacionada ao bulbo;

RTR

: Resistência relacionada a popa “transom”;R

A: Correlação entre as resistências aerodinâmicas do navio e do

modelo.

141


Inicialmente, para que o método pudesse ser utilizado, checaram-se os parâmetros da embarcação para verificar se estão dentro da faixa de operação definida na Tabela 1.

Segue a Tabela 2, com as informações resumidas e os respectivos status para cada parâmetro verificado.

Tabela 2. Faixas de operação calculadas para o método de Holtrop

Resistência friccional (RF)

Para o cálculo da resistência friccional RF, deve obedecer à formulação

do ITTC-1957. A expressão e o respectivo resultado são:

(9)

Onde: é a densidade da água salgada em kg/m3; V é a velocidade da embarcação em m/s; S é a superfície molhada do casco em m2; C

F é o

coeficiente da resistência friccional de acordo com o ITTC-1957. O mesmo está definido na seção 3.3.7 equação 7.

Fator de forma do casco (1 + k1)

Para o fator de forma do casco 1 + k1 , segue-se a formulação correspondente.

(10)

Onde:

c14

é o coeficiente que deriva do tipo de formato do espelho de popa e está relacionado com o coeficiente c

stern , coeficiente do formato do corpo de

popa. De acordo com a Tabela 3, cstern

= 10, pois a seção de popa é do tipo U.

142


Tabela 3. Valores para

Forma do corpo de popa cstern

Seção tipo gôndola -25

Seções em forma de V -10

Seções em forma normal 0

Seções em forma de U 10

Então,

(11)

LR é o parâmetro que reflete o comprimento:

(12)

Onde: lcb é o centro de carena longitudinal em relação a 1/2 LWL

em %.

Como o comprimento da linha d’água é L WL

= 61,904m, LR = 8,077m.

Na Equação 10, é o deslocamento volumétrico da embarcação em m3.

Encontrou-se, então, = 1,456.

Resistência dos apêndices (RAPP)

A resistência dos apêndices pode ser determinada a partir de:

(13)

Onde:

SAPP

é a área molhada dos apêndices em m2.

143


Tabela 4. Valores experimentais para 1+K2

Aproximação Valores

Leme a ré da rabeta 1,5 – 2,0

Leme a ré da popa 1,3 – 1,5

Dois hélices com leme compensado 2,8

Pé de galinha do eixo do hélice 3

Rabeta 1,5 – 2,0

Saliência estrutural 3

Saliência no casco 2

Eixos 2,0 – 4,0

Aletas e estabilizadores 2,8

Dômus 2,7

Bolinas 1,4

Na tabela 4 encontram-se os valores experimentais de 1+k2, conforme

descrito por Holtrop e Mennen (1982). Adotou-se o valor de 1,75.

O valor equivalente para uma combinação de apêndices é determinado a partir de:

(14)

Como só há rabeta na embarcação em estudo, o resultado da aplicação da Equação 14 é 1,75.

Logo, a resistência dos apêndices RAPP

encontrada foi de 1,4 kN.

Resistência de onda (RW)

A resistência de ondas pode ser determinada a partir da seguinte fórmula:

(15)

Onde:

(16)

144


Também segundo Holtrop e Mennen (1982), como: (B/LWL

) = 14,80/61,904 = 0,2391, c

7 = 0,2391.

Em (16), iE é a metade do ângulo de entrada. É o ângulo entre a linha

d’água e o bulbo em graus. Segue abaixo a formulação:

(17)

Substituindo os valores dos coeficientes, encontra-se: iE=44,32º

Com os dados obtidos pôde-se aplicar a Equação 16 , isto é, c1 = 12,197.

Na Equação 15, c2 é um parâmetro que representa a redução da resistência

de onda, devido à ação do bulbo de proa, abaixo formulação:

(18)

Onde o coeficiente c3 é o que determina a influência do bulbo de proa

na resistência de onda.

(19)

Onde:

ABT

é a área transversal do bulbo de proa em m2; hB é a altura do centro

da área do bulbo de proa acima da LB em m.

Como a embarcação não possui bulbo, os valores para ABT

e hB são iguais

a zero. Então, c3 = 0 e c

2=1,00.

Ainda na Equação 15, c5 é o coeficiente que expressa a influência do

espelho de popa na resistência de onda, e o mesmo está expresso abaixo:

(20)

Onde:

AT é a área molhada do espelho de popa em m2;

CM

é o coeficiente da seção mestra;

Também na Equação 15, requer-se m1 que

é dado por:

(21)

145


Nesta última equção, c16

é um coeficiente relacionado ao CP

=0,759, portanto menor que 0,8, o que implica, segundo Holtrop e Mennen (1982), em:

(22)

Com isso, m1 = -2,5032.

, na Equação 15, é a variável dependente da relação entre . Como = 61,904/14,80 = 4,1827<12, tem-se:

(23)

O coeficiente m2 da Equação 15 é dado em função do número de Froude:

(24)

Onde:

c15

é o coeficiente relacionado com a razão entre o cubo do LWL

e o . Como , c

15 = -1,69385.

Assim, m2 = -1,69385 x 0,7592 x exp(-0,1x0,250559-2)= -0,00905.

Como d = -0,9, pode-se finalmente determinar a resistência de onda: R

W = 51,01kN.

Resistência relacionada ao bulbo (RB)

A resistência adicional relacionada à presença do bulbo é determinada a partir de:

(25)

Onde:

PB é a medida para imersão do bulbo em m, definida abaixo:

(26)

146


e Fri é o número de Froude baseado na imersão, calculado a seguir:

(27)

Logo, a resistência relacionada ao bulbo é nula, ou seja, RB = 0. Isto

decorre do fato de que a embarcação em estudo não possui bulbo de proa.

Resistência relacionada popa “transom” (RTR)

A resistência devido à imersão da popa “transom” pode ser definida como segue:

(28)

Onde:

c6 é o coeficiente relacionado com o número de Froude baseado na área

submersa da popa “transom” (FrT

), definido e calculado abaixo:

(29)

Então, como FrT<5,

(30)

Ou seja, a resistência devido à imersão da popa “transom” RTR

calculada resultou em 23,66kN.

Correlação entre as resistências aerodinâmicas do navio e do modelo (RA)

A correlação entre as resistências do navio e do modelo RA dar-se-á da

seguinte maneira:

(31)

Onde:

CA é o coeficiente de correlação e é baseado principalmente para

descrever o efeito da rugosidade do casco e da resistência do ar. A seguinte

147


fórmula para o coeficiente de correlação CA foi encontrada da análise dos

resultados das velocidades de experiência, que foram corrigidas para as condições ideais:

(32)

Como , c4 = 0,04 e, C

A = 0,000609.

Então, a correlação entre resistências aerodinâmicas do navio e do modelo R

A encontradas foi de 13,08kN.

Resistência Total

Após o cálculo de todas as resistências aqui definidas, pôde-se determinar a resistência total (Rtotal

) para a velocidade de serviço de 12 nós:

3.5. Resultados

Para a escolha do motor, é necessário o cálculo de um intervalo de velocidades, onde o adotado foi iniciar em 7 nós (3,60 m/s) e finalizar em 14 nós (6,2 m/s), variando de 0,5 em 0,5 nós, para que seja possível a montagem de uma curva com as resistências das respectivas velocidades (Gráfico Resistência x Velocidade), representado pela Figura 6 e posterior cálculo da potência, para se encontrar a faixa de operação para a seleção do motor. Nessa figura está marcada a velocidade de serviço.

Figura 6. Gráfico (Resistência Total x Velocidade)

148


3.6. Programa Maxsurf

Para quesitos comparativos das resistências ao avanço e da potência requerida foi utilizado para este trabalho o programa computacional Maxsurf. Maxsurf é um programa para modelagem de superfícies, empregado basicamente na engenharia naval. Possui vários módulos, sendo os mais importantes: Hidromax que calcula as curvas hidrostáticas, a estabilidade e a resistência longitudinal da embarcação; Hullspeed com recursos para a determinação da resistência ao avanço e da potência requerida do casco de navios; Seeaking que simula condições reais de serviço da embarcação no mar. Neste trabalho foi utilizado somente módulo Hullspeed do Maxsurf na versão 11.03.

3.7. Comparativo entre o método analítico e método computacional

O modelo da embarcação do tipo “PSV – Platform Supply Vessel” e está apresentada na Figura 7, conforme desenhada no Maxsurf.

Figura 7. Modelo da embarcação em estudo

Foi selecionado o método de cálculo de Holtrop, já tendo sido obtidos os arquivos de base. A seguir, definiu-se o intervalo de velocidades para cálculo, de 7 a 14 nós. O último parâmetro a ser definido foi a eficiência total de 63,91%.

Após todas as definições, o programa fornece os resultados das resistências que foram comparados com os cálculos efetuados, como mostra a Figura 8.

149


Figura 8. Comparativo das resistências entre os métodos

3.8. Comparativo com outros tipos de cascos utilizando o método computacional

Somente para fins comparativos, foram analisados mais 2 cascos, nomeados aqui como Casco 2 e Casco 3, ambos com as mesmas características principais do modelo já estudado, e que são: comprimento total (L) = 63,95 m; comprimento entre perpendiculares (L

PP) = 61,10 m; boca (B) = 14,80 m;

calado (T) = 3,906 m; pontal (P) = 4,60 m.

A diferença fundamental entre os cascos esta baseada na “forma”, onde os coeficientes C

B, C

M, C

P, C

WP, que por sua vez influem diretamente no

deslocamento da embarcação.

Os coeficientes de forma não variam muito para navios de mesmo tipo, na figura 9 são apresentados valores médios aproximados segundo Fonseca (2002a), que podem ser considerados como valores típicos.

150


Figura 9. Valores típicos aproximados para os coeficientes de forma

Neste caso, para expressar maiores diferenças nos resultados, deveria se comparar tipos de navios diferentes, porém o interesse é demonstrar que o casco selecionado apresenta o melhor desempenho entre os demais em estudo nessa seção.

Cascos adicionais analisados Cascos adicionais analisados

Figura 10. Modelo do casco 2 Figura 11. Modelo do casco 3

Após as análises dos resultados, construiu-se um gráfico (Figura 12) comparativo com os valores das resistências para os Cascos 2 e 3 (Figura 10 e 11) respectivamente, inclui-se também os valores de resistência encontrados para o casco selecionado para este trabalho, conforme Figura 8.

Conclui-se que a embarcação selecionada apresenta um melhor desempenho em comparação com as demais, por possui as menores resistências ao avanço. Vale ressaltar que tal comparação é válida somente para os resultados das resistências totais ao avanço, a partir da velocidade de 7 nós.

151


Figura 12. Comparativo das resistências com cascos semelhantes

4. CONCLUSÃO

Mediante a pesquisa de embarcações que efetuam o mesmo tipo de serviço, foi desenvolvida uma verificação de desempenho entre três cascos, onde foram demonstradas, analiticamente e computacionalmente, que o casco utilizado para o estudo apresenta melhores condições de navegabilidade e resistência ao avanço. Com este resultado, pode-se selecionar o conjunto de força necessário para que a embarcação se desloque na velocidade de serviço de 12 nós.

REFERÊNCIAS

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FONSECA, Maurílio M., Arte Naval: Volume 1. 6ª edição. Rio de Janeiro: Serviço de Documentação da Marinha, 2002a.

152


_________, Arte Naval: Volume 2. 6ª edição. Rio de Janeiro: Serviço de Documentação da Marinha, 2002b.

HOLTROP, J.; MENNEN G. G.J., “A Statistical Power Prediction Method”, International Shipbuilding Progress, v. 25, out. 1978.

____________________________, An Aproximate Power Prediction Method, International Shipbuilding Progress, v. 29, p. 166-170, jul. 1982.

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SHAMES, Invirg H., Mecânica dos f luídos: Princípios básicos. Tradução Mauro O. C. Amorelli. 3ª edição. São Paulo: Edgard Blücher, 1977.

WIKIPEDIA, Froude Number, Rio de Janeiro, 30 abr. 2011. Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Froude_number >. Acesso em: 30 abr. 2011.

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_________, Platform Supply Vessel , Rio de Janeiro, 25 abr. 2011. Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Platform_supply_vessel>. Acesso em: 25 abr. 2011.

_________, Sistema de Posicionamento Dinâmico, Rio de Janeiro, 19 abr. 2011. Disponível em:

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153

ESTUDO DINÂMICO DE UM ROBÔ ESPACIAL ARTICULADO (ANTROPOMÓRFICO)

Wairy Dias Cardoso1

Max Suell Dutra2

1 Universidade Gama Filho – Departamento de Engenharia MecânicaEndereço: Rua Manoel Vitorino 553, PiedadeCEP – 20740-280; Rio de Janeiro; [email protected]

2 COPPE - UFRJ, Programa de Engenharia MecânicaGrupo de Projeto de Máquinas e RobóticaEndereço: Caixa Postal 68503CEP –21945-970; Rio de janeiro; [email protected]

Resumo: O presente trabalho visa modelar e estudar a dinâmica de um robô espacial articulado (antropomórfico) analisando o torque produzido em suas juntas analiticamente para as possíveis configurações de trabalho. O robô articulado se movimenta através de rotações e apresenta um espaço de trabalho mais complexo, tornando-o adequado para vários tipos de operações.

Palavras-chave: Mecânica, Robótica, Mecatrônica

154


1. INTRODUÇÃO

A Robotic Industries Association (RIA) define robô industrial como um “manipulador multifuncional programável, projetado para movimentar materiais, partes ferramentas ou peças especiais de diversos movimentos programados, para uma variedade de tarefas” ou ainda definidos pela norma ISO como sendo “uma máquina manipuladora, com vários graus de liberdade, controlada automaticamente, reprogramável, multifuncional, que pode ser fixa ou móvel para utilização em aplicações de automação industrial” (Romano – 2002) [1] , [6]

2. ROBÔ ARTICULADO OU ANTROPOMÓRFICO

Robô articulado ou antropomórfico na configuração apresentada exige três juntas de rotação. O eixo de movimento da junta de rotação da base é ortogonal ás outras duas juntas de rotação que são simétricas entre si. Tal configuração é a que permite maior mobilidade aos robôs e o seu volume de trabalho apresenta uma geometria mais complexa em relação ás outras.

Um manipulador robótico é um dispositivo que tem por função posicionar e orientar um mecanismo existente em sua extremidade. É constituído de um conjunto de elos conectados através de juntas, que formam um braço mecânico [1].

Denomina-se vinculo (elo) a extensão longitudinal da haste que ligada pela junta (eixo) a outro vínculo compõe o braço mecânico.

Os atuadores são componentes que convertem energia elétr ica, hidráulica ou pneumática, em trabalho mecânico. Através dos sistemas de transmissão a energia mecânica gerada pelos atuadores é enviada aos elos para que os mesmos se movimentem.

Os atuadores podem ser hidráulicos e pneumáticos tendo a forma de cilindros para gerar os movimentos lineares, ou motores para proporcionar deslocamentos angulares.

155


Fig. 1. Robô articulado

2.1. Configuração de trabalho

Na conf iguração de trabalho, analisaremos a Dinâmica deste manipulador que possui três juntas de rotação. Uma junta de rotação que está na base (plano XY) e as outras duas são simétricas entre si, perpendiculares ao plano XY.

Fig. 2. Robô articulado e as coordenadas consideradas

156


O envelope de trabalho é a forma geométrica que envolve o volume de trabalho e inclui todos os pontos que podem ser alcançados pela ferramenta.

Qualquer objeto ou operação a ser alcançada ou realizada pelo robô deve estar localizado dentro do envelope de trabalho do robô.

O volume de trabalho do Robô articulado pode ser escrito como [3]

321 )(

34 llV para 21 ll

])()[(34 3

213

21 llllV , para 21 ll

Sendo os comprimentos dos elos (Fig. 5)

Fig. 3. Robô articulado e seu volume de trabalho

2.2. Modelagem Dinâmica

No robô articulado (ou antropomórfico) as três juntas são de rotação e sua geometria está em função dos ângulos , [2] [3] [5]

Na modelagem em questão, o centro de massa não está no centro da barra indicando um perfil diferenciado ao longo da mesma. (Fig.4)

157


Fig. 4. Robô articulado e sua representação geométrica.

Analisando o elo 1, as coordenadas do centro de massa 1 (CM1) serão:

; ; (1)

Assim, podemos fixar a velocidade vetorial no centro de massa 1

ou (2)

(3)

158


Fig. 5. Representação geométrica com suas coordenadas cartesianas

Podemos agora obter o módulo da velocidade que será um dos termos da energia cinética.

Substituindo as equações das coordenadas do centro de massa (1) na equação da velocidade (3), obtêm-se:

] (4)

A energia cinética no elo 1, no seu centro de massa é

(5)

Substituindo em função da velocidade tangencial 111 cc lv na equação (5) obtêm-se a energia cinética no centro de massa do primeiro elo.

(6)

159


O comportamento dinâmico de um manipulador pode ser descrito por um conjunto de equações diferenciais chamadas de equações dinâmicas do movimento que é denotado pelo sistema lagrangeano em função do torque como escrito a seguir: [4], [8], [9].

(7)

Na dedução, ao derivarmos a expressão 1222

11 cos)21( Ilm cc observa-

se que ela representa a inércia no elo 1 em relação ao eixo z. Esta inércia multiplicada pela aceleração angular do elo é que nos dá o torque requerido pelo produto da aceleração. O segundo termo é denominado força de Coriolis.

Derivando o termo do lagrangeano (7) em função do deslocamento angular 0 ,

(8)

obtêm-se:

(9) Fazendo o mesmo para o termo que indica a velocidade angular

0

(10) têm-se:

(11)

Derivando (11) em relação ao tempo

(12)

(13)

160


Substituindo os termos 0

1

k

da equação (9) e

0

1

kdtd da equação (13) na

equação de Lagrange (7), surge a equação do torque no motor situado no

plano xy.

(14)

Façamos a mesma análise para o torque no elo 1,

(15)

Derivando em relação a 1

(16)

(17)

Derivando em função da velocidade angular 1

(18)

(19)

Derivando a equação anterior em relação ao tempo, vem:

(20)

O torque requerido no elo 1, é obtido se substituindo as equações (20) e (17) na equação (15)

(21)

(22)

161


A análise do elo 2 requer as coordenadas espaciais em relação ao seu centro de massa (CM2) de acordo com a figura 5 .

Levando em consideração a direção positiva de rotação conforme a figura 6, tem-se os valores

Fig. 6. Representação geométrica da direção positiva dos ângulos

(23)

(24)

(25) Teremos então a velocidade no CM2 na forma vetorial

(26)

E na sua forma escalar

(27)

162


Derivando as equações das coordenadas espaciais obtidas (23), (24), (25) e substituindo na equação anterior (27), obtêm-se.

(28)

Sendo então pela equação (4)

o que nos leva a concluir . Seguindo a mesma

lógica em função das deduções anteriores, a geometria se mantém a mesma

para o elo 2 portanto podemos escrever

(29)

Logo a energia cinética no elo 2 será

(30)

Aplicando a equação de Lagrange (31).

(31)

Derivando e substituindo os devidos valores (30), encontramos o resultado

(32)

163


Usando os mesmos argumentos matemáticos anteriores se obtêm o resultado para os torques e

(33)

(34)

Em relação ao campo gravitacional observa-se a seguinte avaliação em função da energia potencial

(35)

As componentes em função do campo gravitacional que atuam nas juntas 1 e 2 são obtidas derivando as equações (36) e (38)

(36)

(37)

(38)

(39)

O torque total em cada junta, será a soma dos seus componentes

; ; (40)

O torque , da equação (43)é o torque localizado no plano xy na base do robô onde não temos elos logo a velocidade tangencial é 00 v , portanto, só existe velocidade angular.

164


; ; (41)

(42)

(43)

3. TORQUE OBTIDO NA BASE , JUNTA 1 E JUNTA 2 DO ROBÔ.

Agora podemos formalizar o torque total em cada junta tal como na numeração da Fig.5

Fig. 5. Representação do torque em cada junta

165


O torque na base será representado por 0T onde:

O torque na junta 1 situada na base do primeiro elo será 1T ,

O torque na junta 2 situada entre os elos 1 e 2 é 2T .


Nos robôs modernos, o operador humano é substituído por um dispositivo programável, que controla os movimentos do equivalente mecânico do manipulador. Robôs normalmente desempenham tarefas em vários ambientes, dentre os quais em nosso caso se incluem ambientes industr iais. Um robô industr ial é um manipulador programável, multifuncional, projetado para mover materiais, peças ou ferramentas por meio de movimentos programados para o desempenho de uma variedade de tarefas.

166


Os atuadores são componentes que convertem energia elétr ica, hidráulica ou pneumática, em potência mecânica. Através dos sistemas de transmissão a potência mecânica e por conseguinte, o torque gerado pelos atuadores é enviado aos elos para que os mesmos se movimentem.

A importância do cálculo do torque se faz notar pelo fato de que é necessário para dimensionar no projeto do robô, o tamanho dos elos (braços), a potência do conjunto motriz (atuadores), a velocidade de operação, o volume de trabalho e o equilíbrio do sistema.


Romano V. F., Robótica Industrial : Aplicação de Manufatura e de Processos, Editora Edgard Blucher LTDA, 2002.

Eugene I. Rivin, Mechanical Design of Robots, McGraw-Hill Book Company, 1988.

Henderson, Harry, Modern Robotics ; Building Versatile Machine – 2006

Richard M. Murray, Zexiang Li, S. Shankar Sastry, A Mathemathical Introduction to Robotic Manipulation, CRC Press, 2000

Barrientos A.,Penin L.F., Balaguer C., Aracil R.– Fundamentos de Robótica –McGraw-Hill, Madri,1997

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Roberto A. Tenenbaum, Fundamentals of Applied Dynamics, Springer Verlag, 2004

Smirnov V.; Cours de Mathématiques Supérieures; Editions Mir , 1970

167

OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA FERRAMENTA PARA SOLDAGEM DE UM TUBO DE EXAUSTÃO DE HELICÓPTERO

Adriana Cruz do Bonfim Pires1

Amândio Marques da Costa Junior1

1 Un iver sidade Ga ma Fi l ho (UGF), Cur so de Engenharia MecânicaRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – RJ

Resumo: O objetivo deste trabalho é otimizar o processo de fabricação de uma ferramenta utilizada no processo de soldagem do tubo de exaustão de um turbomotor de helicóptero. Uma vez que a qualidade da soldagem é um pré-requisito fundamental na indústria aeroespacial, a rapidez no processo também é fundamental no mundo globalizado e dinâmico de hoje. A exigência de soldagem de maior qualidade em um menor intervalo de tempo parece contraditória e um problema de engenharia de difícil solução. Como uma forma de tentar solucioná-lo, foi elaborada uma ferramenta que garantisse a concentricidade entre a parte soldada e o tubo de exaustão de um turbomotor de helicóptero. Portanto, foram realizadas análises comparativas de duas soluções: o processo de usinagem convencional e o processo de usinagem CNC (Comando Numérico Computacional), que se mostrou o mais adequado.

Palavras-Chave: Processo de fabricação, Soldagem, Usinagem CNC, Indústria Aeroespacial.

168


1. INTRODUÇÃO

A relevância de otimizar o processo de fabricação de uma ferramenta que facilite o reparo por soldagem do tubo de exaustão de um turbomotor de helicóptero, está no fato de que o nível de exigência da qualidade da soldagem na indústria aeronáutica é bastante alto, visto que um problema com a soldagem na turbina de um helicóptero comercial durante um voo pode colocar a segurança do usuário em grande risco.

2. FUNCIONAMENTO DO TURBOMOTOR DE HELICÓPTERO

O turbomotor de um helicóptero transforma a energia contida no combustível e no ar em energia mecânica na árvore de transmissão.

As características principais do turbomotor são (ARRIEL, 2008):

- Tipo: turbina livre com saída dianteira através de um eixo externo;

- Potência: de 480 a 560 kW de acordo com as versões;

- Velocidade da turbina do gerador de gás (N1): aproximadamente 52.000 RPM (conforme a versão), sentido de rotação anti-horário;

- Velocidade da Turbina livre (N2): 41.586 RPM a 100%, sentido horário;

- Velocidade de eixo de saída: 6.000 RPM a 100%, sentido horário (exceto a versão 1S1).

É importante observar que os sentidos de rotação aqui apresentados foram considerados para um observador vendo o rotor pela parte traseira.

A Figura 1 mostra os componentes principais de um turbomotor (ARRIEL, 2008) que são:

- Gerador de gás;

- Compressor axial (módulo 2);

- Seção HP (Módulo 3);

- Compressor centrifugo;

- Câmara de combustão anular;

- Dois estágios de turbina;

- Turbina livre de um estágio (módulo 4);

169


- Escapamento;

- Caixa de redução (módulo 5);

- Eixo de transmissão e caixa de acessórios (módulo 1).

Figura 1. Componentes principais de um turbomotor.

O motor produz potência transformando a energia do ar e do combustível em energia mecânica no eixo. O processo compreende a compressão, combustão, expansão e transmissão de potência.

Na compressão o ar ambiente é comprimido por um compressor axial de sobrealimentação e um compressor centrífugo. Esta fase é essencialmente caracterizada pelo f luxo de ar (aprox. 2,5 kg/s) e uma razão de compressão (aprox. 8,2). (ARRIEL, 2008)

Na combustão o ar comprimido é admitido dentro da câmara de combustão, misturado com o combustível e queimado em um processo contínuo. O ar é dividido em dois f luxos:

- O fluxo primário para a combustão;

- O fluxo secundário para resfriamento dos gases.

Esta fase é essencialmente caracterizada pelo aumento de temperatura (temperatura da queima de aprox. 2.500 ºC e temperatura da turbina de aproximadamente 1.100 ºC) e queda de pressão de aproximadamente 4%.

Na fase de expansão o gás se expande na turbina do gerador de gás. Esta turbina extrai a energia necessária para o acionamento do

MÓDULO M02COMPRESSOR AXIAL

MÓDULO M03PARTE DE ALTA PRESSÃO

DO GERADOR DE GÁS

MÓDULO M04TURBINA LIVRE

MÓDULO M05REDUTOR

MÓDULO M01ÁRVORE TRANSMISSÃO E

CAIXA DE ACESSÓRIOS

170


compressor e demais acessórios (rotação de N1: 52.000 RPM, sentido anti-horário). Durante esta fase, a pressão e a temperatura do gás diminuem, enquanto a velocidade aumenta. A turbina livre extrai a energia dos gases para acionar a árvore de transmissão (rotação N2: 41.586 RPM, sentido horário). Após a turbina livre, o gás é expelido do motor pelo duto de escapamento, criando um pequeno empuxo residual. (ARRIEL, 2008)

A potência é transmitida através da caixa de transmissão externa. Conforme a Figura 2 (ARRIEL, 2008), o f luxo de ar segue as seguintes estações de referência:

0- Entrada de ar;

1- Entrada de compressão axial;

1- Saída do compressor axial;

2- Saída do compressor centrífugo;

3- Entrada da turbina;

4- Saída da turbina do gerador de gás;

5- Saída da turbina livre.

A turbina livre transforma a energia dos gases fornecidos pelo gerador de gás em potência mecânica para acionar o redutor. O funcionamento é caracterizado pela segunda fase da expansão.

Os gases produzidos no gerador de gás f luem através do distribuidor. No distribuidor, a velocidade aumenta em razão da seção de passagem convergente. Em seguida, os gases são evacuados para o exterior pelo escapamento.

De acordo com a Figura 3, o funcionamento é caracterizado por:

- Sentido de rotação: horário;

- Temperatura de entrada na turbina: 880 ºC;

- Potência extraída: conforme a versão.

O tubo de exaustão dá continuidade à fase de expansão e evacua os gases para o exterior. Ele se localiza atrás da turbina livre, em torno do redutor.

As suas características principais são (ARRIEL, 2008):

- Tipo: elíptico;

- Elemento não incluído em módulo;

- Temperatura dos gases: 600 ºC;

- Tração residual: 15 DaN.

171


Os seus elementos principais são o tubo de exaustão e a proteção térmica.

É importante ressaltar que o duto de escapamento é considerado como um SRU (Shop Replaceable Unit = elemento substituível em oficina). (ARRIEL, 2008)

Figura 2: Fluxo de ar.

Figura 3. Funcionamento da Turbina Livre.

TRANSMISSÃO DE POTÊNCIAPotência transmitida à tomada de movimento por um resutor de velocidade e um eixo de acionamento exterior

ESCAPAMENTO

Valores dados para informação a um

regime de referência

FLUXO DE AR2,5 kg/s(5,5 lbs/s)

Ar Primário

Gts

Ar secundário

Empuxo Residual= 15 daN (33lbs)

P kPa(PSI)

t 0C(0F)

v

2500(4532)

ENTRADADE AR COMPRESSÃO COMBUSTÃO EXPANSÃO ESCAPAMENTO

0 1 10 2 3 4 5

GÁS PROVENIENTE DA TURBINA DO GERADOR DE GÁS (880 0C/ 1616 0F)

DISTRIBUIDOR RODA DE TURBINA

EXPANSÃO DODISTRIBUIDOR

EVACUAÇÃO DOS GASES PARA O

EXTERIOR

ACIONAMENTO DO REDUTOR

(CW)

ROTAÇÃO DA RODADE TURBINA

172


A Figura 4 (ARRIEL, 2008) mostra um duto de escapamento. O escapamento de forma elíptica é um conjunto caldeirado e feito de aço inoxidável. É montado por parafusos, juntamente com o cárter turbina livre, sobre a f lange traseira da blindagem da turbina livre. Uma proteção térmica é interposta entre o duto o redutor a fim de proteger o redutor contra radiação térmica. O duto possui um dreno situado em sua parte inferior.

Figura 4. Duto de escapamento.

Para compreender o funcionamento, é necessário notar que os gases evacuados ao exterior possuem certa energia, a qual produz uma pequena tração residual de aproximadamente 15 daN. O surgimento de distorções e deformações no tubo de exaustão é comum e praticamente inevitável devido ao aquecimento (ARRIEL, 2008).

4. MANUTENÇÃO DO DUTO DE ESCAPAMENTO

No decorrer da vida útil do tubo de exaustão (Figura 5), ele sofre perda de resistência mecânica, devido à sua ovalização (Figura 6) e é

PROTEÇÃOTÉRMICA

DUTO DEESCAPAMENTO

GÁS PROVENIENTE DA TURBINA LIVRE

DESCRIÇÃO DRENAGEM FUNCIONAMENTO

ESCAPAMENTO DE GASES PARA

O EXTERIOR(600 0C : 1080 0F)

TRAÇÃO RESIDUAL (15daN / 33lbf)

173


necessário soldá-lo através do processo TIG. Este processo é executado por dois soldadores, conforme a Figura 7. Para facilitar a soldagem do tubo de exaustão do turbomotor foi fabricada uma ferramenta (gabarito), inclusive para garantir a concentricidade entre as peças e a confiabilidade da solda. (PIRES, A. C. B, 2011)

Figura 5. Escapamento do turbomotor.

Figura 6. Parte danificada, aguardando manutenção.

Figura 7. Soldagem do duto de exaustão antes da utilização do gabarito.

174


A ferramenta (Figura 8) designada por “Fer ramenta para garantia da concentricidade entre o Ferrule (arco de metal, Figura 9) e o tubo de exaustão” é utilizada confome mostra a Figura 10. Em seguida é feita a soldagem de acordo com a Figura 11. A Figura 12 mostra o tubo de exaustão soldado. (PIRES, A. C. B, 2011)

Figura 8. Ferramenta com a ponteira.

Figura 9. Ferrule, arco de metal que é substituído no processo de soldagem.

Figura 10. Ferramenta com a ponteira marca a parte a ser retirada para solda.

175


Figura 11. Soldagem utilizando a ferramenta com a peça tripartida ajustada no tubo de exaustão.

Figura 12. Tubo de exaustão soldado utilizando a ferramenta com a peça tripartida.

5. ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE USINAGEM CNC E CONVENCIONAL

Utilizar uma máquina CNC não significa substituir o operador por um computador. As únicas diferenças em questão de produtividade são o tempo de produção e a repetibilidade das peças. Pode-se até entender que o ganho do CNC sobre o convencional não é tão grande, porém isso é um grande equívoco, pois a partir do advento do CNC foi possível criar peças com geometrias de extrema complexidade em pouco tempo.

Neste sentido, possuir máquinas convencionais ou CNC, está diretamente relacionado entre ter perspectivas ou não para o futuro. Outro ponto importante é a redução nos preços das máquinas CNC, pelo próprio aumento da demanda.

É importante planejar muito bem quando se deseja implantar máquinas CNC em um parque pré-existente de máquinas convencionais, ou mesmo,

176


montar um parque de máquinas CNC a partir do zero. O lucro é certo, se toda estratégia for bem estipulada.

Na usinagem convencional o operário é o principal elemento do sistema de produção, pois cabem a ele as decisões sobre a execução do trabalho. Diante da máquina o operador recebe: a ordem de produção; o desenho da peça; os dispositivos de fixação e instrumentos de medição; as peças em bruto ou semiacabadas; e as ferramentas a serem utilizadas. (FERRARESI, 1970)

Com base nestas informações, cabe ao operador as tarefas de interpretar, decidir, executar, controlar e informar sobre o trabalho a ser realizado. Desta forma, a eficiência do processo produtivo depende diretamente da experiência do operador. Operadores de máquina mais experientes realizam o trabalho com maior facilidade que operadores iniciantes.

Já na usinagem CNC, o número de informações é bem maior, pois o operador recebe: a ordem de produção; toda a documentação da peça a ser usinada, desenhos, planos de fixação, listas de ferramentas, etc.; os dispositivos de fixação e instrumentos de medição; as peças em bruto ou semiacabadas; o programa CNC preparado no escritório, com todos os dados de corte, sequência de movimentos da máquina, funções auxiliares, etc.; e as ferramentas montadas e posicionadas no porta ferramentas da máquina (estas ferramentas são trocadas automaticamente pela máquina CNC, comandadas pelo programa CNC).

Assim, na usinagem CNC, cabem ao operador as tarefas de executar e informar sobre o serviço, reduzindo o tempo de preparação da máquina. As tarefas de interpretação e decisão são realizadas antes da usinagem, pelo programador de CNC. A tarefa de controle pode ser feita pela própria máquina, e em casos específicos pelo controle de qualidade da empresa.

Além da economia no processo de usinagem, o CNC fornece uma série de vantagens quando comparado aos métodos de usinagem convencionais: aumento na produtividade; facilidade de programação e controle de produção; troca automática de velocidades; redução de custos em controle de qualidade; aumento da qualidade; padronização de ferramentas; ferramentas intercambiáveis; alta versatilidade de operações; aumento do controle em operações complexas; possibilidade de simulações de usinagem; redução da quantidade de máquinas; aumento da vida útil de máquinas e ferramentas; aumento do controle sobre desgaste de ferramentas; alta f lexibilidade de produção; aumento da repetibilidade das peças; maior segurança do operador; redução do custo e produção mais rápida de protótipos de peças.

177


Algumas desvantagens do CNC são: o alto custo de implantação (custo inicial); a mão de obra qualificada para manutenção e programação; e a maior exigência de organização entre os setores da empresa.

6. RESULTADOS E ANÁLISE DOS RESULTADOS

O resultado obtido pela análise comparativa entre os processos CNC e convencional de usinagem da ferramenta foi que a tecnologia CNC trouxe vantagens como velocidade, precisão, repetibilidade e flexibilidade. Mas, ao contrário do que se pode pensar, estas vantagens só têm efeito após a peça piloto ter sido usinada. Isto ocorre devido ao tempo necessário para se obter uma única peça através do CNC. Entretanto, a qualidade da fabricação de geometrias complexas superam as expectativas da usinagem convencional.

7. CONCLUSÕES

De acordo com o objetivo do trabalho, a fabricação de uma ferramenta otimizou o processo de soldagem no reparo do tubo de exaustão de um turbomotor de helicóptero. Além disso, concluiu-se, por meio de uma análise comparativa do processo de fabricação convencional e do processo de fabricação por máquina CNC da ferramenta, que o CNC mostrou-se o mais adequado.


ARRIEL, Manual de familiarização ARRIEL 1, 2008.

PIRES, A. C. B. Processo de fabricação de uma ferramenta para soldagem do tubo de exaustão. Rio de Janeiro, 2011. Trabalho de Conclusão de Curso - Universidade Gama Filho.

FERRARESI, D. Fundamentos de usinagem. Ed. Edgard Blücher LTDA, 1970.

179

O CONJUNTO DE CANTOR E A GEOMETRIA FRACTAL

Gisélia Clarice Eirado de Almeida

Universidade Gama Filho, Curso de Licenciatura em MatemáticaRua Manuel Vitorino s/nº PiedadeCEP 20740-900 – Rio de Janeiro - [email protected]

Resumo: Este artigo apresenta uma breve visão histórica dos trabalhos de Georg Cantor e sua interessante e não intuitiva construção de seu conjunto de pontos, que já apresenta as propriedades de um fractal, décadas antes de Benoit Mandelbrot (1974), e propõe uma oficina Matemática.

Palavras-Chave: Conjunto de Cantor, Fractais.

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1 INTRODUÇÃO

Cantor, descendente de pais imigrantes cristãos, de ascendência judia, da Dinamarca, desenvolveu forte interesse pelos argumento sutis dos teólogos medievais sobre a continuidade e o infinito. Seus trabalhos estão em conexão com a expressão “números reais”, no entanto, suas mais originais contribuições centram-se no “infinito”.

Original, criativo e incrível matemático russo de S. Petersburgo (1845 – 1918), Georg Cantor, embora tenha vivido na Alemanha, possuía uma inteligência que o permitiu desvendar verdadeiros monstros em Matemática, em virtude de possuir capacidade para descobrir propriedades matemáticas não intuitivas, com alguns resultados na teoria dos conjuntos de pontos tão paradoxais, que em 1877 escreveu a seu amigo Dedekind: “Eu vejo isso, mas não acredito”. Temeroso de estar cometendo algum engano, solicitou ao amigo que conferisse os resultados.

Igualmente criativos Helge von Koch (1870 – 1924) e Waclaw Sierpinski (1882 - 1969), David Hilbert (1862 - 1943), Giuseppe Peano (1858 – 1932), dentre outros, que segundo Boyer: “ o século dezenove observara alguns casos patológicos na álgebra, análise e geometria, mas foi no século vinte que anomalias e paradoxos surgiram de todos os lados.

2. CONJUNTO DE CANTOR

Cantor constrói seu conjunto a partir do segmento de reta no intervalo [0,1], utilizando um processo recursivo, Figura 1, segundo Flake.

Figura 1. Segmento de reta no intervalo [0, 1]

Dividir o segmento em três parte iguais, remover o segmento do meio, deixar os segmentos das pontas e marcar o extremo interno de cada segmento com pontos, figura 2.

181


Figura 2. Primeira divisão do segmento [0, 1].

Novamente, os dois segmentos obtidos deverão ser dividos, cada um, em três partes iguais, descartar o segmento central de cada um e marcar o ponto extremo interno com , Figura 3.

Figura 3. Segunda divisão do segmento [0, 1].

Efetuar a terceira divisão nos segmentos obtidos na figura 2, para construir a idéia do processo recursivo de Cantor, Figura 4.

Figura 4. Terceira divisão de Cantor do segmento [0, 1].

Os poucos pontos construídos e rotulados, à medida que foram sendo construídos, pelo processo geométrico recursivo, revelou que é possível ordená-los, da esquerda para direita, e definir uma aplicação do conjunto de pontos extremos de Cantor no conjunto dos números naturais, Figura 5.

182


Figura 5. Aplicação de Cantor.

É possível reescrever o conjunto dos pontos extremos de Cantor, observando que cada ponto extremo rotulado no segmento é o inverso da potência de três. O que significa que os pontos extremos podem ser representados por números na base três ou base ternária. A mais conhecida é a base binária, base dois, a ternária é similar à base binária só que se usa o três, ao invés do número dois.

O sistema de numeração de base 10 decompõe qualquer número em um polinômio com potências de 10. Por exemplo, o número 25.498 é decomposto, no sistema decimal:

No qual são usados apenas os dígitos de 0 a 9 como coeficientes das potências de dez. A base 3 ou ternária é similar à base dez. É possível decompor os pontos extremos de Cantor nesta base, quando serão utilizados os dígitos, 0, 1,e 2, tabela 1, abaixo. Por exemplo, o número 25 é decomposto na base ternária como: 25 = 2.(3)² + 2.(3) + 1, então, escreve-se:

183


Tabela 1. Conjunto dos pontos extremos de Cantor na base ternária.

É possível observar na tabela 1, ainda, que na potência 13 há dois pontos extremos; na potência 23 há 4 = 2² pontos extremos; na 33 há 8 = 2³ pontos extremos e assim sucessivamente. Portanto, é possível inferir que na n-ésima divisão ternária do segmento [0, 1], haverá n2 pontos extremos de Cantor, por exemplo.

O conjunto dos pontos extremos de Cantor pode ser escrito na base ternária por:

0 1 0,1 0,2 0,01 0,02 0,21 0,22 0,001 0,002 0,021 0,022 0,201 0,202 0,221 0,222

Pode-se, ainda, fazer a representação geométrica do conjunto de pontos extremos de Cantor no segmento [0, 1], usando a notação ternária, Figura 6.

Figura 6. Diagrama geométrico do conjunto de Cantor na base ternária.

184


Observa-se, no entanto, que os números ternários que estão estritamente entre, por exemplo, os extremos internos ternários 0,1 e 0,2 não são pontos extremo do conjunto dos pontos de Cantor. Assim, nem todo número ternário é um ponto extremo do conjunto de Cantor. Logo é necessário definir uma regra geral.

Por outro lado, séries infinitas de números racionais, na base decimal, revelam um truque. Especificamente, para alguns números racionais se constroem múltiplos em expansão decimal que são evidentemente distintos, mas numericamente equivalentes. Por exemplo, escrever que 1 = 9,0 , o que também não é intuitivo, mas de fato o são, isto é, . Mas esta anomalia não é uma misteriosa falha na propriedade dos números, mas um artifício das diversas formas possíveis de representá-los.

Retornando aos pontos extremos do conjunto de Cantor, tem-se um equivalente similar na base ternária, na qual 0,1 = 20,0 . No entanto, qualquer número ternário entre 20,0 e 0,2 não esta no conjunto de Cantor, observe a Figura 6.

Abaixo estão listados todos os números obtidos das três divisões sucessivas feitas por Cantor no segmento [0,1], mas que não estão na lista dos pontos extremos de Cantor. O objetivo é encontrar alguma regularidade quando estes pontos estão escritos na base ternária.

A tabela 2, abaixo, apresenta na base ternária alguns números obtidos no segmento [0,1]. Os que não são de Cantor estão sombreados em cinza.

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Tabela 2. Conjunto de pontos na base ternária que não são de Cantor.

Qual é então a regularidade observada na base ternária nos pontos que não são de Cantor? Obviamente são aqueles que sempre apresentam 1s.

Torna-se claro que em algum momento todos os números estritamente entre os dois ternários 20,0 e 0,2 – que não são de Cantor - devem ter o 1 assumindo uma posição em algum lugar no meio da sequência de dígitos. Raciocínio análogo vale para os pontos extremos: 0,002 = 0,02; 0,202 = 0,22. O número de pontos extremos do conjunto de Cantor é infinitamente contável porque é possível enumerá-los. Também se pode escrever: 0,2 =

02,0 , então, na base ternária todos os pontos do conjunto de Cantor gozam da propriedade de terminarem em sequências de uma infinidade de dois ou uma infinidade de zeros. Portanto, àqueles ternários com sequências infinitas de uns, não são pontos do conjunto de Cantor. Embora todos os ternários que podem ser escritos sem usar um 1 no final, são de fato, um pequeno subconjunto. Há muitos pontos na reta real que podem ser escritos sem usa o 1, mas que não finalizam com 0....uo2.... . Flake exemplifica este fato com o ternário:

0,020022000222000022220000022222.....

Na verdade há tantos pontos no conjunto de Cantor quantos são os pontos na reta real.

186


No início do artigo o conjunto de Cantor foi construído em passos que corresponderam a sucessivas divisões do segmento [0,1]. Cada divisão numerada como n = 0, 1, 2, 3, ... . Iniciou-se pelo segmento de reta com

nenhuma divisão, n = 0. Foi visto que na primeira divisão houve 2 pontos

de Cantor, cada segmento com 31

de extensão; na segunda 4 = 2² pontos de

Cantor, cada segmento com 231

de extensão, ... ; na n-ésima n2 pontos de

Cantor, cada segmento com extensão n31

. Entretanto, para qualquer divisão

n a extensão dos segmentos remanescente é n

nn

32

31x2

. Mas se o número

de divisões n é cada vez maior se aproximando do infinito, a medida do conjunto de pontos de Cantor está diminuindo, está se aproximando de zero. Assim, a extensão – medida – do conjunto de pontos de Cantor é zero.

A “anomalia” matemática está que o conjunto dos pontos de Cantor tem tantos pontos quantos os números da reta real, mas tem extensão zero, o que provocou muita perplexidade entre muitos contemporâneos de Cantor, e esta propriedade não intuitiva, de fato, inspirou outros matemáticos tais como Sierspinski, Hilbert, Koch e Peano, dentre outros, a descobrir outros monstros matemáticos.

Uma vez que o conjunto de Cantor tem medida zero, o que dizer de sua dimensão? Pode ser considerado como um ponto? Porém, não é possível esquecer que ele contém uma infinidade de pontos. No entanto, a dificuldade para determinar dimensão não é uma preocupação restrita somente a Matemática. Em 1961 o meteorologista inglês Lewis Fry Richardson deparou-se com semelhante problema quando observou que ao medir o comprimento de várias regiões costeiras, que a linha costeira parecia aumentar de tamanho sempre que ele considerava como unidade de medida um segmento cada vez menor, isto é, Richardson verificou que tais comprimentos dependiam, de forma não linear, do tamanho da escala do instrumento de medida - quanto menor a escala maior o comprimento -.

Em 1982, Mandelbrot, o pai dos fractais, analisou os dados coletados pelo pesquisador Lewis Fry Richardson e imaginou que os monstros matemáticos podiam ser classificados de modo similar. Conclui que a relação de dependência verificada por Richardson, quando analisada em um gráfico log-log , pode ser ajustada a uma reta com coeficiente linear 1-D, onde D é a dimensão fractal de Mandelbrot. Segundo Carvalho, Mandelbrot cunhou a expressão fractal para designar conjuntos que possuam uma dimensão não inteira, fracionária. No entanto, em 1986 Mandelbrot define fractal como sendo “uma forma feita de partes similares ao todo”.

187


3. GEOMETRIA FRACTAL

A necessidade de medir o tamanho de objetos para os quais os conceitos da geometria clássica falham, foram responsáveis pelos princípios fundamentais dos fractais. Fractal é uma palavra originária do latim fractus – significa, quebrado, fração – do verbo frangere, quebrar. Em 1975, o matemático francês nascido na Polônia, Bernoit Mandelbrot, descobriu a Geometria Fractal, Geometria Não-Euclidiana, que é o ramo da Matemática que estuda as propriedades e comportamentos dos fractais. Fractais são imagens belas e complexas de objetos abstratos que possuem a característica de estar presente em toda parte - ubíquo - com a propriedade do todo infinitamente multiplicado dentro de cada parte, escapando assim, para Siqueira, “da compreensão em sua totalidade pela mente humana”. Os fractais foram nomeados e não descobertos ou inventados.

Retornando ao problema da dimensão, suponha que o segmento unidade base de medida é a e que o objeto a ser medido tenha N unidades do segmento unidade base a, então o comprimento total do objeto é a x N . O objetivo é calcular de alguma forma a dimensão D de objetos fractais sem, no entanto, ignorar a infinita complexidade deles.

Considerando a dimensão D do objeto, a medida N na unidade base

a é expressa por: D

aN

1. Aplicando o logaritmo a ambos os termos

da igualdade, obtém-se log N = log D

a

1

, aplicando as propriedades de

logaritmo, tem-se: log N = D. log

a1 , e que D =

a

N1log

log. A base do log usado

no cálculo é irrelevante, uma vez que todas as bases dão o mesmo resultado.

Como visto anteriormente o comprimento do passo n da construção do conjunto

de Cantor é n2 e a unidade base na31

, então

na

3111

= n3 , portanto, a dimensão D

do conjunto de pontos de Cantor é: n

n

D3log2log

o que implica que 630928,03nlog2nlogD .

De qualquer modo, o conjunto de Cantor tem dimensão entre zero e um, assim,

é algo entre o ponto e a linha reta de geometria euclidiana.

Nos fenômenos presentes na natureza, tais como: folhas de samambaias, nuvens, linhas costeiras, formas de pequenos animais como os suaves pelos de lagartas, a forma dos corais no fundo dos oceanos.

188


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E no corpo humano: o cérebro humano, as ramificações neurais, os brônquios nos pulmões, os néfrons nos rins, dentre outros.

189


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Fica fácil perceber que nem tudo na natureza é perfeitamente descrito por linhas retas, curvas ou igualmente por fractais. Na realidade tudo é muito mais.

É interessante notar, no entanto, que o acaso e a autossimilaridade não são conceitos mutuamente excludentes. Andar ao acaso, no caso de um ébrio, ou no de uma pessoa com os olhos vendados, ou ainda, como alguém que rodopiou várias vezes por um tempo e perdeu o equilíbrio, todos geraram por processo aleatório um caminho feito de pequenos segmentos que se interligam e se repetem aleatoriamente.

190


4. O ENSINO DO CONJUNTO DE CANTOR

A proposta deste artigo é que o conhecimento matemático que se tem produzido mais recentemente, deveria, de alguma forma, ser apresentado aos alunos do ensino fundamental e médio para que eles pudessem tomar conhecimento e construir em suas mentes jovens raciocínios não intuitivos como o que foi visualizado e desenvolvido por Georg Cantor e outros ilustres matemáticos. Neste sentido, as oficinas de matemáticas, as feiras de ciências os workshops são extremamentes importantes. Além disso, é necessário que os professores destes segmentos de ensino sejam também preparados, bem como os licenciandos dos cursos de Licenciatura em Matemática.

Para Piaget, as ações humanas, e não as sensações, constituem a base do comportamento humano. Tudo no comportamento é ação, até mesmo a percepção é uma atividade e a imagem mental é uma imitação interior do objeto. O comportamento motor, verbal e mental é simplesmente, a estruturação dos movimentos do organismo em esquemas que evoluem para modelos matemáticos de grupo ou de rede, passando em seu processo genético pelos ̀ grupamentos̀ , segundo Lima apud Moreira (1999, p. 101). A teoria de Piaget não é uma teoria de aprendizagem, mas de desenvolvimento, por discordar da definição usual de “modificação do comportamento resultante da experiência”.

Para Franco (2009), o processo de construção do conhecimento ocorre devido à interação do sujeito com o que ele conhece. No entanto, o conhecimento não está garantido pela transmissão de informações, como também não se pode supor que a motivação ou a predisposição para aprender, garantem a aprendizagem. Assim, tanto a disposição do aprendiz como a forma como o conhecimento é apresentado para ele, através de exposição, videoconferência, textos, hipertextos, objetos de aprendizagem, dentre outros, são aspectos a serem considerados.

Ademais, o conhecimento não é produto da justaposição do edifico cognitivo do estudante, com o conteúdo novo que lhe é apresentado. É, na verdade, uma nova construção, uma nova interpretação, uma nova leitura que o sujeito faz a partir de sua cognição, da significação lógica e intuitiva que dá a realidade com a qual se depara, revelando ser processo ativo.

É no sentido de uma nova construção, de uma nova leitura a partir da cognição de cada aluno, que as oficinas e/ou laboratórios de Matemática propiciam maneiras de aquisição de conhecimento, que pode gerar ou não construção de conhecimento.

Sugere-se aqui uma oficina em Matemática para trabalhar as concepções de Cantor com os alunos através de material didático-pedagógico concreto,

191


quando o professor conhecedor do conteúdo, conjunto de Cantor, proporá aos alunos que o segmento [0,1] seja representado, por exemplo, por quatro tiras de papel A4, seguindo os passos abaixo:

1º Passo: estender a primeira tira sobre a mesa, superfície lisa, escrevendo no extremo à esquerda o número 0 e no à direita o 1.

2º Passo: Solicitar que os alunos dividam a segunda tira em três partes iguais, removendo a parte do meio e arrumando as duas restantes paralelamente abaixo da primeira tira, fixando-as nos extremos, à esquerda e à direta, e escrevendo no extremo interno de cada uma a fração a qual correspondem da primeira tira.

3º Passo: Pedir aos alunos que dividam a terceira tira em três partes iguais, retirando a parte do meio e separando-a. As duas partes remanescentes deverão ser dividas em três partes iguais, retirando a parte do meio. As quatro restantes deverão ser arrumadas abaixo das anteriores fixando-as em seus extremos à esquerda e à direita. Pedir para os alunos escreverem no extremo interno de cada tira a fração correspondente relativa à primeira tira.

4ºPasso: Solicitar aos alunos para dividirem a quarta tira em três partes iguais, retirando a parte do meio. As duas restantes deverão novamente ser divididas em três partes iguais retirando a do meio. As partes remanescentes deverão ser divididas em três partes iguais retirando a do meio. Das oito restantes, posicione-as, duas a duas, embaixo das anteriores que foram fixadas nos extremos, à esquerda e à direita, de cada uma, abaixo da terceira fileira de tiras. Solicitar que os alunos escrevam as frações correspondentes nos extremos internos das tiras, em relação a primeira tira.

Assim, o aluno finalizou a construção do esquema da figura 4 do texto acima. O professor dirá para eles que os elementos que foram escritos nas tiras de papel formam o conjunto dos pontos extremos de Cantor, que foi construído de forma recursiva. Solicitar, ainda, que determinem:

Quantas divisões foram feitas?

Quantos elementos - pontos - foram gerados em cada divisão?

Uma expressão para o número de elementos – pontos - gerados.

Uma expressão matemática para os denominadores das frações.

Que expressões encontrariam se fossem feitas n divisões?

Uma ordenação para os pontos de Cantor escrevendo-os da esquerda para a direita na ordem em que aparecem no esquema das divisões que ainda deverá estar sobre a mesa. Fazer a contagem escrevendo abaixo de cada elemento do conjunto de Cantor: o número 1 para o primeiro, o 2, para o segundo e assim sucessivamente.

192


Mostrar, então, que criaram uma correspondência um a um entre os pontos de Cantor e os números naturais. Questione-os: o conjunto de Cantor é finito ou infinito? Ele é enumerável?

Decompor um número na base decimal como um polinômio na potência dez. Solicitar aos alunos para escreverem um número na base binária; depois na base três expressando-os na forma polinomial. Escrever um ponto de cantor na base três, por exemplo: 7 = 2x3+1

Entregar para os alunos uma cópia da tabela1, página 5, só com os elementos de Cantor, com os cálculo em branco e solicitar que a preencham escrevendo os pontos de Cantor na base 3.

5º Passo: em quantas partes foi dividido o segmento de reta [0,1], após a três divisões efetuadas?

Solicitar que desenhem uma reta tomando, por exemplo, a extensão de altura de uma folha de papel A4 ou de caderno, marcando os 27 tracinhos sobre a reta, e escrever as frações correspondentes a cada tracinho.

Solicitar que marquem com um círculo os pontos de Cantor, assim, aqueles pontos que não foram marcados não são pontos extremos de Cantor. Fornecer uma tabela só com os pontos que não são de Cantor escritos, com os cálculos correspondentes em branco, como a tabela da página 7, para que seja preenchida na base ternária, pelos alunos.

Solicitar que observem as regularidades e em que diferem dos outros pontos de Cantor.

...........

Aqui professor você pode continuar os trabalhos dependendo do nível do público-alvo. Faça sempre a adequação, dentro da filosofia de trabalho que foi sugerida. Decida até onde você explorará o assunto com os alunos. Use PowerPoint para enriquecer a oficina com imagens de fractais.


Enfim professor, é possível criar ambientes de aprendizagem em Matemática que são extremamente interessantes, permitindo a participação

193


ativa e a interação aluno-aluno, aluno-professor, aluno-mater ial didático para trabalhar as habilidades e permitir que desenvolvam suas competências. Além disso, permitir que desenvolvam a capacidade de abstrair e pensar matematicamente, não recebendo os resultados prontos e incompreensíveis. É claro que você, professor, além de dominar o conteúdo deverá também dominar a estratégia para desenvolvê-lo, tendo o passo-a-passo bem definido para que os objetivos sejam atingidos.

Por outro lado, você professor define o nível de aprofundamento do conteúdo uma vez que só você conhece o seu público-alvo.

REFERÊNCIAS

BOYER, Carl. História da Matemática. Trad. Elza Gomide. São Paulo: Edgard Blücher, 1974.

CARVALHO, L.M. V. & DIAS, M. A. F. S. . Sensibilidades das dimensões fractais de contagem de caixas às imagens de satélite com diferentes resoluções espaciais. Disponível em: www.rbmet.org.br/port/revista/revista_dl.php?id_artigo=5083.2012 . Acesso em:

04.03.2012.

COUTINHO, L.. Convite Às Geometrias Não-Euclidianas. Rio de janeiro: Interciência, 2001.

D’ AMORE, B.. Epistemologia e Didática da Matemática. col. Ensaios Transversais. São Paulo: Escrituras, 2005.

FLAKE, G. W.. The computational beauty of nature. Computer explorations of fractais, chaos, complex systems, and adaptation. Cambridge, Massachusetts : Bradford Books, 1998.

SIQUEIRA, R. . Fractais. Arte e Ciência. Disponível em: http://www.insite.com.br/rodrigo/misc/fractal/. Acessado em: 25.jun.2009.

FRANCO, S. R. K. et al. Aprendizagem na Educação à Distância: Caminhos do Brasil. Disponível em: http://www.cinted.ufrgs.br/renote/dez2006/artigosrenote/25175.pdf . Acesso em: 09.jul.2009.

MOREIRA, M. A. . Teorias da Aprendizagem. São Paulo: E.P.U., 1999.

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ESTUDO COMPARATIVO DOS CURRÍCULOS DE MATEMÁTICA DO ENSINO FUNDAMENTAL ENTRE BRASIL E PARAGUAI

Marcelo de Oliveira Dias1

Célia Maria Carolino Pires2

1 Universidade Gama Fi lho, Depar tamento de MatemáticaRua Manuel Vitorino, 625 – Piedade20940-900 - Rio de Janeiro – [email protected]

2 Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP), Departamento de Educação MatemáticaSão Paulo - [email protected]

Resumo: O presente artigo tem como objetivo apresentar alguns resultados preliminares da nossa tese de doutorado que tem a finalidade de desenvolver um estudo comparativo sobre organização e desenvolvimento curricular na área de Educação Matemática, no Brasil e no Paraguai. Por meio de pesquisa bibliográfica, busca identificar impactos de resultados de pesquisa em Educação Matemática nos documentos oficiais dos Ensinos Fundamental e Médio desses países. Por meio de entrevistas com diferentes profissionais ligados ao tema de ambos os países, buscamos indícios sobre o processo de implementação desses documentos como também sobre os currículos efetivamente praticados nas

196


escolas. Os resultados aqui apresentados emergem da análise de documentos oficiais.

Palavras-chave: Educação Matemática, Sistemas Educativos do Brasil e Paraguai, Currículos de Matemática do Ensino Fundamental do Brasil e Paraguai.

1. INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas, a discussão curricular no Brasil foi impulsionada especialmente pelo processo desencadeado pelo Conselho Nacional de Educação e pelo Ministério da Educação, de proposição de Diretrizes Curriculares Nacionais (DCNEM) e Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNEM). Em vários outros países latino-americanos esse movimento de reorganização curricular também foi desencadeado. Pergunta-se então se há similaridades nesses processos e destaca-se a necessidade de responder à questão, em função de um contexto político, econômico e social em relação ao que a própria Constituição Federal Brasileira de 1988, no seu parágrafo único do art. 4º, ressalta, defendendo a importância de uma integração econômica, política, social e cultural dos povos da América Latina, visando à formação de uma comunidade latino-americana de nações.

Apresentamos neste ar tigo a análise dos resultados da análise documental inicial realizada em documentos oficiais e na legislação dos países pesquisados.

2. APORTES TEÓRICOS

A análise de currículos que será desenvolvida apóia-se em diferentes autores que pesquisam essa área, notadamente SACRISTÁN, para quem currículo

“é uma práxis antes que um objeto estático emanado de um modelo coerente de pensar a educação ou

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as aprendizagens necessárias das crianças e dos jovens, que tampouco se esgota na parte explícita do projeto de socialização cultural nas escolas. É uma prática, expressão da função socializadora e cultural que determinada instituição tem, que reagrupa em torno dele uma série de subsistemas ou práticas diversas, entre as quais se encontra a prática pedagógica desenvolvida em instituições escolares que comumente chamamos ensino (SACRISTÁN, 1998, p. 15-16)

Para PIRES (2011) no que diz respeito à seleção de conteúdos, alguns autores trazem contribuições importantes, como é o caso de DOLL (1997) e BISHOP (1991):

O primeiro estabelece seus quatro Rs (riqueza, recursão, rigor e relações) como critérios para def inição de um currículo pós-moderno, que são apresentados em contraposição aos três Rs (Reading, wRiting, aRithmetic) presentes no currículo estadunidense no início do século passado, enfatizando o aspecto relacionado às necessidades de mão de obra que, em geral, se restringiam à operação de máquinas que revolucionavam as indústrias da época.

Para essa autora, há ainda outros estudos que contribuem para a organização curricular, com a proposição de modelos, como o clássico currículo em espiral de BRUNER (1978), os mapas conceituais ligados às idéias ausubelianas de aprendizagem significativa, os currículos em rede, que destacam as conexões entre os temas:

Esta última proposição se diferencia dos mapas conceituais, que pressupõem uma hierarquização; os currículos em rede sugerem um desenho curricular composto por múltiplos pontos, ligados entre si por uma pluralidade de ramificações/caminhos, em que nenhum ponto (ou caminho) seja privilegiado em

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relação a outro, nem univocamente subordinado a qualquer um. Tal perspectiva implica que o processo de construção de um currículo só pode ser um processo em constante construção e renegociação, que leve em conta o princípio de metamorfose das redes. Ou seja, decisões e ações podem permanecer estáveis durante certo tempo, mas essa estabilidade deve ser fruto de um trabalho pedagógico, constantemente avaliado.

Numa visão mais ampliada das conexões internas de uma dada disciplina, aparecem propostas de interdisciplinaridade, de transversalidade e as concepções de contextualização, que, embora promissoras do ponto de vista da organização curricular, parecem ainda implementadas de forma tímida e, por vezes, desvirtuadas.

3. CONTEXTO EDUCACIONAL

No Brasil, a Educação Básica compreende doze anos, dividida em educação infantil de cinco anos, ensino fundamental de nove anos, de acordo com Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB) nº 11.274, de 06/02/2006, e ensino médio de três anos – regular ou profissionalizante. O ensino fundamental é subdividido em dois ciclos: I, cinco anos, e II, quatro anos. A Educação obrigatória compreende 9 anos.

No Paraguai, a Educação Formal se estrutura, de acordo com a Lei Geral da Educação (LGE) 1.264 e é composta por 3 níveis (LGE, artigo27): o 1º nível compreenderá a Educação Inicial e a educação Escolar Básica, o segundo Nível a Educação Média e o 3º nível a Educação Superior.A Educação Inicial (artigo 29) compreenderá 2 ciclos. O 1º se estenderá até os 3 anos e o 2º até os quatro anos. A pré-escola, na idade de 5 anos pertencerá sistematicamente a educação escolar básica e será incluída na Educação Escolar Obrigatória. A Educação Básica compreende 9 anos. Deve ser gratuita em escolas públicas de gestão oficial, com a inclusão da pré-escola.

Assim, observamos que o ensino obrigatório nos dois países tem a duração de 9 anos. A passagem entre os níveis componentes da educação

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básica (Cine 1 e Cine 2)1 ocorre, teoricamente, na idade compreendida entre os 11 e 12 anos no Paraguai e no Brasil, ela ocorre entre os 10 e 11 anos. Também existem diferenças, entre os países, no que se refere à idade de início do ensino básico: no Paraguai, 6 anos de idade; e, no Brasil, 7 anos de idade. Em ambos os países a idade de conclusão do ensino fundamental é aos 14 anos de idade.

De acordo com dados divulgados pelo Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira (Inep), ligado ao Ministério da Educação (MEC), em 2010, o Brasil registrava 13,4 milhões de matrículas nos anos iniciais do ensino fundamental (1º ao 5º ano; com crianças a partir dos 6 anos), As séries finais (6º ao 9º ano) desse nível de ensino tinham 11,9 milhões de matrículas e havia 7,1 milhões de matrículas no ensino médio (1º ao 3º ano).

No Paraguai, de acordo com o levantamento realizado pelo MEC2, a Educação inicial teve um total de 15.440 matrículas e a Educação Escolar Básica (EEB) 1.162.760 e na Educação Média um total de 229.071 matrículas no ano de 2010.

4. ORGANIZAÇÃO E DESENVOLVIMENTO CURRICULAR

Enfrentado o desafio inicial de universalização da escolaridade básica para todos, tanto no Brasil como no Paraguai foram desencadeados projetos de organização curricular, buscando responder às questões: o que devemos ensinar aos nossos estudantes hoje?

Segundo PIRES (2011), no Brasil, especialmente no período de 1996 a 98, ao longo do processo de discussão dos Parâmetros Curriculares Nacionais, educadores brasileiros travaram um embate em torno de questões clássicas da educação brasileira. Segundo essa autora,

1 Com o objetivo de dotar de comparabilidade os indicadores educacionais relativos ao funcionamento e ao desempenho do setor educativo, o Sistema Educacional do Mercosul (SEM) ajustou a Classificação Internacional Normalizada de Educação – CINE 97, que define os níveis educacionais a partir da consideração de duas dimensões: a complexidade dos programas e a idade teórica oficial de ingresso no nível. O SEM distingue três níveis de ensino: a) básico: correspondente ao Cine 1 e 2; b) o secundário, relativo ao Cine 3; e c) o superior, que abrange os níveis Cine 5 e 6.

2 Nota: MEC-DGPE. SIEC 2010. MEC/DGPE, SIEC. Datos preliminares, Asunción, 2010.

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a tarefa implicou o enfrentamento de várias tensões e a necessidade de responder a questões como, por exemplo: como construir referências nacionais de modo a enfrentar antigos problemas da educação brasileira e, ao mesmo tempo, enfrentar novos desafios colocados pela conjuntura mundial e pelas novas características da sociedade – como a urbanização crescente? O que significa indicar pontos comuns do processo educativo em todas as regiões, mas, ao mesmo tempo, respeitar as diversidades regionais, culturais e políticas existentes – no quadro de desigualdades da realidade brasileira? Como equacionar problemas — que se refletem na formação dos professores que desenvolvem o currículo em prática — referentes à possibilidade de acesso, tanto das áreas curriculares quanto da área pedagógica, aos centros de produção de conhecimento? (PIRES, 2011)

Para PIRES, entre argumentos favoráveis e contrários à proposição de orientações curriculares nacionais, a comunicação com as escolas e os professores foi envolvida de certa ambiguidade. Ela mostra essa ambigüidade trazendo alguns textos legais.

Em março de 1997, por meio do Parecer nº 03/97 (BRASIL, 1997, p.280), a CEB/CNE assim se pronuncia:

Os PCN resultam de uma ação legítima, de competência privativa do MEC e se constituem em uma proposição pedagógica, sem caráter obrigatório, que visa à melhoria da qualidade do ensino fundamental e o desenvolvimento profissional do professor. Contudo, a existência de tal proposição não dispensa a necessidade de formulação de diretrizes curriculares nacionais, de acordo com a CF/88 e com a LDB. Assim, as orientações propostas no âmbito dos Parâmetros Curriculares Nacionais são um modo pelo qual a União exerce o disposto no art. 9o. III da LDB3. As diretrizes, por sua vez, decorrem explicitamente de um mandato legal e devem se constituir a partir do disposto no art.

3 III - prestar assistência técnica e financeira aos Estados, ao Distrito Federal e aos Municípios para o desenvolvimento de seus sistemas de ensino e o atendimento prioritário à escolaridade obrigatória, exercendo sua função redistributiva e supletiva.

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9o. § 1o., letra c da Lei n. 9.131/95 em consonância com os art. 9, IV, 26 e 27 da Lei n. 9.394/96 as quais, por seu lado, devem ser coerentes com o art. 210 da Constituição Federal de 1988. Ao dar seqüência a esta obrigação legal, a CEB/CNE trabalhou intensamente em torno das diretrizes nacionais curriculares do ensino fundamental e do ensino médio.

No Parecer CNE/CEB nº 04/1998 (BRASIL, 1998ª, p.11), que formula Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Fundamental, a relatora assim escreve:

[...] para elaborar suas propostas pedagógicas, as Escolas devem examinar, para posterior escolha, os Parâmetros Curriculares Nacionais e as Propostas Curriculares de seus Estados e Municípios, buscando definir com clareza a finalidade de seu trabalho, para a variedade de alunos presentes em suas salas de aula. Tópicos regionais e locais muito enriquecerão suas propostas, incluídos na Parte Diversificada, mas integrando-se à Base Nacional Comum.

PIRES (2011) destaca que no período de 2003 a 2010, o Ministério publicou “Orientações Curriculares do Ensino Médio” (BRASIL, 2004), mas não coordenou ações focadas no debate curricular. Por sua vez, nesse período, estados da federação e municípios desenvolveram suas propostas curriculares para a Educação Básica. O Relatório de Análise de Propostas Curriculares de Ensino Fundamental e Ensino Médio, publicado em 2010 pelo Ministério da Educação4 (BRASIL, 2010) traz contribuições importantes.

4 Documento da Secretaria de Educação Básica, Diretoria de Concepções e Orientações Curriculares para Educação Básica. Foram analisadas propostas das secretarias municipais das capitais, compondo uma amostra de 13 propostas de Ensino Fundamental. A análise incidiu sobre um total de 60 propostas, sendo 34 de Ensino Fundamental (incluindo as 13 citadas e 21 de secretarias estaduais) e 26 propostas de Ensino Médio. Não apresentaram propostas de Ensino Fundamental os estados: Roraima, Maranhão, Paraíba, Rio Grande do Norte, Sergipe e Piauí. De Ensino Médio, apenas o estado de Rondônia não apresentou proposta. Para o Ensino Fundamental as propostas elaboradas pelas secretarias municipais das capitais e incluídas no estudo foram: Fortaleza, Campo Grande, Boa Vista, Macapá, Maceió, João Pessoa, Recife, Goiânia, Cuiabá, Vitória, São Paulo, Curitiba e Florianópolis.

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O relatório afirma que há semelhança indiscutível entre as propostas, na medida em que levam em conta orientações nacionais, destacando-se os fundamentos da psicologia da aprendizagem, na perspectiva do construtivismo.

Quanto à fundamentação das propostas, é central a concordância com as indicações legais e com as perspectivas teóricas presentes nas orientações oficiais centrais, principalmente a Lei de Diretrizes e Bases da Educação (LDB 9.394/96), as Diretrizes e Parâmetros Curriculares Nacionais (DCN e PCN), os fundamentos da psicologia da aprendizagem, na perspectiva do construtivismo. Diferentes concepções, tendências e tradições pedagógicas, presentes no campo pedagógico, misturam-se, fundem-se com as orientações citadas, produzindo explicações e abordagens que fazem sentido e confirmam o hibridismo de contribuições distintas na constituição do discurso curricular no país, apontado por muitos estudiosos do currículo. (BRASIL, 2010, p.441)

Em relação a questões metodológicas, o relatório enfatiza que, em função das concepções de ensino e aprendizagem adotadas, as orientações metodológicas apontam para recursos como a problematização:

O processo ensino-aprendizagem se anuncia como processo ativo e significativo, problematizador, com base em situações interativas. Orientações metodológicas enfatizam “mais raciocínio e menos memorização”, conhecimento experimentado e não simplesmente recebido, com vistas a mais aquisição de competências, habilidades e disposições de condutas do que quantidade de informações. (BRASIL, 2010, p.443)

PIRES (2011) considera que esse estudo é de grande importância pois nos permite constatar que temos uma construção curricular em movimento no Brasil. Para nosso estudo comparativo o estudo revela que a questão

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curricular no Brasil é bastante complexa, devido às nossas grandes dimensões e diversidades. Mas, como o próprio relatório aponta, os PCN foram indutores da concepção curricular no país.

No que se refere ao Paraguai, segundo os Dados da Educação Mundial, 7ª edição 2010/11, divulgado pela UNESCO, o documento aponta que:

Para la planificación pedagógica, los docentes deberán analizar las capacidades propuestas en los Programas de Estudios, de modo a a) definir los temas implícitos en la enunciación de cada capacidad; b) determinar los procesos pedagógicos más pertinentes a las realidades institucionales de las escuelas para el desarrollo de cada capacidad; c) desarrollar los procesos proprios de cada capacidad; d) definir los indicadores de logros en la relación con cada capacidad y consecuentemente , decidir los procedimientos e instrumentos de evaluación que aplicará. En el Programa de Estudio , en el apartado donde se detallan las capacidades se proponem dos columnas: una com las unidades temáticas y otra con las capacidades . Se hace también una referencia a los alcances de las competencias para cada grado en relación con cada área académica en particular. Las unidades temáticas son ejes que organizan grupos específicos de capacidades relacionadas con el desarrollo de las competencias. La columna de las capacidades contiene las formulaciones de conductas esperadas en los alumnos y en las alumnas. (UNESCO, 2010/11, p.13)

Em relação a centralidade do currículo, o documento da Unesco, destaca que os Programas da Educação Escolar Básica (EEB), obrigatória e gratuita :

“presentan una tendencia hacia un currículo abierto, lo cual implica un mayor protagonismo de los actores educativos locales, principalmente docentes y directores , en la toma de decisiones acerca de qué , cómo y cuándo enseñar. Este espacio para decidir, implementar lo decidido y evaluar los resultados

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se denomina “adecuación curricular”. (UNESCO, 2010/11, p.14)

5. CURRÍCULOS DE MATEMÁTICA

Para nossa análise utilizaremos documentos curriculares referentes ao Ensino Fundamental5. Uma comparação dos Currículos prescritos de Matemática para os alunos do Ensino Fundamental revela, em primeiro lugar, as concepções subjacentes ao papel da Matemática para a formação desses estudantes.

No caso brasileiro, os PCN destacam que:

As necessidades cotidianas fazem com que os alunos desenvolvam uma inteligência essencialmente prática, que permite reconhecer problemas, buscar e selecionar informações, tomar decisões e, portanto, desenvolver uma ampla capacidade para lidar com a atividade matemática. .Quando essa capacidade é potencializada pela escola, a aprendizagem apresenta melhor resultado. (PCN, 1997, p.29).

No caso paraguaio, o PEEB6 destaca que:

La Matemática en la Educación Escolar Básica (EEB) pone énfasis en el desarrollo de competencias referidas a la creación y resolución de problemas y trabajadas a través de las capacidades establecidas para cada grado. (PEEB, p.345, 6º grado)

5 BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria do Ensino Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais. Matemática. 1º e 2º ciclos, 1997. BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria do Ensino Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais. Matemática. 3º e4º ciclos, 1998.

6 PARAGUAY.Ministerio de Educación y Cultura (MEC). Programas de estudio de los ciclos de la Educación Escolar Básica (PEEB), Secretaría del Estado. Asunción: Talleres gráficos del MEC, 1994.

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Com essas finalidades, os currículos de ambos os países propõem a estruturação do ensino de Matemática em torno de blocos semelhantes, explicitados no quadro a seguir:

Quadro I: Blocos de Conteúdos Curriculares.

Brasil Paraguai

Números e Operações

Espaço e Forma

Grandezas e Medidas

Tratamento da Informação

Para os três primeiros anos do Ensino Fundamental (1º ciclo): Números e OperaçõesGeometria e MedidaPara os seis últimos anos do Ensino Fundamental (2º e 3º ciclos):Operações e Expressões AlgébricasGeometria e MedidasOs Dados e a Estatística

Para cada um desses blocos, os documentos apresentam, de forma detalhada, o que se espera seja ensinado em cada um deles, ao longo do ensino fundamental e nesse detalhamento há mais semelhanças do que diferenças.

Com relação a questões metodológicas e didáticas, observa-se grande similaridade nos documentos, muito provavelmente em função da circulação de conhecimentos na área de Educação Matemática na comunidade latino-americana.

As ênfases metodológicas presentes nos documentos estão indicadas no quadro a seguir:

Quadro II: Opções metodológicas explicitadas.

Brasil Paraguai

Resolução de problemas.Tecnologias da comunicação.Calculadora.Jogos.História da Matemática.

Resolución de problemas.Los recursos tecnológicos.Actividades lúdicas.Elaboración y utilización de materiales concretos.La modelización.

(1) Resolução de Problemas

Nas propostas dos dois países a resolução de problemas é destacada, conforme mostram alguns fragmentos dos documentos analisados:

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La resolución de problemas constituye una herramienta pedagógica muy valiosa para desarrollar un conjunto considerable de las capacidades establecidas en el área. La acción de resolución de problemas es uno de los ejes principales de la actividad matemática y demanda desafíos intelectuales por parte del estudiante para enfrentar con posibilidades de éxito, las situaciones que se le puedan presentar. Las situaciones, a primera vista, deben crear un conflicto cognitivo en el estudiante, ya que éste no sabrá cómo resolverlas; y por lo tanto, para encontrar la solución precisará recurrir a procesos como ser: leer comprensivamente; reflexionar; debatir en el grupo de iguales; establecer un plan de trabajo, llevarlo a cabo y finalmente, utilizar mecanismos de autocorrección para comprobar la solución y comunicar los resultados. (PEEB, 1994, 8º grado, p.60)

Resolver um problema pressupõe que o aluno elabore um ou vários procedimentos de resolução (como realiza simulações, fazer tentativas, formular hipóteses). Compare seus resultados com os de outros alunos. Valide seus procedimentos. (...) Nessa forma de trabalho, a importância da resposta correta cede lugar a importância do processo de resolução. O fato de o aluno ser estimulado a questionar sua própria resposta, a questionar o problema, a transformar um dado problema numa fonte de novos problemas, a formular problemas a partir de determinadas informações, a analisar problemas abertos que admitem diferentes respostas em função de certas condições, evidencia uma concepção de ensino e aprendizagem não pela mera reprodução de conhecimentos, mas pela via de ação refletida que constrói conhecimentos. (PCN, 1997, p. 24)

(2) Tecnologias da Comunicação / Los recursos tecnológicos:

También puede desarrollarse esta metodología con el uso de las Tics, através de grupos interactivos, que se

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comunican utilizando chats, Messenger, por ejemplo; fijando una hora establecida y un tema/capacidad a desarrollar, donde el/la facilitador/a pregunta y los/as integrantes responden colaborativamente, en base a lecturas y/o estudios realizados. (PEEB, 1994, 5º grado, p.351).

O uso desses recursos traz significativas contribuições para se repensar sobre o processo de ensino e aprendizagem de Matemática à medida que relativiza a importância do cálculo mecânico e da simples manipulação simbólica, uma vez que por meio de instrumentos esses cálculos podem ser realizados de modo mais rápido s eficiente. As experiências escolares com o computador também têm mostrado que sem uso efetivo pode levar ao estabelecimento de uma nova relação professor-aluno, marcado por uma maior proximidade, interação e colaboração. Isso define uma nova visão do professor, que longe de considerar-se um profissional pronto, ao final de sua formação acadêmica, tem de continuar em formação permanente ao longo de sua vida profissional. (PCN, 1997, p. 24).

(3) Jogos/ Las actividades lúdicas

Os jogos podem contribuir para um trabalho de formação de atitudes. Enfrentar desafios, lançar-se à busca de soluções, desenvolvimento da crítica, da intuição, da criação de estratégias e da possibilidade de alterá-las quando o resultado não é satisfatório são necessárias para aprendizagem da Matemática. Nos jogos de estratégia (busca de procedimentos para ganhar) parte-se da realização de exemplos práticos (e não da repetição de modelos de procedimentos criados por outros que levam ao desenvolvimento de habilidades específicas para a resolução de problemas os modos típicos do pensamento matemático. (PCN, 1997, p. 26)

El empleo del juego en el proceso de enseñanza – aprendizaje constituye um recurso de enorme valor didáctico, porque ayuda a despertar la curiosidad

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del niño y la niña y a estimular su autosuperación, lo que hace que mediante actividades agradables y sin cálculos rigurosos desarrolle la actitud de participación, la interacción con la realidad y la actitud para el cumplimiento de normas. (PEEB, 1994, 5º grado, p.347).

Além desses destaques, o documento paraguaio dedica itens para referir-se ao trabalho com materiais concretos:

La manipulación de objetos concretos por parte del estudiante constituye un valioso recurso de apoyo durante el proceso de enseñanza-aprendizaje, considerando que favorece la participación activa del estudiante en el proceso, así como también, que el mismo tenga un acercamiento más significativo a los conocimientos matemáticos y establezca conjeturas al respecto. Así mismo, con la utilización de estos materiales se rompe con la rutina de los ejercicios mecánicos, facilitando el desarrollo de capacidades relacionadas con el análisis, el razonamiento lógico, la interpretación, el uso de signos y códigos matemáticos, entre otras. Los materiales manipulativos hacen de intermediarios entre el conocimiento matemático y el del propio alumno, permitiendo así, descubrir conceptos, propiedades geométricas a partir de las propias intuiciones, entre otros. (PEEB, 1994, 7º grado, p.72)

Outro destaque explicito é feito para a modelização:

La modelización es el arte de integrar la matemática con la realidad, utilizando el lenguaje matemático en sus diversas formas ( fórmulas, diagramas, gráficos, ecuaciones, tablas u otros) para traducir las situaciones presentadas en el entorno,obteniéndose como producto el modelo matemático para dicha situación. A efecto de la construcción de un modelo

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matemático, es de suma importancia, además del conocimiento de temas específicos del docente una dosis de creatividad e intuición para interpretar el contexto. (PEEB, 1994, p.352, 5º grado)

No documento brasileiro, há destaques específicos para a História da Matemática e o uso de calculadoras:

A História da Matemática pode oferecer uma importante contribuição ao processo de ensino e aprendizagem dessa área do conhecimento. Ao revelar a Matemática com uma criação humana, ao mostrar necessidades e preocupações de diferentes culturas, e diferentes momentos históricos, ao estabelecer comparações entre os conceitos e processos matemáticos do passado e do presente, o professor cria condições para que o aluno desenvolva atitudes e valores mais favoráveis diante desse conhecimento. Além disso, conceitos abordados em conexão com sua história constituem veículo de informação cultural, sociológica e antropológica de grande valor formativo. A História da Matemática é, nesse sentido, um instrumento de resgate da própria identidade cultural. Entretanto, essa abordagem não deve ser entendida simplesmente que o professor deva situar no tempo e no espaço cada item do programa de Matemática ou contar sempre em suas aulas trechos da história da Matemática, mas que a encare como um recurso didático com muitas possibilidades para desenvolver diversos conceitos, sem reduzi-la a fatos, datas e nomes a serem memorizados. (PCN, 1997, p. 24)

Quanto ao uso da calculadora, constata-se que ela é um recurso útil para verificação de resultados, correção de erros, podendo ser um valioso instrumento de auto-avaliação. A calculadora favorece a busca e percepção de regularidades matemáticas e o desenvolvimento de estratégias de resolução de situações-problema, pois ela estimula a descoberta de estratégias e a investigação de hipóteses, uma

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vez que os alunos ganham tempo na execução dos cálculos. Assim elas podem ser utilizadas como eficiente recurso para promover a aprendizagem de processos cognitivos. (PCN, 1997, p. 25)

No caso do Paraguai, para o uso de calculadoras, existe uma pequena indicação metodológica no item “Estratégias Gerais para o todo o processo didático”, não tendo um item específico sobre suas possibilidades didáticas:

Utilizar estrategias pertinentes que posibiliten la buena práctica docente y la optimización de los aprendizajes. Así por ejemplo; se puede planificar una clase basada en la resolución de problemas, en la modelización, en la construcción y utilización de materiales concretos, en el empleo de calculadoras y otras herramientas tecnológicas, etc., o en la combinación adecuada de estas estrategias. (PEEB, 1994, p.59, 8º grado).


Os resultados parciais da tese revelam que os currículos prescritos dos países investigados incorporaram inovações objeto de discussão das pesquisas da área de Educação Matemática em função de circulação de idéias em diferentes momentos de participação de integrantes da comunidade acadêmica. O que ficou bastante nítido metodologias apontadas nos currículos prescritos do Ensino Fundamental tanto do Brasil como no Paraguai.

A pesquisa da tese prossegue com o objetivo de buscar dados referentes aos currículos praticados em salas de aula e identificar semelhanças e diferenças nas aplicações práticas ou nas especulações teóricas, com relação aos conteúdos de cada bloco, às referências implícitas e explícitas das teorias de Educação Matemática, processo de avaliação e as inter-relações da Matemática com outras disciplinas (multidisciplinaridade, interdisciplinaridade, transdisciplinaridade) e analisar as entrevistas realizadas com os atores dos currículos prescritos e praticados do Brasil e do Paraguai.

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BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria do Ensino Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais. Matemática. 1º e 2º ciclos, 1997.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria do Ensino Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais. Matemática. 3º e 4 º ciclos, 1998.

BISHOP, A. J. Enculturación matemática: la educación matemática desde una perspectiva cultural. Barcelona: Paidós, 1991.

DOLL JR., W. E. Currículo: uma perspectiva pós-moderna. Tradução de Maria Adriana Veríssimo Veronese. Porto Alegre: Artes Médicas, 1997.

PARAGUAY. Ministerio de educación y cultura. Ley n° 1.264 general de educación. El congreso de la nacion paraguaya sanciona con fuerza de ley. Disponível em: <http://www.mec.gov.py/cms>. Acesso em: 12 jan. 2011.

PARAGUAY.Ministerio de Educación y Cultura (MEC). Programas de estudio de los ciclos de la Educación Escolar Básica(PEEB), Secretaría del Estado. Asunción: Talleres gráficos del MEC, 1994.

PIRES, C.M.C. Currículo, Avaliação e Aprendizagem Matemática na Educação Básica. Artigo com objetivo de subsidiar as discussões a serem realizadas no âmbito do I Ciclo de Simpósios: Avaliações da Educação Básica em debate, organizado pelo Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira – INEP. Outubro/2011. Texto mimeo.

PIRES, C. M. C. As decisões sobre currículos no Brasil: os descaminhos das políticas públicas e suas conseqüências. E agora, para onde vamos? In: ENCONTRO REGIONAL DE EDUCAÇÃO MATEMÁTICA, 15, 2003, Unisinos, Porto Alegre. Anais... São Leopoldo.

______. Formulações basilares e reflexões sobre a inserção da matemática no currículo visando a superação do binômio máquina e produtividade. Educação Matemática Pesquisa, São Paulo, v. 6, p. 29-61, 2004.

SACRISTÁN, J. G.O Currículo: uma reflexão sobre a prática. Porto Alegre: ArtMed, 1998.

UNESCO. Datos Mundiales De Educación: Paraguay. 7ª edición, 2010/11. Disponível em: http://www.ibe.unesco.org/f ileadmin/user_upload/Publications/WDE/2010/pdf-versions/Paraguay.pdf. Acesso em: 10 nov. 2011.

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CARACTERIZAÇÃO MAGNÉTICA DE PARTÍCULAS NANOCRISTALINAS DE MGFE2O4

Lucia H. G. Cardoso1

Ronaldo S. de Biasil2

José B. de Campos3

Dalber R. S. Candela3

Ângelo M. Gomes4

1 Universidade Gama Filho (UGF), Curso de MatemáticaRua Manoel Vitorino 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected]

2 Instituto Militar de Engenharia (IME), Seção de Engenharia Mecânica e de MateriaisPraça General Tibúrcio 80, Praia VermelhaCEP 22290-270 – Rio de Janeiro – [email protected]

3 Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Laboratório de Difração de Raios X Rua Xavier Sigaud 150, UrcaCEP 22290-180. Rio de Janeiro – [email protected]@if.uff.br

4 Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de FísicaCidade Universitária, Ilha do FundãoCEP 21941-972. Rio de Janeiro - [email protected]

Resumo: Nanopar tículas de magnesioferr ita (MgFe2O4) sintet izadas pelo método sol-gel/

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combustão foram estudadas por difração de raios X, espectroscopia Mössbauer, ressonância magnética e magnetometria. Cristalitos de MgFe2O4 com tamanho médio de aproximadamente 8 nm foram obtidos em condições ótimas de preparação: solução sob agitação constante a 70 ºC, fase sol de nitratos-citrato sob agitação a 90 ºC e, finalmente, fase gel a 200 ºC, seguida por um processo de auto-combustão. Condições de preparação diferentes podem levar ao aumento do tamanho dos cristalitos e à formação de outras fases, como a hematita (Fe2O3). A espectroscopia Mössbauer revelou um comportamento superparamagnético do material como fabricado e tratado termicamente por 2 h a 400 oC, enquanto medidas de magnetização mostraram uma temperatura média de bloqueio de aproximadamente 250 K para o material como fabricado e tratado por 2 h a 400 ºC. As medidas de ressonância magnética mostraram que o campo de anisotropia diminui com o aumento da temperatura, tanto no material como fabricado como em amostras tratadas por 2 h em diferentes temperaturas.

Pa lavras-Chave: Nanopar t ículas, Raios X, Espectroscopia, Magnetização

1. INTRODUÇÃO

Um campo de pesquisa que tem recebido uma atenção considerável nos últimos anos é o que envolve os materiais magnéticos nanoestruturados, devido às suas propriedades especiais e suas aplicações de grande importância na engenharia, medicina e meio ambiente.

Entre as aplicações tecnológicas dos nanomateriais pode-se citar o armazenamento de informações, o processamento de imagens coloridas, o bioprocessamento, a refrigeração magnética e a fabricação de lasers mais eficientes.

Na área ambiental, nanopartículas encapsuladas por um polímero (NUÑEZ, KAMINSKI e VISSER, 2002) com propriedades absorvedoras de substâncias tóxicas podem ser utilizadas para remover agentes

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contaminantes e assim possibilitar a despoluição de mares, rios e lagos, beneficiando a sociedade como um todo.

Na medicina, uma aplicação de grande destaque é o tratamento do câncer. Um dos métodos de tratamento que está sendo atualmente investigado consiste em acoplar nanopartículas magnéticas a anticorpos e injetá-las na corrente sangüínea do paciente. Depois que as nanopartículas se concentram no tumor, é aplicado um campo magnético alternado que provoca vibrações e aquecimento das nanopartículas, destruindo o tumor.

Os nanomateriais são fabricados geralmente pela agregação de moléculas ou átomos apresentando dimensões na faixa entre 1 e 100 nanômetros. As propriedades magnéticas, elétricas e ópticas dos nanomateriais são diferentes das apresentadas por esses materiais no estado macroscópico; um exemplo importante é o superparamagnetismo das nanopartículas magnéticas.

Uma classe importante de nanomateriais magnéticos são as ferritas e em particular a magnesioferrita (MgFe

2O

4). A magnesioferrita é um material

magnético macio utilizado em catálise, dispositivos de microondas e células de combustível. As nanopartículas de magnesioferrita apresentam várias propriedades desejáveis para certas aplicações, como uma magnetização de saturação moderada e uma anisotropia magnetocristalina relativamente pequena.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. Fabricação das Nanopartículas Magnéticas

As nanopartículas de magnesioferrita foram fabricadas utilizando o método sol-gel/combustão proposto por HUANG, TANG, WANG e CHEN em 2006. Uma solução de nitrato de ferro, nitrato de magnésio e ácido cítrico em água destilada [Figura 1(a)] foi mantida sob agitação constante por 4 horas a 70 ºC, depois aquecida para 90 ºC e mantida nesta temperatura até o sol se tornar um gel transparente [Figura 1(b)]. O gel foi aquecido para 200 ºC por 20 minutos, o que iniciou um processo de autocombustão [Figura 1(c)]. O produto da combustão foi pulverizado e tratado termicamente por 2 horas a 400, 500 e 600 ºC.

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Figura 1. Produção das amostras pelo método sol-gel/combustão

2.2. Métodos de Medida

Tamanho Médio dos Cristalitos

O tamanho médio dos cristalitos foi medido por difração de raios X, a partir do ajuste de espectros obtidos em um difratômetro XPert Pro Panalitical do Setor de Cristalografia e Raios X no Departamento de Física Aplicada do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) com o programa TOPAS, que emprega o método Rietveld de refinamento.

Distri buição de Tamanhos

A distribuição de tamanhos das partículas foi determinada a partir de espectros Mössbauer obtidos no Laboratório de Espectroscopia Mössbauer do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) utilizando uma fonte de RhCo57. Os dados experimentais foram analisados ajustando a variação com a temperatura da fração superparamagnética a uma distribuição log-normal como a da Eq. (1) (CARDOSO, 2008; DE BIASI, 2009).

(1)

onde A é a amplitude, w é o parâmetro de forma adimensional e xc é o ponto de máximo da curva.

217


Temperaturas de Bloqueio

As temperaturas de bloqueio foram determinadas a partir de medidas de magnetização a ZFC (zero field cooling) e a FC ( field cooling) obtidas no Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Campos de anisotropia

A variação do campo de anisotropia com a temperatura foi determinada a partir de medidas de ressonância ferromagnética realizadas no Laboratório de Ressonância Magnética do Instituto Militar de Engenharia (IME) utilizando um espectrômetro de ressonância magnética BRUCKER ESP 300, um refrigerador a hélio APD CRYOGENICS DISPLEX e uma bomba de vácuo WELCH DUAL SEAL 1397.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os difratogramas de raios X exibidos na Figura 2 confirmaram a formação de magnesioferrita. A Tabela 1 mostra os diâmetros médios dos cristalitos determinados a partir dos difratogramas usando o método Rietveld de refinamento.

Figura 2. Difratogramas de raios X de nanopartículas de magnesioferrita tratadas

termicamente por 2 horas.

218


Tabela 1. Tamanho médio dos cristalitos

Amostra Tamanho Médio (nm)

Como fabricada 8,07

Tratada a 400 ºC 13,24



A Figura 3 exibe espectros Mössbauer à temperatura ambiente. Observando os espectros verifica-se que a fração superparamagnética das nanopartículas de magnesioferrita diminuiu com o tratamento térmico e isso é justificado pelo aumento do tamanho médios dos cristalitos, como pode ser visto na Tabela 1.

A Figura 4 mostra medidas de magnetização ZFC (zero field cooling) e FC (field cooling) para amostras como fabricadas e tratadas termicamente a 400, 500 e 600 ºC. Observando as figuras, percebe-se que a temperatura de bloqueio (ponto de encontro entre as curvas FC e ZFC) das amostras como fabricada e tratadas a 400 ºC são próximas entre si, enquanto que para amostras tratadas a 500 ºC e 600 ºC essa temperatura se apresenta, respectivamente, próxima e acima da temperatura ambiente o que é confirmado observando os espectros Mössbauer, com o aparecimento dos sextetos.

Figura 3. Espectros Mössbauer a 300 K de nanopartículas de magnesioferrita tratadas

termicamente por 2 horas.

219


Figura 4. Curvas de Magnetização ZFC e FC de nanopartículas de magnesioferrita tratadas termicamente por 2 h.

220


A Figura 5 mostra a variação do campo de anisotropia com a temperatura, determinada a partir das medidas de ressonância ferromagnética, enquanto a Figura 6 mostra a distribuição de tamanhos das nanopartículas de magnesioferrita determinada a partir de espectros Mössbauer obtidos em diferentes temperaturas entre 4 K e 300 K.

Figura 5. Variação do campo de anisotropia com a temperatura de nanopartículas de magnesioferrita

tratadas termicamente por 2 h.

Figura 6. Distribuição de tamanhos de nanopartículas de magnesioferrita tratadas

termicamente por 2 h.

221


4. CONCLUSÕES

Os resultados sugerem que o método sol-gel/combustão pode ser usado para sintetizar pós contendo partículas de dimensões nanométricas de magnesioferrita (MgFe

2O

4) cujo tamanho médio pode ser controlado

por tratamentos térmicos subsequentes sem mudar apreciavelmente a distribuição de tamanhos dos cristalitos.

As medidas de espectroscopia Mössbauer mostraram que a fração super paramagnét ica diminui com o aumento da temperatura de tratamento, indicando um aumento do tamanho médio dos cristalitos, o que foi confirmado pelas medidas de difração de raios X. As medidas de magnetização mostraram um aumento da temperatura de bloqueio com o aumento da temperatura de tratamento.

Os resultados de ressonância magnética mostraram que o campo de anisotropia diminui com o aumento da temperatura de medida, mas não foi possível obter resultados quantitativos para a variação com a temperatura da anisotropia magnetocristalina das nanopartículas, já que é difícil separar os efeitos do superparamagnetismo dos efeitos da anisotropia magnetocristalina.


CARDOSO, L. H. G. Nanopartículas de Magnesioferrita Produzidas pelo Método Sol-Gel/Combustão. Dissertação de Mestrado em Ciência dos Materiais, Instituto Militar de Engenharia, 2008.

DE BIASI, R.S. CARDOSO, L.H.G, CAMPOS, J.B, SANCHEZ, D.R., e CUNHA, J.B.N., Influence of Annealing on Magnesioferrite Nanoparticles Synthesized by a Sol-Gel Combustion Method. Mat. Res. v. 12, p. 225, 2009.

HUANG Y, TANG Y, WANG J e CHEN Q. Synthesis of MgFe2O

4 nanocrystallites

under mild conditions. Mater. Chem. Phys. v. 97, p. 394, 2006.

NUÑEZ L., KAMINSKI M.D. e VISSER A.E. Evaluation of extractant coated ferromagnetic microparticles for the separation of actinides and hazardous metals from acidic waste solutions. Pollution Prevention Opportunity Assessment Report, Argonne National Laboratory, p. 1-16, September 2002.

223

A OPÇÃO ENERGÉTICA NUCLEAR

Marcos P. C. Medeiros1

Claudio L. Oliveira1,2

Wilson F. R. da Silva Jr.1,3

Luís S. Vellozo1

Claudia C. Frutuoso3

1 Instituto Militar de Engenharia (IME), Seção de Engenharia NuclearPraça General Tibúrcio 80, Praia VermelhaCEP 22290-270 – Rio de Janeiro – [email protected]@cbpf.com

2 Un iver sidade Ga ma Fi l ho (UGF), Cur so de MatemáticaRua Manoel Vitorino 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected]

3 Un iver sidade Ga ma Fi l ho (UGF), Cur so de Engenharia CivilRua Manoel Vitorino 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected]@gmail.com

Resumo: A questão energética é hoje um problema mundial com desenvolvimento em várias áreas, inf luenciando a economia, o meio ambiente e, principalmente, as relações entre países. Várias fontes de energia, mesmo aquelas já conhecidas e não muito exploradas por apresentarem baixa eficiência, ou implicações ambientais ou mesmo problemas com a aceitação pública voltaram a ser objeto de pesquisa e

224


desenvolvimento para serem novamente consideradas como opções energéticas. A energia nuclear, após um promissor desenvolvimento inicial, sofreu com alguns poucos acidentes que foram explorados para influenciar negativamente a opinião pública. Hoje a necessidade crescente de energia, com as implicações já mencionadas, trouxe a energia nuclear a desempenhar um papel significativo dentre as opções energéticas mundiais, inclusive para o Brasil.

Palavras-Chave: Energia, Energia Nuclear, Meio ambiente.

1. INTRODUÇÃO

Os principais insumos energéticos usados pela indústria e pelos consumidores finais no mundo são o petróleo, o gás natural e o carvão. Esses insumos têm apresentado elevadas taxas de crescimento de consumo desde o advento da Revolução Industrial. Nas últimas décadas, devido, principalmente, ao recente desempenho de economias emergentes, lideradas por China e Índia, tais taxas apresentam crescimento cada vez mais acentuado.

O crescimento da demanda, a instabilidade política nas regiões produtoras de petróleo / gás natural e as pressões pela redução das emissões de gases poluentes na atmosfera trazem preocupações sobre o presente e o futuro da oferta de energia.

Segurança na manutenção do fornecimento e questões ambientais transformaram a energia em tema crítico

2. PANORAMA ENERGÉTICO MUNDIAL

Os doze países da OPEP (Organização dos Países Exportadores de Petróleo - OPEC) concentram atualmente mais de 81% das reservas mundiais de petróleo, como apresentado na figura 1. Boa parte destes países estão

225


frequentemente envolvidos em turbulências geopolíticas, o que torna o suprimento não totalmente confiável.

A gasolina e o óleo diesel são responsáveis por quase toda a energia consumida mundialmente no setor de transportes que, por sua vez, contribui com 25% das emissões dos gases de “efeito estufa” dos países industrializados. Quanto ao gás natural, 54% das reservas mundiais estão concentradas em apenas três países: Rússia, Catar e Irã. A figura 2 apresenta a participação dos países membros da OPEP nas reservas confirmadas de petróleo.

Figura 1. Reservas confirmadas totais de petróleo em 2010. Fonte: OPEC - Annual Statistical Bulletin 2010/2011 edition

O carvão responde por mais de 27% do consumo mundial de energia primária. Desta parcela, dois terços são usados para geração de eletricidade, e quase todo o restante para uso industrial. As reservas mundiais de carvão são imensas, quase 3,5 vezes maior que as de petróleo e gás. Aproximadamente dois terços destas reservas estão localizadas em apenas quatro países: Rússia, Estados Unidos, China e Índia.

A figura 3 apresenta a distribuição da produção total de energia primária em 2009, segundo a IEA – International Energy Agency.

Figura 2. Participação dos países membros nas reservas de petróleo da OPEP. Fonte: OPEC - Annual Statistical Bulletin 2010/2011 edition

226


Figura 3. Produção total de energia primária em 2009 - IEA

A produção e o fornecimento de petróleo são, porém, as maiores vulnerabilidades geopolíticas atuais. Guerras começaram e terminaram em função disso. Diversas alternativas para a redução da dependência do petróleo no curto e médio prazos têm sido propostas, tais como a substituição por biocombustíveis e a redução do consumo veicular. Contudo, ainda é longo o caminho a percorrer. Uma interrupção na cadeia de suprimento de petróleo nos dias de hoje teria conseqüências catastróficas para a sociedade. Sendo assim, a energia nuclear começou a ser encarada seriamente como uma alternativa para redução da dependência de suprimento de petróleo e gás natural, principalmente por países com poucos recursos naturais. Um exemplo recente é o Chile, que anunciou interesse na energia nuclear como alternativa ao gás natural, cujo fornecimento por parte da Argentina foi interrompido em 2004

3. A OPÇÃO NUCLEAR NO BRASIL.

Garant i r o fornecimento de energia e lét r ica para países em desenvolvimento, como o Brasil, é um desafio constante, considerando a crescente demanda e as dimensões continentais de nosso território. É muito importante que no cenário mundial atual a geração de eletricidade de um país tenha origens variadas. E, nesse contexto, a opção termonuclear não pode ser negligenciada.

Por volta dos anos 50, quando surgiram as necessidades decorrentes do processo de industrialização, a energia elétrica produzida no Brasil era

227


advinda quase que exclusivamente de usinas hidrelétricas. A necessidade de diversificação aliada a uma visão de futuro do potencial nuclear levou, nos anos 60, à criação do Programa Nuclear Brasileiro, que culminou com as usinas termonucleares de Angra dos Reis – RJ e com o domínio tecnológico das diversas etapas de produção do combustível.

A produção de energia elétrica a partir de usinas termonucleares tem sido a principal escolha de vários países para suprir suas necessidades, especialmente nos países desenvolvidos, citando-se em particular os Estados Unidos, Canadá, Japão e países europeus. O caso mais evidente é o da França, onde quase 75% de toda a energia elétrica consumida é de origem termonuclear. A figura 4, de acordo com dados da Agência Internacional de Energia Atômica, apresenta a participação da energia termonuclear na matriz energética dos principais países.

At ua lmente ex istem 435 reatores nucleares de potência em funcionamento no mundo. Em 2009, o setor respondia por pouco mais de 13% da produção total de energia elétrica no mundo. Hoje, estima-se algo em torno de 17%.

Outro aspecto que merece atenção são as constantes discussões que tem sido levadas a cabo internacionalmente a respeito do controle e redução de emissões de gases poluentes que colaborariam com o aumento da temperatura média da Terra (aquecimento global). Apesar dos inúmeros acordos internos e tratados internacionais assinados pelo mundo afora, a matriz energética mundial ainda é essencialmente baseada em combustíveis fósseis não renováveis, como o petróleo, o gás natural e o carvão. Tem-se observado, é verdade, um aumento na capacidade de produção de energia oriunda de outras fontes como a hidrelétrica, eólica e solar, mas ainda em um ritmo tímido diante da crescente demanda mundial.

A ligação direta entre a emissão dos chamados “gases de efeito estufa” nas atividades de geração de energia e o aquecimento global é quase um consenso da comunidade científica há vários anos, apesar de haver ainda muita controvérsia. De qualquer forma, considera-se que este aquecimento pode ser catastrófico para as regiões mais pobres do planeta em prazo de décadas, e não de séculos como se imaginava antes.

A figura 5 apresenta a produção percentual de energia elétrica de acordo com as várias fontes de geração.

228


Figura 4. Percentual de energia termonuclear na matriz elétrica dos principais países, em 31 dez 2010 - IAEA

Figura 5. Produção percentual de energia elétrica, por fonte. IEA - 2009

229


A energia nuclear dá mostras de que continua a ser considerada uma fonte com um papel crescente em nossa sociedade. Em dezembro de 2010 havia 67 novos reatores nucleares de potência em construção pelo mundo e mais de 120 planejados. No total, 441 reatores estavam operacionais. Observando a tendência mundial no período de 2003 a 2010 o que se vê é um aumento no número de contratos de construção de novos reatores. A figura a seguir evidencia essa questão.

Figura 6. Construções anuais iniciadas e novas conexões à rede. Fonte: IAEA - 2011

Países que desempenham atualmente papéis fundamentais no crescimento da economia mundial estão investindo em larga escala na geração de energia termonuclear. A China possui 28 reatores em construção e 42 planejados. A Rússia possui 11 reatores em construção e 37 planejados. E mesmo o Japão, que recentemente enfrentou sérios problemas devido às catástrofes naturais que causaram o acidente de Fukushima, possui dois novos reatores em construção e mais 10 planejados. A tabela a seguir apresenta a situação do número de reatores operacionais, em construção e planejados em 31 de dezembro de 2010, segundo a AIEA.

Possuindo pelo menos a sexta maior reserva conhecida de urânio natural e dois reatores em funcionamento gerando aproximadamente 2000 MW, o Brasil possui grande potencial de expansão no setor nuclear.

230


Além de dominar todas as etapas do ciclo do combustível, o reator Angra-3 (praticamente igual a Angra-2) encontra-se em construção com previsão de iniciar suas operações comerciais em 2015. Ainda, existem planejamentos para a construção de pelo menos mais 4 novos reatores num horizonte até 2030. O aumento de interesse na energia nuclear pelo mundo abre perspectivas para a indústria brasileira, que tem domínio da tecnologia e um parque industrial ocioso. Propostas para produção e exportação de dióxido de urânio enriquecido para o mercado externo, tanto para aplicações em usinas nucleares quanto para reatores de pesquisa ou produção de radioisótopos, têm sido debatidas no âmbito do governo e da indústria. Se essa atividade vier a se concretizar, será mais uma forma de se aproveitar melhor os recursos disponíveis em solo nacional em benefício da sociedade como um todo.

Tabela 1. Reatores nucleares operacionais, em construção e planejados ao redor do mundo. Fonte: AIEA-2011

Países Operacionais Em Construção Planejados

Armênia 1

Argentina 2 1

Bélgica 7

Bulgária 2 2

Brasil 2 1

Canadá 18

Suíça 5

China 15 27 42

Rep. Tcheca 6

Alemanha 9

Espanha 8

Finlândia 4 1

França 58 1

Reino Unido 18

Hungria 4

Índia 20 6 2

Irã 1 3

Japão 50 2 10

231


Coréia do Sul 21 5 2

México 2

Holanda 1

Paquistão 3 1

Romênia 2

Rússia 32 11 37

Suécia 10

Eslovênia 1

Eslováquia 4 2

Ucrânia 15 2

EUA 104 1 22

Vietnã 2

África do Sul 2

Taiwan 6 2

Total 433 65 120

Os reatores de pesquisa e de produção de radioisótopos também ganharam recente atenção no cenário internacional. A medicina nuclear é uma realidade já consolidada, principalmente nos países desenvolvidos. O Brasil também está inserido nesse contexto, consumindo grandes quantidades de radioisótopos de aplicação na medicina como o Molibdênio-99. Em 2009, a interrupção no funcionamento de um reator no Canadá, responsável por 40% da produção mundial desse produto, causou preocupação em todos os países. Houve escassez generalizada e milhares de exames importantes deixaram de ser realizados desde então. Em função disso, propostas antigas como a do Reator Multipropósito Brasileiro – RMB – foram retomadas e começaram, finalmente, a ser implementadas. A potência de projeto desse reator é de 20 MW. Quando pronto, o RMB deverá permitir a elaboração de centenas de trabalhos científicos, assim como a produção de diversos radioisótopos de fundamental necessidade para o país.

Os recentes anúncios de novas descobertas de depósitos de petróleo e gás na costa brasileira (Pré Sal) chamaram a atenção para a necessidade de se aprimorar os meios de garantia da soberania na área de exploração econômica da costa brasileira. Desta forma, não menos importante é o programa de desenvolvimento da propulsão naval nuclear, sob responsabilidade da Marinha do Brasil, contando com o apoio de diversos órgãos e instituições de pesquisa na área nuclear do país.

232


4. CONCLUSÃO.

Conforme se pode ver, os números de novos reatores em construção e planejados indicam que a indústria nuclear continua em trajetória ascendente, com projeção de crescimento para pelo menos as duas ou três próximas décadas. Faz-se mister, portanto, acompanhar o desenvolvimento das tecnologias necessárias ao setor. Este desenvolvimento abrange praticamente todas as áreas das ciências exatas, com especial ênfase para o desenvolvimento de computadores e métodos computacionais, possibilitando o aprimoramento de modelagens, processos de fabricação, desenvolvimento de componentes com maior tecnologia agregada, entre outras possibilidades.

Desde que foram propostos os primeiros métodos de cálculo para reatores nucleares, os computadores mostraram-se ferramentas valiosíssimas na solução de problemas referentes ao transporte de radiações porém tecnologicamente limitados. Assim, simplificações e artifícios dos mais variados e sofisticados foram criados para compensar a limitada capacidade de processamento daqueles hardwares, hoje, obsoletos.

O desenvolvimento vertiginoso dos computadores nas últimas décadas mudou completamente esse quadro. Aparelhos portáteis atualmente possuem capacidades impensáveis mesmo para grandes computadores dos primórdios da tecnologia nuclear. O computador passou a servir como um verdadeiro laboratório virtual, permitindo o teste de variados sistemas antes de construí-los, diminuindo custos e tornando os processos mais seguros.


CNI - Confederação Nacional da Indústria. Matriz energética: cenários, oportunidades e desafios CNI. – Brasília : CNI, 2007. 82 p. : il.

IAE A - INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY (Org.). Nuclear Power Plant Information: Number of Reactors up to date. Disponível em: <http://www.iaea.org/cgi-bin/db.page.pl/pris.charts.htm>. Acesso em: 01 nov. 2011.

KEY WORLD ENERGY STATISTICS 2011. Paris: IEA, 2011.

OPEC - ORGANIZATION OF THE PETROLEUM EXPORTING COUNTRIES: Annual Statistical Bulletin 2010/2011. Vienna, Áustria: OPEC, 2011.

233

PRODUÇÃO DE FILMES DE ZNTE POR SUBLIMAÇÃO EM ESPAÇO REDUZIDO

Alexandre R.S. Gonçalves1

Leila R.O. Cruz2

Carlos L. Ferreira2

1 Un iver sidade Ga ma Fi l ho (UGF), Cur so de MatemáticaRua Manoel Vitorino nº 553, PiedadeCEP 20740-280 – Rio de Janeiro – [email protected]

2 Instituto Militar de Engenharia (IME), Seção de Engenharia Mecânica e de Materiais, Laboratório de Filmes Finos, Praça General Tibúrcio, 80, Urca, CEP: 22290-270 - Rio de Janeiro – [email protected]

RESUMO: Filmes finos de ZnTe têm sido usado em células fotovoltaicas de CdS/CdTe como camada intermediária entre a camada absorvedora de CdTe e o metal usado como contato de fundo, minimizando o efeito retificador presente nesta região do dispositivo. Esta camada tem sido depositada por diversas técnicas, tais como, sublimação em espaço reduzido (CSS) [MAQSOOD, 2004], pulverização catódica[GESSERT, 2005], deposição eletroquímica[ISHIZAKI et al., 2004], entre outras.Neste trabalho filmes finos de ZnTe foram depositados por sublimação em espaço reduzido (CSS), onde o diferencial do mesmo foi a colocação das fontes de aquecimento, tanto do material fonte como

234


dos substratos dentro do sistema de vácuo. Foram realizadas deposições de ZnTe com a distância fonte-substrato de 2,7 mm e pressão do sistema de 1 Torr de argônio. As temperaturas da fonte e do substrato foram variadas na faixa de 580 a 700°C e 380 a 500°C, respectivamente. Com o sistema de aquecimento localizado dentro da câmara de deposição foi possível obter taxas de aquecimento e diferenças de temperatura entre a fonte e o substrato maiores do que as obtidas com sistema de aquecimento localizado fora da câmara de deposição, significando processos de deposições mais rápidas e com menor gasto de energia.

Palavras-chave: sublimação em espaço reduzido (CSS), filmes finos, ZnTe.

1. INTRODUÇÃO

A técnica de deposição em espaço reduzido (CSS – close spaced sublimation) é uma técnica de deposição física a vapor (PVD – physical vapor deposition) em que fonte e substrato estão separados de poucos milímetros, as pressões de trabalho correspondem a médio ou baixo vácuo e os filmes podem ser depositados em atmosfera inerte (argônio ou hélio) ou reativa (oxigênio ou hidrogênio). Esta técnica apresenta a vantagem de não necessitar de equipamento elaborado para estabelecer a pressão de deposição desejada, além de apresentar altas taxas de deposição em relação a outras técnicas de deposição física a vapor (PVD). As características dos filmes produzidos por CSS são dependentes das temperaturas da fonte (T

F) e do

substrato (TS), da distância entre fonte e substrato (d), da pressão do sistema

(P) e dos gases presentes no sistema (argônio, hélio, hidrogênio e oxigênio).

Células fotovoltaicas de CdS/CdTe podem ter a camada de janela (CdS) e a camada absorvedora (CdTe) depositadas por CSS, sendo desejável que a camada de ZnTe também seja depositada por esta técnica, afim de minimizar a contaminação por impurezas provenientes da quebra de vácuo causada ao transportar o dispositivo de um equipamento de deposição para outro. Com esta finalidade, é necessário estudar os parâmetros de deposição por CSS necessários para produzir filmes finos de ZnTe com características

235


desejáveis para aplicações em células fotovoltaicas de CdS/CdTe, ou seja, baixa resistência elétrica.

2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

A câmara de deposição consiste de uma campânula de vidro de borossilicato onde o sistema de aquecimento, sustentado por duas placas de aço inoxidável, foi inserido. Na parte Lateral da câmara estão localizados o medidor de pressão capacitivo, a válvula agulha para entrada de gás e a entrada de água para refrigeração do sistema de aquecimento. Na parte inferior ficam localizadas a saída de bombeamento, os terminais elétricos dos aquecedores e os terminais dos termopares.

Cada conjunto de aquecedores utiliza duas lâmpadas halógenas de 1000W de potência, conectadas a um sistema de controle eletrônico externo que atua de modo independente a partir dos sinais enviados pelos termopares (tipo-K) para atingir e manter as temperaturas desejadas tanto na fonte quanto no substrato, com uma variação de ±1°C. Uma vez que muitas das conexões do sistema elétrico se encontram dentro da câmara de deposição (em atmosfera rarefeita), foi realizado um maior isolamento do mesmo com fitas de teflon, evitando que centelhas causem danos ao equipamento.

O bombeamento do sistema é realizado por uma bomba mecânica seca (tipo scroll da Edwards) capaz de bombear o sistema da pressão atmosférica até 10-2 Torr em aproximadamente 2 minutos sem a necessidade do uso de armadilha criogênica.

Blocos de grafite de alta pureza foram utilizados para uniformizar a temperatura da fonte e do substrato e apoiar o material fonte. Espaçadores de quartzo foram utilizados para obter a distância desejada entre a fonte e o substrato (2,7 mm).

Chapas de aço inoxidável com aberturas das dimensões dos blocos de grafite foram inseridas nos aquecedores de aço inoxidável com a finalidade de minimizar a contaminação devido à deposição sublimação do material fonte sobre os mesmos. Esta deposição é indesejada, pois diminui a refletividade na superfície dos aquecedores, diminuindo a taxa de aquecimento dos blocos de grafite, o que implica em maior tempo no processo de deposição e, consequentemente, em maior gasto de energia.

Na figura 1, é mostrado um diagrama esquemático do sistema de deposição visto lateralmente.

236


Figura 1. Esquema do sistema de deposição CSS.

As deposições de ZnTe foram realizadas com distância fonte-substrato de 2,7 mm e pressão constante de 1 Torr de argônio em regime dinâmico, ou seja, com fluxo constante de argônio durante a deposição. Apesar de ser possível realizar as deposições em regime estático (sem fluxo de argônio) o controle de pressão do sistema se torna mais difícil devido à alta taxa de evaporação do material fonte dentro do sistema.

Os substratos utilizados foram de vidro aluminoborossilicato recoberto com um filme fino de óxido de estanho (SnO

2), e filme fino de óxido de

estanho dopado com flúor (SnO2:F). Com relação às temperaturas de fonte

e de substrato foram feitas as seguintes variações: TF = 640 a 700°C; T

S =

440 a 480°C. Os tempos de deposição foram de 1 minuto.

Na figura 2, são mostrados os perfis de temperatura da fonte e do substrato usados durante as deposições.

Figura 2. Perfis de temperatura da fonte (TF= 640 a

700°C) e do substrato (TS= 440 a 480°C).

237


Após os procedimentos de purga, os aquecedores da fonte e do substrato são acionados simultaneamente iniciando o processo de aquecimento da temperatura ambiente (T

A) até as temperaturas de deposição da fonte

(TF) e do substrato (T

S), respectivamente. Ao atingirem as temperaturas

programadas, os controladores passam a atuar nos aquecedores através de pulsos para manterem as temperaturas constantes durante o tempo de deposição desejado. Ao final do tempo de deposição os aquecedores são desligados e o sistema resfria naturalmente até a temperatura ambiente.

Na figura 3 é mostrada uma foto do sistema CSS durante uma deposição.

Figura 3. Foto do sistema CSS durante uma deposição.

As medidas de espessura dos filmes foram realizadas por perfilometria e a análise estrutural foi realizada por difração de raios X.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A pequena distância entre a fonte e o substrato (2,7 mm) usada em deposições pela técnica CSS faz com que a temperatura mínima do substrato (T

S min) fique dependente da temperatura da fonte (T

F) visto que parte do calor

da fonte é absorvido pelo substrato, aumentando a temperatura do mesmo e limitando a diferença entre as temperaturas da fonte e do substrato. Em sistemas de CSS com sistema de aquecimento externo (fora da câmara de

238


deposição), como o utilizado por Pinheiro et al.[PINHEIRO et al., 2005], esta diferença, geralmente, fica abaixo de 200°C. Com o sistema construído para este trabalho, foi possível obter diferença entre a temperatura da fonte e do substrato de até 220°C durante a deposição, isto é, para TF

= 600°C, TS min

≈ 380°C; para T

F = 680°C, T

S min ≈ 460°C; para T

F = 700°C, T

S min ≈ 480°C.

Este aumento para 220°C entre TF e T

S reside no fato de que o sistema de

aquecimento interno mantém os aquecedores a poucos centímetros dos respectivos blocos, o que torna o aquecimento mais localizado e diminui a influência de um conjunto de aquecedor sobre o bloco oposto.

O sistema de aquecimento externo apresenta perdas de radiação por absorção nas paredes da câmara de deposição que se interpõe entre os aquecedores e os blocos. Estas perdas (mesmo sendo pequenas como no caso do uso de paredes de quartzo) diminuem a taxa de aquecimento dos blocos. Com o sistema de aquecimento interno isto não ocorre, visto que a radiação das lâmpadas incide diretamente nos blocos de grafite aumentando a taxa de aquecimento e diminuindo o gasto com a energia necessária para o processo de deposição.

Foi possível produzir filmes finos de ZnTe com temperaturas de fonte de TF

= 600°C, permitindo que temperaturas de substrato de 380°C sejam utilizadas. O uso de menores valores de T

S possibilita o uso de vidro sodalime

como substrato, ao invés do aluminoborossilicato que tem maior custo.

Na tabela 1, são apresentados os valores de espessura e da taxa de deposição para os filmes de ZnTe depositados com temperatura de fonte variando entre 640°C e 700°C, temperatura de substrato variando entre 440°C e 480°C, Pressão de 1 Torr de argônio e tempo de deposição de 1 minuto.

Tabela 1. Taxa de deposição de filmes de ZnTe

Através da tabela 1 é possível observar que a taxa de deposição aumentou com o aumento da temperatura da fonte e/ou com o decréscimo da temperatura do substrato, sendo a influência da temperatura da fonte mais forte do que da temperatura do substrato. Este resultado é coerente

239


com o modelo de transporte limitado por difusão característico da técnica de deposição por CSS.

A figura 4 mostra o gráfico da taxa de deposição em função do inverso da temperatura da fonte, construído a partir dos valores experimentais mostrados na tabela 1, considerando temperatura de substrato de 480°C, pressão de sistema de 1 Torr (com fluxo de argônio em regime dinâmico) e tempo de deposição de 1 minuto.

Figura 4. Taxa de deposição em função da temperatura da fonte.

A partir do gráfico mostrado na figura 4 foi possível obter a energia de ativação experimental do processo de deposição como sendo igual a 0,82 eV.

A tabela 2 mostra o tamanho de grão de filmes de ZnTe depositados por 1 minuto, com temperatura de fonte de 660°C, 1 Torr de argônio e diferentes temperaturas de substrato.

Tabela 2. Tamanho de grão de filmes de ZnTe depositados com P = 1 Torr por 1 minuto e diferente

temperaturas de substrato.

TF (°C) T

S (°C) Tamanho médio de grão (nm)

660°C

440°C 112

460°C 130

480°C 149

240


Dos valores na tabela 2 pode-se observar que com o aumento da temperatura do substrato há um aumento no tamanho de grão. Isto pode ser explicado levando em consideração que em maiores temperaturas de substrato há uma menor taxa de deposição (tabela 1) uma vez que a taxa de re-evaporação na superfície do substrato aumenta, diminuindo a formação de sítios de nucleação. A diminuição da densidade de sítios de nucleação e o aumento da mobilidade dos átomos devido ao acréscimo de energia obtido com o aumento da temperatura de substrato levam ao aumento do tamanho médio dos grãos.

A tabela 3 mostra o tamanho de grão de filmes de ZnTe depositados por 1 minuto, com temperatura de substrato de 480°C, 1 Torr de argônio e diferentes temperaturas de fonte. Esta tabela também mostra que com o aumento da temperatura da fonte há uma diminuição no tamanho médio dos grãos. Essa diminuição é causada pelo fato de que temperaturas maiores de fonte aumentam a taxa de saída de átomos da fonte, aumentando a taxa de chegada no substrato. Com isso a taxa de formação de sítios de nucleação aumenta, diminuindo o tamanho médio de grãos.

Tabela 3. Tamanho de grão de filmes de ZnTe depositados com P = 10 Torr por 1 minuto e

diferentes temperaturas de fonte.

TF (°C) T

S (°C) Tamanho médio de grão (nm)

680°C

480°C

107

660°C 149

640°C 345

A figura 5 mostra a micrografia correspondente ao filme de ZnTe depositado sobre vidro/SnO

2:F com T

F = 640°C, T

S = 480°C, P = 1 Torr (argônio)

e tempo de deposição de 1 minuto.

Figura 5. Micrografia de um filme de ZnTe depositado com T

F = 640°C, T

S = 480°C.

241


O filme mostra-se contínuo, com tamanho médio de grão de 345 nm. Considerando que a espessura do filme é de cerca de 110 nm é possível afirmar que o filme tem uma estrutura próxima de uma estrutura colunar. Grãos com estruturas colunares são desejáveis em filmes finos aplicados em células solares, pois diminui a densidade de contornos de grão na direção transversal à interface entre os filmes onde há a ocorrência de recombinação dos portadores de carga fotogerados, que é um importante fator responsável pelo aumento da resistividade do filme e conseqüente diminuição da eficiência da célula solar.

Na figura 6 são apresentados os difratogramas correspondentes a uma amostra em pó de ZnTe e a um filme de ZnTe depositado sobre vidro/SnO

2:F com

TF = 700°C, T

S = 480°C, P = 1 Torr (argônio) e tempo de deposição de 1 minuto.

Figura 6. Espectros de difração de raios X de amostra de ZnTe em pó e de filme de ZnTe

depositado sobre vidro/SnO2:F.

Nestes difratogramas é possível observar que o filme de ZnTe produzido apresenta estrutura cúbica (do tipo blenda de zinco), boa cristalinidade e crescimento preferencial na direção (111).

Outros detalhes da construção do equipamento e análises da influência dos parâmetros de deposição nos filmes de ZnTe produzidos podem ser encontrados em outros estudos [GONÇALVES, 2008].

4. CONCLUSÃO

A construção do sistema de deposição por sublimação em espaço reduzido foi bem sucedida, pois com o sistema de aquecimento interno o

242


equipamento foi capaz de alcançar e manter maiores diferenças entre as temperaturas da fonte e do substrato seja com temperatura da fonte de 580°C ou 700°C. Além disso, a taxa de aquecimento obtida foi maior do que as taxas de equipamentos de deposição por CSS com sistema de aquecimento interno.

Foram obtidas altas taxas de deposição, mesmo quando altas temperaturas de substrato foram utilizadas.

Os f ilmes de ZnTe depositados pelo equipamento apresentaram propriedades morfológicas e microestruturais semelhantes aos filmes produzidos por CSS descritos na literatura, e desejáveis para aplicações em células fotovoltaicas.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao laboratório de difração de raios X do CBPF pelas medidas de difração de raios X, ao Laboratório de filmes finos da PUC-RJ pelas medidas de espessura e ao laboratório de microscopia eletrônica do Instituto Militar de Engenharia (IME-RJ) pela micrografia.

Este trabalho foi financiado pela CAPES e pelo CENPES/PETROBRAS.

REFERÊNCIAS

GESSERT, T. A.; ASHER, S.; JOHNSTON, S.; YOUNG, M.; DIPPO, P.; CORWINE, C. Analysis of CdS/CdTe devices incorporating a ZnTe:Cu/Ti Contact.Thin Solid Films, v.515, p.6103–6106, 2005.

GONÇALVES, A. R. S. Produção de filmes de telureto de zinco pela técnica de sublimação em espaço reduzido. Rio de Janeiro, 133 p., 2008. Dissertação (Mestrado) -. Instituto Militar de Engenharia.

ISHIZAKI, T.; OHTOMO, T.; FUWA, A. Structural, optical and electrical properties of ZnTe thin films electrochemically deposited from a citric acid aqueous solution. Journal Of Physics v.37, p.255–260, 2004.

MAQSOOD, A.; SHAFIQUE, M. Properties of Cu-doped ZnTe thin films prepared by closed space sublimation (CSS) techniques. Journal of Materials Science, v.39, p.1101–1103, 2004

PINHEIRO, W. A.; MATTOSO, I. G.; CRUZ, L. R. O. FERREIRA, C. L., Construção de um sistema de sublimação em espaço reduzido. Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, v. 24, n. 1, p. 62-66, 2005.

243

O PERCURSO DA INOVAÇÃO TECNOLÓGICA: ETANOL

Leonardo Cezar Rocha Neves1

1 Universidade Gama Filho, CST de Petróleo e Gás.Rua Manuel Vitorino, 553.20740-900 – Rio de Janeiro - [email protected]

Resumo: Esse trabalho apresenta, uma retrospectiva onde o seu fio condutor estabelece a ligação entre o declínio e a ascensão do álcool no contexto nacional e no plano internacional. Destacando de forma analítica o percurso da evolução tecnológica do etanol e creditando à PETROBRÁS/CENPES o esforço da pesquisa e inovação no setor de biocombustíveis. O tema desenvolve-se a partir dos seguintes aspectos: processo produtivo; fluxograma de produção referente ao emprego do bagaço de cana; e os investimentos em pesquisa. São ressaltados também a, distribuição da oferta de etanol por países produtores e o desafio do aproveitamento do bagaço da cana, e seu respectivo balanço-energético. Paralelamente, apresentam-se as medidas governamentais em termos de financiamento, taxa de juros, incentivos fiscais bem como Portarias Ministeriais para o setor sucroalcoleiro.

Palavras-Chaves: Bioenergético; Energia-Limpa; Etanol; Balanço-Energético; Commodity

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1. INTRODUÇÃO

Logo após o primeiro qüinqüênio do século XXI uma importante, fonte de energia renovável passou a ser alvo de interesse de capitais externos. Os avanços na pesquisa dos processos de obtenção do etanol a partir da lignocelulose obtido do bagaço de cana – de- açúcar despertou interesse de variados setores.

Em decorrência,um farto material informativo tem sido veiculado por diferentes meios. Diante de intensa cobertura, pareceu-me oportuno tentar analisar a rota deste bioenergético. Inicialmente, para dar conta dessa empreitada, apresento certos traços identificadores da inovação tecnológica no processo de etanização do setor energético. Para dar coerência semântica ao retratar fatos novos e passados criamos o neologismo denominado “neoetanização”, que, em grande medida, vem ultimamente super consagrando o etanol. Em seguida apresento as ações incentivadoras destinadas à mobilização dos principais atores e sua articulação entre o Estado o capital nacional e externo. Mais adiante descrevemos etapas do processo produtivo e seu respectivo fluxograma, para a produção do etanol na fig1. Por último é retratada a distribuição espacial dos dez primeiros produtores através de um ranking no plano mundial, indicada na fig.2.

2. A NEOETANIZAÇÃO

Um veterano de repente entra na pista da corrida energética cercado de prestígio e glamour, o álcool. Consagrado historicamente como um produto da tradição comercial brasileira e trazendo em sua bagagem etimológica a origem árabe, (àl-co-ol) travestiu-se e passou a exibir um nome mais charmoso: etanol (C2 H5 OH) na fórmula molecular, também conhecido como álcool etílico. Passou a integrar a segunda geração de biocombustíveis, em decorrência do seu processo inovador: etanol produzido a partir do bagaço de cana-de-açúcar.

Retrospectivamente, há três décadas o álcool teve o seu período de glória, quando despontou o Programa Nacional do Álcool o governo tomou a iniciativa de substituir sua frota de veículos a motores do ciclo Otto ,à gasolina, pelo álcool hidratado daí em diante diversos incentivos fiscais e creditícios foram oferecidos ao mercado (consumidor e produtor), ampliando a capacidade instalada dos modestos três milhões de litros para 16 bilhões de litros /safra. Vale lembrar que, nesse período, o álcool anidro era, por determinação legal,responsabilidade da PETROBRAS proceder a mistura à gasolina, atingindo em 2005 a percentagem de 26%. Posteriormente passou a ser atribuição também

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das companhias distribuidoras de petróleo e derivados. Quanto ao álcool hidratado sempre teve o seu mercado livre em termos de comercialização. Os anos de celebridade findaram, seguindo -se o período de queda, fielmente retratado pelo relato: “quando por volta dos anos 1989, há uma queda de braço entre os usineiros e a PETROBRAS, agravada pela alta de preços do açúcar no mercado internacional, os produtores voltaram-se de uma forma rápida, para a produção de açúcar em detrimento da produção do álcool. A PETROBRAS vê-se obrigada a misturar água ao etanol, álcool anidro, para atender, em parte, o mercado de álcool hidratado. Percebe-se daquela época em diante uma descrença da população em relação ao PROALCOOL”(1)

No primeiro quinqüênio do Século XXI, o álcool retomou o seu status, de fato, as exportações brasileiras do produto cresceram 318,8% (2003/2005) correspondendo a quinze países de maior expressão em termos de volume (6),especula-se que essa neoetanização decorre de algumas tendências conjunturais: a primeira, pode ser percebida pelo acolhimento efusivo do etanol no mercado global figurando esse bem energético como commodity, denominação clássica no comércio internacional, notadamente nas Bolsas de Mercadorias que no caso brasileiro a BM&F irá lançar contrato futuro de etanol ,cujo processo de aprovação está em análise na Comissão de Valores Mobiliários, CVM. (2)

A segunda tendência caracteriza-se pelo processo de conscientização da sociedade, referente ao fato de ser indefensável econômica e ambientalmente o não uso de energia limpa, postura emergente que aumenta a cada dia na coletividade. Somos informados, pelos relatórios do Conselho Nacional de Pesquisas (CNPq), que para cada litro de álcool hidratado deixa-se de colocar na atmosfera 0,46 Kg de carbono equivalente e o álcool anidro gera uma redução de 0,71 Kg / litro.

A terceira, é observada pela corrida das grandes fortunas brasileiras para investirem nos principais segmentos da cadeia produtiva do etanol, na lavoura canavieira, construção de usinas, produção e distribuição, e na financeirização do setor, pela febre mundial de investimentos estrangeiros no etanol. Há constatações otimistas sobre rendimentos comparativos entre o etanol e o álcool de milho, produzido pelos Estados Unidos, tais dados,tem resultado em fortes interesses de investimento no setor.

3. O BALANÇO ENERGÉTICO

Segundo os cálculos do balanço de energia, para converter o milho em etanol, o resultado é negativo (1,29:1), ou seja, para cada 1 kcal de energia

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fornecida pelo etanol, gasta-se 29% a mais de energia fóssil para produzir o álcool, enquanto o balanço energético da cana é positivo (1:3,24), para cada 1 kcal de energia consumida para produção de etanol, há um ganho de 3,24 kcal pelo etanol produzido. Além disso, a cana produz três vezes mais álcool por área do que o milho. A cana gasta quatro vezes menos energia do que o milho, 1,6 bilhões de kcal para a cana contra 6,6 bilhões para o milho. O custo de produção do etanol de cana é U$0,28/L e de milho é de U$0,45/L. A redução de gás efeito estufa (GEE) na produção e combustão de etanol de cana-de-açúcar foi de 66%, comparada com 12% para o etanol de milho. A indústria de álcool americano somente é viável devido ao subsídio de US$ 4,1 bilhões para a produção do etanol. (3).

Se compararmos a emissão de gás efeito estufa, (GEE equivalente a CO2 / MJ) durante a produção e combustão de biocombustíveis com a gasolina e o diesel veremos que o etanol de cana de açúcar é de 33,6 g/MJ correspondendo em termos percentuais a 9,7%, conforme mostra a tabela I.

Tabela I. Índices de Emissão de Gás Efeito Estufa (GEE)

ProdutosEnergéticos

GEEg /MJ %

Etanol Milho 84,9 24,4

Etanol Cana 33,6 9,7

Gasolina 96,9 27,9

Biodiesel Soja 49,5 14,2

Diesel 82,3 23,7

Fonte: HILL,J.; NELSON,E.; PNAS, V.103, p.11206-11210, 2006

4. ETANOL: ETAPAS DO PROCESSO

Observamos no f luxograma, fig.1, o percurso descrito no processo com a numeração indicada entre parênteses. Na primeira etapa, há um pré-tratamento do bagaço de cana (2) e (1) o qual é prensado dentro de um reator e submetido a uma solução ácida. Este resíduo líquido segue para a fase de fermentação (3), onde a levedura (4) processa o açúcar gerando o etanol. Enquanto isso o resíduo sólido do pré-tratamento passa por um estágio chamado deslignificação,no qual se retira a lignina (5). A parte sólida também segue para a fermentação, quando produzirá álcool (7). A etapa final da destilação (6), ou seja, a recuperação do etanol, que possui

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as mesmas características daquele produzido industrialmente a partir da cana. Quanto aos demais símbolos apresentados no fluxograma tem-se (8) é a celulose; (9) são as enzimas empregadas no processo; (10) as leveduras;e (11) o produto que segue para a rede de distribuição dos postos de combustíveis

Vale destacar que grande contribuição da inovação tecnológica do processo do etanol está na capacidade que o sistema tem de processar outros resíduos agroindustriais como tortas de mamona; pinhão-manso e soja. [ SBPC,2007]

Fig.1. Etanol: Fluxograma do Processo

5. ARTICULAÇÃO DE MEDIDAS

Foram tomadas um conjunto de medidas, que se expressa nas seguintes constatações:

Criação de uma demanda de etanol através de Portaria Ministerial. O governo brasileiro informa ao setor sucroalcooleiro que elevará o percentual

248


de álcool na gasolina de 23% para 25% em julho de 2007. Em consequência das reivindicações dos usineiros de álcool, criou-se , institucionalmente, uma demanda de 400 milhões de litros por ano aproximadamente. (4).

De igual modo, medidas relativas à taxa de juros, observa-se a queda vertiginosa na taxa básica de juros, (SELIC). A reunião do Comitê de Política Monetária (Copom) em 18/7/07 decidiu a nova taxa, que deveria se situar à época, em torno de 11,75% a 11,5%. Com tal medida tornam-se viáveis economicamente os inúmeros empreendimentos alcooleiros. É oportuno lembrar que a taxa vigente no período compreendido entre 21/07/2005 e 17/08/2005 era de 19,75% e que taxas, a esse nível, tornavam inviáveis a maioria dos projetos, principalmente as plantas de etanol.

Ainda em relação ao alinhamento do conjunto de medidas do governo foram alocados pelo BNDES recursos da ordem de R$ 7 bilhões para financiamento que incluem projetos já aprovados e ainda os que estão na fase de análise.técnico-econômica.

Paralelamente, no elenco dessas medidas, entra em cena a área internacional. A Comissão Internacional de Etanol (CIE), representada por Jeb Bush, anunciou que o Banco Interamericano de Desenvolvimento, (BID) está financiando projetos de etanol, com desembolsos já confirmados no valor de US$570 milhões.

6. DISTRIBUIÇÃO MUNDIAL DA OFERTA DE ETANOL

É provável que o Brasil permaneça durante alguns anos na posição de segundo colocado na produção de etanol produzido a partir da cana de açúcar. Sendo o primeiro lugar assegurado aos Estados Unidos com a produção de álcool a partir do milho. O aumento da oferta do álcool devido a produção da Tailândia, China e Índia, forçará a queda do preço do produto internacional. Na figura 2, estão indicadas as localizações dos paises produtores de etanol, na qual pode-se observar a dispersão espacial entre os centros produtores em relação às regiões de consumo pelas grandes distâncias envolvidas.

249


Fig. 2. Produção Mundial de Etanol em 2006


A visibilidade alcançada pelo expressivo aumento das exportações de etanol, possivelmente, foi o fato que despertou grande interesse do capital externo, e motivou os atuais investimentos no Brasil. Paralelamente, a desconfortável vulnerabilidade do petróleo vem tornando esse bem caro e escasso. Conquanto, o expressivo aumento nas reservas brasileiras tenha se efetuado com a descoberta de novos reservatórios no Pré-Sal. Quanto ao etanol, parece marcante, a contribuição da Petrobrás/ Cenpes em ter perseguido a rota do desenvolvimento do processo de inovação tecnológica. O uso do bagaço de cana ter alcançado significativa eficiência e competitividade permitiu ao etanol ganhar status internacional. A maneira pela qual o Estado se articulou com apressada eficiência para atender as demandas de capital é de grande importância. A presença dos atores externos, formando alianças com os nacionais do setor, promove em grande estilo a transferência de tecnologia, conquanto já tenha rendido à Petrobrás três novas patentes encaminhadas ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial - INPI. A experiência doméstica acumulada ao longo de meio século pode ser um vetor significativo para promover a marcha do etanol nos mercados mundiais.

BIBLIOGRAFIA

(1) PIMENTEL,R. C. (Ré)Descoberta: A Energia no DesenvolvimentoSustentável; p.19,21;Editora UNAERP, Ribeirão Preto ,SP,2007 )

250


(2) MELO. L. ALMEIDA,C., Investimentos Externos Podem Alcançar US$100 bi Em Dez Anos ;O Globo; Pg. 30 ;29/04/07

(3) C.ANDREOLI, S. P. DE SOUZA, Cana-de Açúcar: A Melhor Alternativa para Conversão da Energia Fóssil em Etanol, pp 1,4; Economia e Energia Nº59,Londrina, PR, 2006,

(4) DOCA, G. ,TAVARES,M. ;Mais Álcool a Gasolina ;O Globo,14/06/2007 ;pg. 30

(5) OLIVEIRA. E, DUARTE, P.; NOVO, A .; Etanol ,Negócio para Ricos e Famosos; O Globo de 07/06/07; Pg.29.

(6) SOUZA,R.R.;Panorama,Oportunidades e Desafios para o Mercado Mundial de Álcool Automotivo. Dissertação, p.44 de fev.2006, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro.

[SBPC] FURTADO, F., FERR AZ, M.; Suplemento Petrobrás/Cenpes SBPC,Ciência Hoje; Nº8;Nov.2007,p.2.

RESUMOS DE TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO EPROJETOS INTEGRADORES

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Curso de Arquitetura e Urbanismo(2011.2)

A POLÔNIA NO BRASIL: UM CENTRO DE MEMÓRIA COMO DIFUSOR DA CULTURA POLONESA.

Francielle Bilinoski RochaWilliam S. M. Bittar (orientador)

Resumo: O Brasil é o país da miscigenação e por isso recebeu imigrantes das mais variadas nacionalidades e influências das mais diferenciadas culturas. Uma delas, a polonesa, se concentra de forma mais relevante no estado do Paraná. Por este motivo, o estudo, “Centro de Memória e Cultura Polonesa” prevê a construção de um espaço totalmente dedicado à difusão, permanência e resgate da cultura e das influências deste povo no Brasil.

A necessidade de implantação deste espaço remete à modificação que a cultura polonesa sofreu ao longo dos anos, estando hoje esquecida e essencialmente alterada. Sendo assim, a construção de um local onde seja possível oferecer à comunidade local, ou mesmo a turistas e visitantes, o conhecimento sobre as origens dos que ali vivem, fortalecerá os laços culturais e sociais já tão esquecidos e sublimados pelo passar dos anos.

Para a criação deste projeto arquitetônico, foram utilizadas como referência construções locais, como o restaurante Nova Polska, rico em opções de lazer, como pedalinho, pesca e turismo rural. O restaurante resgata a culinária polonesa e é conhecido pelas cores fortes e pelo forro com desenhos de estrelas que remetem aos brasões dos estados da Polônia. Outra referência para a criação deste projeto é o Bosque do Papa, que fica no Centro Cívico de Curitiba. Lá chamaram a atenção os caminhos sinuosos e a distribuição das edificações ao redor de uma praça, bem como os jardins, sempre muito floridos e com grande variedade de cores. A Universidade Livre do Meio Ambiente é mais um local inspirador para o projeto. A construção toda de madeira integrada com a natureza remete ao que foi pensado para execução do projeto.

O “Centro de Memória e Cultura Polonesa” foi projetado para ser construído na cidade de Campo Largo. O local foi escolhido pela sua destinação turística durante a Copa de 2014, pois Curitiba será uma das cidades-sede, bem como pela presença do Parque Ecológico Ouro Fino, o Parque do Mate e, sobretudo, por ter sido fundada por poloneses e possuir um número considerável de colônias polonesas que fazem parte do roteiro turístico local. Desta forma, o Centro de Memória, para melhor cumprir

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a sua função de difusão sociocultural, será composto por um museu, um setor administrativo, uma associação de turismo rural, um galpão, sala de cursos, restaurante-escola e hospedagem. Levando em conta as influências arquitetônicas do projeto, todas as edificações serão construídas em um parque arborizado, com acesso pela Rodovia BR-277, a 4 km da estrada, a 25 km do centro de Curtiba e a 15 km do centro da cidade de Campo Largo – com jardins policrômicos, permeados por um córrego que também servirá de atrativo para os que além de conhecerem a cultura polonesa, desejarem contato com a natureza.

O terreno onde será instalado o projeto tem perímetro total de 704,80m e área de 26.885.284m². Está localizado na Colônia D. Pedro II, distrito de Ferraria, em Campo Largo, região metropolitana de Curitiba. No espaço serão construídos nove núcleos: Administração, Associação do Turismo Rural, Museu, Capela, Restaurante, Galpão, Sala de Cursos, Hospedagem e Serviços.

A Administração, com 36,10m², abrigará uma recepção, uma sala de atendimento, copa e sanitário. Este núcleo será construído para o desempenho das funções administrativas locais, onde os funcionários responsáveis poderão despachar de acordo com as demandas geradas pelo espaço. Neste local também será realizado o controle de entrada e saída de visitantes.

A Sede da Associação, com 69,20m², composta de acesso, atendimento e sanitários, será para atendimento dos associados do Turismo Rural e dos moradores da Colônia.

O Museu, com 69,30m², composto de acesso, sala de exposição e sanitários, apresentará artigos que vão contar a história da imigração polonesa no Brasil, da Polônia, bem como a tipologia construtiva das casas.

O restaurante, com 258,80m², será integrado por recepção, sanitário para clientes, salão, hall, cozinha, cambusa, lixo, despensa, administração, vestiário, sanitário funcionários e varanda. A peculiaridade deste espaço é que ele está intimamente ligado com o propósito do projeto, uma vez que através da gastronomia, os visitantes vão conhecer a culinária polonesa. No restaurante também serão ministrados cursos de culinária polonesa.

No Galpão, a maior área do espaço, com 1.213,40m², constituído por salão, sanitário feminino, sanitário masculino, copa, administração, camarim, acesso serviço e depósito, serão realizadas as festividades com influência cultural polonesa, danças folclóricas bem como eventos da comunidade.

A Sala de Cursos, com 220,80m², composta por quatro salas de aula, acesso e dois vestiários, será destinada a aulas de artesanato polonês e aulas do idioma polonês.

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Na Hospedagem, com 433,60m², com possibilidade de ampliação, serão disponibilizados, além do acesso, oito dormitórios com Hall, sanitário e varanda. Este espaço é voltado para os visitantes que farão cursos de curta duração, ou poderão adquirir pacotes personalizados para as suas necessidades.

No núcleo de serviços, com 209,60m², composto de dois vestiários, lixeira, depósito, lavanderia, copa e oficina, serão disponibilizadas todas as ferramentas necessárias para a manutenção do complexo.

Todas as construções do complexo são formadas por paredes duplas para melhor isolamento térmico e acústico. Além disso, a parte interna desta parede será formada por restos de acícula de pinheiro, misturadas com cimento ou gesso. A acícula nada mais é que galhos fibrosos que caem abundantemente da árvore.

A necessidade de um espaço destinado à reativação da memória cultural polonesa em Curitiba é mais do que fundamentada. Entretanto, a construção de um complexo como este, extravasa as necessidades da comunidade local e passa a ter a estrutura de um grande projeto, capaz de atrair a atenção dos demais estados da federação bem como a de turistas e visitantes de outros países.

A criação de um ponto de referência da cultura polonesa no país só trará benefícios para a comunidade local e para a cidade, que passará a ser lembrada no imaginário coletivo, como um ponto turístico que vale a pena conhecer e uma cultura que não deverá ser esquecida na contribuição da formação da nacionalidade brasileira.

Palavras-chave: Centro de Memória, Polonesa, Curitiba.

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CENTRO DE TREINAMENTO, DESENVOLVIMENTO E PESQUISAS DE ESPORTES.

Bernardo M. S. de MirandaMirian Keiko Ito Rovo de Souza Lima (orientadora)

Resumo: O presente Trabalho de Conclusão de Curso diz respeito a um projeto de arquitetura de um Centro de Treinamento, Desenvolvimento e Pesquisas de Esportes, a ser implantado no Recreio dos Bandeirantes em um terreno na Estrada Benvindo de Novaes, a poucos minutos do local previsto para as principais instalações olímpicas.O debate sobre o tema esportivo tem sido recorrente desde o anúncio do Rio de Janeiro como sede dos Jogos Olímpicos 2016. Entre os temas mais citados estão a deficiência brasileira na formação de atletas, a questão do legado que as instalações e eventos esportivos podem deixar para a população e a influência da estrutura de treinamento nos resultados de times e atletas. O projeto arquitetônico, objeto do presente trabalho, irá englobar esses três temas. Será abordada a questão da formação de atletas em um Centro de Desenvolvimento Esportivo, a questão da estrutura em um Centro de Treinamento e Pesquisas Esportivas, de forma a assegurar a melhor estrutura para times e atletas, e a questão do legado, propondo melhorias e investimentos nos bairros do entorno onde o centro será implantado. O objetivo principal é impulsionar o desenvolvimento dos esportes olímpicos no Brasil levando o país a se tornar uma potência olímpica. Para que isso se torne realidade será proposta uma união do modelo americano de formação de atletas com o modelo brasileiro. O projeto irá trabalhar os conceitos de integração e flexibilidade, garantindo ao complexo uma multifuncionalidade que o permita sempre estar em uso. O extenso programa do complexo esportivo conta com pistas de atletismo, ginásios poliesportivos, piscinas, spas, biblioteca, laboratório, centro médico, alojamento, área para visitantes como museu, auditório, lojas e restaurante inseridos em um amplo parque aberto ao público.

Palavras-chave: Centro de Treinamento, Multifuncionalidade

Vista do Ginásio Esportivo

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Vista do Ginásio a partir do Parque

Vista Geral do Centro de Excelência em Esportes no Recreio dos Bandeirantes

Referência bibliográfica

MIRANDA, Bernardo Menezes Salles. CENTRO DE EXCELÊNCIA EM ESPORTES

Centro de Treinamento, Desenvolvimento e Pesquisas de Esportes Olímpicos. 2011. Trabalho de Conclusão do Curso de Arquitetura e Urbanismo, Universidade Gama Filho, Rio de Janeiro.

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CIDADE DO SAMBA DO GRUPO DE ACESSO, RIO DE JANEIRO.

Fernanda Gomes SilvaGustavo, Jucá Ferreira Jorge (orientador)

Resumo: São inúmeras as dificuldades enfrentadas atualmente pelas escolas de samba do Grupo de Acesso do Carnaval do Rio de Janeiro, e entre as mais graves destacam-se a precariedade dos barracões de produção das alegorias e adereços, e o transporte dos carros alegóricos até o desfile, no Sambódromo da Marquês de Sapucaí. Os atuais barracões das escolas de samba são pequenos, em situações precárias, de risco como alagamentos, desabamentos e incêndio, sendo esse último o de maior probabilidade de ocorrência, pois é agravado pela volumetria em galpões contínuos.

Idéia de fazer a Cidade do Samba do Grupo de Acesso, denominada como CISGA surge a fim de unir todas as escolas em um só lugar equipado com o que há de mais. A tipologia inovadora deste tipo de construção diferencia-se das edificações já existentes para a produção de carnavais em outros lugares do Brasil, elevando significativamente a importância das escolas do Grupo de Acesso.

moderno para desenvolver o talento dos artistas e melhor produzir a parte mais esquecida do Carnaval carioca, mas de igual valor. O conceito principal é de criar uma grande infraestrutura onde se tenha indústria, cultura, entretenimento, ensino profissionalizante e turismo no mesmo local, obtendo assim uma maior qualidade para o samba do Grupo de Acesso.

Localizada na Zona Portuária da cidade do Rio de Janeiro, no bairro de Santo Cristo, fazendo parte do Projeto Porto Maravilha. Terá cada barracão independente um do outro, obtendo assim uma leveza de todo o espaço.

A proposta desta tipologia é mostrar que apesar dos barracões estarem separados, ilustrando a rivalidade das escolas em busca do campeonato, eles estarão unidos por uma passarela em estrutura metálica assim simbolizando a união de todas elas para o maior espetáculo do planeta.

Palavras-chave: Carnaval, Grupo de acesso, Zona Portuária, Cidade do Samba.

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Implantação da CISGA – Rua Gal. Luiz Mendes de Moraes (sem escala)

Vista aérea dos Barracões das escolas do Grupo de Acesso, com o Anfiteatro ao centro.

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Vista frontal de um Barracão das Escolas do grupo de Acesso

Perspectiva da Área de Eventos - Anfiteatro

HABITAÇÃO MULTIFAMILIAR NO MEIER

Nathalia Cardoso de AzevedoHelga Santos da Silva (orientadora)

Resumo: Através da análise de plantas de apartamentos no entorno da Rua Dias da Cruz, este artigo tem como objetivo analisar a evolução da moradia coletiva, mostrando as mudanças ocorridas na variação das dimensões dos compartimentos. A metodologia de pesquisa compreendeu a revisão bibliográfica, o levantamento fotográfico e a pesquisa das plantas em arquivos públicos. Em seguida os projetos foram digitalizados e analisados. Foi possível com isso, observar a variação na área útil dos apartamentos,

261


que compreendeu um decréscimo, ao passo que a legislação impunha alterações que ampliavam as áreas comuns. O conforto ambiental estava sempre presente, por meio de dispositivos para a proteção solar, e pela ventilação natural na maior parte dos ambientes. O setor que possuiu a maior supressão de área foi o de serviços. Na amostra analisada, contudo, foi possível concluir que a diminuição da área útil não comprometeu a relação entre o uso e as dimensões dos compartimentos.

Palavras-chave: Habitação, Arquitetura, Méier.

FÁBRICA DE SONHOS: G.R.E.S. ESTÁCIO DE SÁ

Bruno Couri LaïzaCristina Malafaia Caetano Stramandinoli (orientadora)

Resumo: O projeto tem como objetivo, desenvolver a Fábrica dos Sonhos: G.R.E.S. Estácio de Sá, que nada mais é, que um barracão de alegorias da escola de samba. A Estácio de Sá é a primeira escola de samba do Brasil, e atualmente não tem um barracão digno. Portanto, o projeto consiste na reconstrução do barracão existente modernizando-o, e na criação de um polo de turismo e de atividades sociais e culturais, com um grande bar, uma área de visitação aberta durante todo o ano, mostrando as etapas da criação do carnaval produzidas em um só local, além da criação de uma Escola de Música e Oficinas para atender a comunidade e ao público interessado.

Esse projeto tem o conceito de uma fábrica que além de produzir “o maior espetáculo da terra”, gera empregos para ferreiros, carpinteiros, vidraceiros, aderecistas, artesãos e todos os outros anônimos que ajudam no barracão voluntariamente a criar uma indústria do carnaval, realizando também o sonho das pessoas que vivem a mágica transformação do carnaval.

A região escolhida para o projeto é a área onde atualmente o barracão já funciona, no bairro da Saúde, zona portuária do centro da cidade do Rio de Janeiro. Essa região já é tradicional no meio do samba por ser o local de vários barracões de escolas de samba. Hoje é uma região degradada, mas com a construção do projeto do “Porto Maravilha” esta sendo revitalizada.

Buscando manter a história do local, e tendo como objetivo modernizar a área, o projeto tem como princípio “contemporaneizar” as fachadas neoclássicas, usando como forte referência a Clinica Lou Ruvo do arquiteto Frank Gehry, onde há um rotacionamento das fachadas. A proposta é a reconstrução das fachadas dando a entender que há uma guerra de estilos

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entre o eclético e o contemporâneo. O volume é revestido totalmente de Aço Cortein e as fachadas de pó de pedra criando assim, uma quebra na cor da edificação. Abaixo são apresentadas figuras ilustrativas.

Palavras-chave: Fábrica de sonhos, Escola de Samba.

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CENTRO EDUCACIONAL E CULTURAL PARA O MEIO AMBIENTE

Patricia Lefebvre W. de AlmeidaMirian Keiko Ito R. de S. Lima (orientadora)

Resumo: O Projeto do CIS se propõe a ser um centro educacional e cultural para o meio ambiente, visando o incentivo à prática dos princípios ecológicos e sustentáveis, através do oferecimento de atividades como palestras, exposições, consultorias e eventos ligados ao tema, além de cursos livres e oficinas nos campos da reciclagem, educação ambiental, arquitetura e construção sustentável. A crescente demanda por informações e qualificação profissional ligado aos princípios da sustentabilidade direcionou a escolha do tema e a proposta para elaboração de um equipamento institucional do porte do CIS. O centro incluirá em seu programa Salas Multiuso, Oficinas, Canteiro Experimental, Auditório, Biblioteca, Anfiteatro, Jardins e Horta. A região escolhida para a implantação do CIS, a Baixada de Jacarepaguá, possui um rico ecossistema e um corredor ecológico que visa conservar e preservar os recursos hídricos, a fauna e flora nativas. Ao mesmo tempo é uma região que vem sofrendo um crescimento vertiginoso com ameaças ao meio ambiente. A idéia do CIS vem de encontro com as necessidades de conscientização ecológica do lugar. O terreno escolhido situa-se na Via 4, próximo ao Parque Natural Municipal Bosque da Barra e ao lado da subprefeitura e da Estação de Tratamento de Águas. A proximidade com estes equipamentos públicos visa um trabalho de parceria de forma a viabilizar a implantação do CIS.

Como diretriz projetual buscou-se conceber um espaço cuja arquitetura fosse educativa e elucidativa em consideração aos aspectos ecológicos e sustentáveis. Procurou-se, portanto a melhor implantação e integração da edificação em relação ao meio físico e geográfico, a escolha de técnicas construtivas e materiais ecológicos e na humanização dos espaços internos e externos.

Palavras-chave: Centro Educacional, Meio Ambiente.

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Detalhe Construtivo / Sistema de Ventilação

Área de Lazer e Anfiteatro

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Vista Geral do Centro de Incentivo à Sustentabilidade

Referência bibliográfica

ALMEIDA, Patricia Lefebvre Wheeler. CIS: Centro de Incentivo à Sustentabilidade. 2011. Trabalho de Conclusão do Curso de Arquitetura e Urbanismo, Universidade Gama Filho, Rio de Janeiro.

SISTEMA HIDROVIÁRIO DA BARRA DA TIJUCA, RIO DE JANEIRO.

Stephanie Olita Muniz dos SantosJucá Ferreira Jorge, (orientador)

Resumo: Com a finalidade de acabar com o descaso às lagoas da Barra da Tijuca, dando-lhes um papel de via de transporte para os moradores da região e a integrando à vida urbana, surge a proposta de criação de um sistema hidroviário integrado às futuras vias expressas – Transcarioca (Barra da Tijuca-Penha) e a Linha 4 do metrô (Barra da Tijuca - Gávea). Por possuírem proximidade de suas estações com trechos do sistema lacunar da Barra da Tijuca, estes modais terão influencia direta ao projeto no que diz respeito a mobilidade e valorização da área.

A proximidade dos jogos Olímpicos, e da Copa do mundo, realça a importância que devemos dar aos transportes alternativos, aliviando ao já saturado sistema rodoviário, esse que se mostra cada vez mais ineficiente e defasado. Não só a área da Barra da Tijuca será beneficiada com o projeto, mas também o Recreio, Vargens Grande e Pequena, e arredores, no que diz respeito ao

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deslocamento e preservação de bens naturais, em específico o complexo lagunar. Os corpos hídricos dessas regiões permeiam grandes extensões de área e conectam pontos importantes da população que mora, trabalha e se desloca pelos referidos bairros.

A proposta baseia-se na criação de uma estação principal localizada na Avenida Abelardo Bueno próximo ao Complexo Esportivo das Olimpíadas 2016 e mais 31 estações secundárias localizadas em áreas comerciais de grande fluxo ou próximas às estações dos corredores expressos. Partindo de módulos de formato “Z”, as paradas secundárias se adaptam à necessidade do entorno onde estarão inseridas, podendo ter mais ou menos módulos para suprir demandas locais específicas.

Já a volumetria da estação principal surge a partir de perfis metálicos erguidos e moldados randomicamente a planos horizontais, preservando a permeabilidade do terreno e mantendo o contato visual da lagoa para quem passa da rua, reforçando o pensamento do arquiteto e urbanista Lúcio Costa – idealizador da Barra da Tijuca, quando cita a frase “o belo não visto é inútil”.

Palavras-chave: Hidrovias, Barra da Tijuca, Arquitetura Modular.

Implantação da Estação Principal – Av. Emb. Abelardo Bueno (sem escala)

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Localização das Estações Secundárias e itinerários e Estação Principal (amarelo)

Vista da Estação Principal, a partir da Av. Emb. Abelardo Bueno para Lagoa de Jacarepaguá

Vista da área de lazer da Estação Principal e o bloco de apoio ao fundo

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Variações dos módulos das Estações Secundárias

Curso de Engenharia Civil (2011.2)

OTIMIZAÇÃO DOS PROCESSOS NA EXECUÇÃO DA ALVENARIA ESTRUTURAL

Cesar Henrique P. G. do NascimentoSergio Gavazza (orientador)

Resumo: A alvenaria estrutural é um método ou processo construtivo tradicional, que existe há milhares de anos. Inicialmente eram utilizados blocos de rocha como elementos de alvenaria, mas a partir do ano 4.000 a.C., a argila passou a ser trabalhada possibilitando a produção de tijolos. O sistema construtivo desenvolveu-se inicialmente através do simples empilhamento de unidades, tijolos ou blocos. Os vãos eram executados com peças auxiliares, como vigas de madeira ou pedra. Ao passar do tempo, foi descoberta uma alternativa para a execução dos vãos: os arcos. Estes seriam obtidos através do arranjo entre as unidades. Assim foram executadas pontes e outras obras de grande beleza, agregando maior qualidade à alvenaria

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estrutural. A alvenaria estrutural, ou autoportante, consiste na utilização de blocos de concreto de diferentes resistências unidos com argamassa, tornando o conjunto monolítico, exercendo um papel estrutural. A função básica da alvenaria comum é a vedação (ou fechamento), enquanto que a da alvenaria estrutural é substituir os dois principais sistemas de uma construção, a estrutura de concreto armado, composta pelas vigas e pilares, e os fechamentos de alvenaria. Portanto, na alvenaria estrutural as paredes da edificação são também a estrutura que suporta todas as cargas, além do peso próprio, das lajes, coberturas e fatores externos como o vento. Busca sempre a economia, ausência de corte de paredes ou quebra de blocos, integração entre projetos, entre outros componentes. Elimina gastos desnecessários, pois evita a geração de entulho. Este trabalho apresenta maneiras de executar o método construtivo alvenaria estrutural de forma correta, explorando ao máximo suas qualidades e minimizando seus defeitos. Um estudo de caso é feito mostrando várias impropriedades no processo construtivo de uma edificação empregando alvenaria estrutural. Os resultados do estudo de caso são apresentados e analisados. Constatou-se que a falta de método adequado na execução da alvenaria estrutural levou à utilização de mais material, maior custo e atraso no prazo previsto para conclusão do projeto. Espera-se que este trabalho, como um TCC do curso de Engenharia Civil, possa trazer informações úteis para docentes e discentes que se interessarem por alvenaria estrutural.

Palavras-chave: Alvenaria estrutural, Otimização, Construção civil.

FATORES CRÍTICOS DA GESTÃO DO PROCESSO DE PROJETOS NA ENGENHARIA SIMULTÂNEA: UM ESTUDO DE CASO EM OBRA DE INFRAESTRUTURA URBANA

Alessandra de Souza F. SimãoÂngela de Fátima Marquez (orientadora)

Resumo: Em função da nova realidade econômica no Brasil trazendo a necessidade de desenvolvimento de projetos com prazos exíguos, esse trabalho apresenta os resultados da pesquisa para criar um modelo analítico que identificasse os fatores críticos de gestão do processo de projetos na Engenharia Simultânea. Baseado nas nove áreas de conhecimento do PMI foi desenvolvido um modelo que identificou a “importância-desempenho” e apresentou os três fatores críticos no projeto estudado. O fator de

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importância foi calculado baseado em pesquisa de campo realizada junto aos engenheiros que atuam no gerenciamento de projetos de construção civil com o objetivo de classificar na Engenharia Simultânea os nove fatores: integração, escopo, tempo, custo, qualidade, recursos humanos, comunicação, risco e aquisição. O fator desempenho foi calculado baseado nos mesmos nove fatores, através de pesquisa quantitativa, com o corpo gerencial de um projeto de Engenharia Simultânea de infraestrutura urbana no subsistema viário. Para tanto, encontrou-se como fatores críticos no projeto estudado o custo, a comunicação e o risco em ordem de criticidade. A pesquisa qualitativa identificou as principais razões que fizerem com que esses fatores fossem classificados como críticos no projeto estudado e afirmou que o modelo pode ser utilizado em outros projetos de Engenharia Simultânea.

Palavras-chave: Gestão de projetos, Engenharia simultânea, Construção civil, Infraestrutura urbana.

SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA NA UNIVERSIDADE GAMA FILHO - UNIDADE PIEDADE

Benjailson A. NascimentoCarlos E. R. Lautenschläger (orientador)

Resumo: Devido ao problema de escassez de água de boa qualidade pelo qual todo o planeta vem passando, aumenta a preocupação com novas alternativas para proteção do meio ambiente com captação, armazenamento e aproveitamento da água de chuva para fins não potáveis. Nesse contexto, entra em pauta o sistema de aproveitamento de água de chuva como uma das principais soluções para a utilização racional do uso da água. Este trabalho visa analisar a viabilidade relativa à implantação de um sistema de aproveitamento de água de chuva como fonte alternativa de abastecimento de água, deixando a água potável em utilizações mais nobres. Na fase de resultados são apresentadas as análises realizadas visando uma maior economia para a Universidade Gama Filho, podendo ser encontradas as alternativas de viabilidade do sistema de captação e utilização de água de chuva e o estudo adotado objetivando a otimização da capacidade do reservatório em função do seu custo de implantação. Para facilitar o entendimento, os resultados são expressos em tabela, com seus respectivos períodos de amortização. Por fim é divulgada a conclusão do estudo

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desenvolvido ao longo do trabalho, variando-se a área de captação de água de chuva disponível, mantendo-se a capacidade do reservatório limitada a 20 m3. São observados os resultados para o atendimento da demanda total e parcial de consumo de água não potável realizado pela instituição em estudo, bem como sugestões para possíveis melhorias da metodologia de estudo na busca de resultados ainda melhores.

Palavras-chave: Água de chuva, Captação, Reservatório e viabilidade.

ESTUDO TEÓRICO SOBRE VIABILIDADE DE UTILIZAÇÃO DE AGREGADOS RECICLADOS EM ARGAMASSA, CONCRETO E BLOCOS DE VEDAÇÃO.

Bruno de Jesus PereiraPedro Paulo Voto Akil (orientador)

Resumo: O uso de agregados reciclados tem se tornado muito comum na construção civil, pela necessidade de uma nova consciência ambiental e pelo setor ser um dos maiores geradores de resíduos sólidos. Este uso tem se justificado como uma alternativa para se evitar o depósito destes resíduos em lugares impróprios e minimizar a extração de matéria prima nas jazidas, a fim de se obter um produto de baixo custo e similar ao produzido com agregado convencional, tornando o ciclo da construção mais sustentável. Este trabalho tem por objetivo discutir a necessidade de se reciclar os resíduos sólidos provenientes da construção e demolição, demonstrando as aplicações de um método de reciclagem do entulho gerado em uma obra. Esta discussão consistiu em uma revisão de trabalhos já elaborados acerca do tema, o que permitiu adquirir maior conhecimento sobre os métodos que envolvem a utilização destes agregados. Foi demonstrada a utilização de agregados reciclados na produção de argamassa, concreto e blocos de vedação. A confecção destes produtos para utilização na construção civil apresentou na maioria das vezes resultados satisfatórios, o que viabiliza a utilização destes produtos de maneira ampla pela construção civil.

Palavras-chave: Agregados reciclados, Argamassa, Concreto, Blocos de vedação.

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ESTUDO COMPARATIVO DE ESTRUTURAS DE SOLO GRAMPEADO COM GRAMPOS COM PARAMENTO DE CONCRETO PROJETADO E VEGETAÇÃO

Carlos Rafael V. GuimarãesCristiane S. R. Damasceno (orientadora)

Resumo: Estruturas em solo grampeado são consideravelmente novas e tem seu uso com registros oficiais somente a partir da década de 70 na França, porém há indícios de aplicações anteriores no Brasil não divulgados. O objetivo deste trabalho é estudar as estruturas de solo grampeado como uma forma rápida e economicamente competitiva para estabilização de taludes e de escavações. Estes aspectos e outros apresentados neste trabalho justificam o grande aumento da utilização deste tipo de solução. Aborda-se neste trabalho a descrição da solução, histórico, método executivo para obras com paramento frontal executado em concreto projetado e vegetação, vantagens, desvantagens que possam inviabilizar a solução e formas para pré-dimensionamento destas estruturas. Ilustra-se o estudo com os cálculos de estabilidade, realizados em um software de análise de estabilidade, de uma situação real no município de Duque de Caxias, Rio de Janeiro e o comparativo econômico da solução em solo grampeado com paramento frontal executado em concreto projetado e com a utilização de vegetação.

Palavras-chave: Talude, Solo grampeado, Análise de estabilidade.

ALVENARIA RACIONALIZADA: ANÁLISE DE CONSUMO DE MATERIAL EM OBRAS

Cleison M. da SilvaMaria Smith B. de Alencastro Graça (orientadora)

Resumo: O grande desperdício de materiais nas obras; obras sem controle de procedimento de produção, projeto voltado para produção, técnicas apurada, foram alguns dos motivos para o surgimento da racionalização construtiva e, conseqüentemente, a alvenaria racionalizada. Algumas empresas adotaram o sistema de alvenaria racionalizada, pois acreditam que podem ganhar muito com o sistema em vários segmentos. Esse trabalho foi desenvolvido para comprovar que a alvenaria racionalizada tem uma economia de material, em comparação com a alvenaria tradicional. Para a análise da alvenaria racionalizada, foi escolhido empresa Tecno Logys, pois desenvolveu uma tecnologia de produção e um bloco cerâmico, diferente do que tinha no

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mercado. No final deste trabalho é apresentado um comparativo de consumo de material e ganhos reais com o uso da racionalização, e sugestões de novas pesquisas envolvendo alvenaria racionalizada.

Palavras-chave: Alvenaria racionalizada, Alvenaria de vedação, Racionalização construtiva, Comparativo de consumo de material.

BLINDAGEM MECÂNICA PARA ESCORAMENTO DE VALAS

Diego Martins LimaWilson F. Rebello da Silva Júnior (orientador)

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo técnico da blindagem mecânica para escoramento de valas. Esse método construtivo utilizado no escoramento constitui-se de uma nova tecnologia no mercado que vem conquistando seu espaço a cada dia. Serão apresentadas as suas características e as principais técnicas empregadas no referido método, concluindo-se sobre sua aplicabilidade a luz desses fatores. Será apresentado um exemplo de aplicação para o método, procurando exemplificar as técnicas apresentadas. Os dados obtidos serão de grande importância para os profissionais que utilizam esse método, uma vez que a decisão correta sobre a utilização de um método apropriado é de suma importância em relação a custo e produtividade na obra.

Palavras-chave: Blindagem mecânica, Produtividade, Custo.

ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE BORRACHA DE PNEU NA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PISOS INTERTRAVADOS

Dostoievski Gabriel do NascimentoPedro Paulo Voto Akil (orientador)

Resumo: Os pneus inservíveis estão se tornando um problema mundial presente na sociedade moderna e assim o estudo e utilização dos seus resíduos em outras cadeias produtivas continuam em crescimento, procurando diminuir o consumo desenfreado dos insumos naturais e

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viabilizar a logística reversa de um passivo ambiental encontrado em nosso habitat. Este estudo pode ser caracterizado por um trabalho experimental e interdisciplinar, que aborda a incorporação de resíduos de borracha, como material inerte, em substituição aos agregados naturais (areia e brita) na composição do concreto utilizados em blocos de pavimentos intertravados com destinação para áreas de tráfego leve, avaliando seu comportamento mecânico e a absorção de água nos traços acrescidos de resíduo com partículas de dimensões menores que 1,2 mm nas porcentagens de 5%, 7,5% e 10% de massa em comparação ao traço de referência. Verificou-se a necessidade da diminuição do fator A/C devido á moldagem dos blocos, obteve-se boa coesão e plasticidade para o elemento final com valores médios de resistência aceitáveis para circulação de pessoas e demais atividades de baixa solicitação de carga. Através dos gráficos gerados pelos resultados obtidos nos ensaios experimentais realizados em laboratório é possível visualizar a aplicabilidade do material e salientar a necessidade de legislação que incentive a utilização da metodologia abordada em Green “building” e certificações ISO. A destinação desse material em um compósito que substitui o concreto, material mais consumido na construção civil, terá grandes reflexos na preservação do meio ambiente, com a destinação adequada do resíduo de borracha e a diminuição do consumo dos agregados retirados de jazidas naturais.

Palavras-chave: Resíduos de pneus, Blocos intertravados, Pavimentos intertravados, Concreto com adição de material alternativo.

PAVIMENTO COMPOSTO DE ALTA RESISTÊNCIA

João Marcos M. A. FigueiraEly Emerson S. da Costa (orientador)

Resumo: O pavimento composto semi-flexível é um pavimento que reúne as melhores características de um pavimento asfáltico com as de um pavimento de concreto em uma única camada delgada. Sem juntas, é altamente resistente à cargas concentradas e dinâmicas e resistente a ação química de derramamento de combustíveis. Com baixa ou nenhuma manutenção, é indicado para uso em áreas de baixa velocidade, devido a sua textura levemente áspera, tais como áreas de taxiamento de aeronaves, pátios industriais, instalações portuárias, postos de combustíveis, corredores e paradas de ônibus, etc. Esta monografia objetivou reunir maiores informações sobre experiências realizadas em várias partes do mundo, inclusive do Brasil, comparando no final o aspecto econômico, pois o custo

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de uma estrutura nova dimensionada para pavimento composto é mais caro do que uma dimensionada para pavimento asfáltico (flexível), porém bem mais econômico (20 a 40%) do que o dimensionamento necessário para uma estrutura feita em pavimento de concreto (rígido). No caso de recapeamento, a opção pelo pavimento composto se torna muito mais econômica, pois torna desnecessário o custo de remoção e “bota-fora” do pavimento deteriorado existente.

Palavras-chave: Pavimento composto, Pavimento flexível, Pavimento de alta resistência.

PROJETO DE SUPERESTRUTURA DE PONTE RODOVIÁRIA EM VIGAS PRÉ-MOLDADAS PROTENDIDAS

Leonardo Valls da RochaJosé Augusto D. Martins (orientador)

Resumo: No presente trabalho foram desenvolvidas as cinco etapas de projeto relativas ao projeto de ponte rodoviária com superestrutura em vigas pré-moldadas protendidas. Focou-se na concepção, análise estrutural, dimensionamento, verificações e detalhamento das vigas pré-moldadas, uma vez que estas constituem os elementos estruturais que capacitam a obra a efetuar a transposição do obstáculo a ser vencido. Além disto, nestes elementos, faz-se necessário o uso do concreto protendido, material estrutural cujo domínio e compreensão é comprovadamente de extrema importância para obras da construção pesada em geral. A análise da superestrutura foi feita em duas etapas: No plano transversal, as frações de peso próprio e sobrecarga permanente foram distribuídas segundo área de influência correspondente a cada uma das vigas. Já para a carga móvel foi feita distribuição transversal pelo método de Engesser-Courbon, possível dada a relação de rigezas dos elementos componentes da superestrutura. Uma vez distribuídas no plano transversal, as ações de peso próprio e carga móvel foram aplicadas no plano longitudinal, no qual as vigas longitudinais simplesmente apoiadas configuram o modelo estrutural básico para o qual são então determinadas as solicitações seccionais e tensões em fibras extremas das seções de dimensionamento fixadas em décimos de vãos. O vigamento foi inicialmente pré-dimensionado para protensão limitada, nível no qual se admite tensões de tração inferiores a resistência do concreto a fctk. Após predimensionada a protensão, foi desenvolvido o traçado final dos cabos,

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o que permitiu a obtenção de cotas e ângulos de cada cabo em cada seção de dimensionamento e, portanto, o início do estudo das perdas imediatas e diferidas de protensão. Após a obtenção das perdas de protensão foram então verificadas as tensões resultantes em cada seção de estudo para as condições de contorno dos elementos em estudo. A superposição de tensões para as três fibras extremas permitiu que se confirmasse o atendimento dos estados limites de serviço estabelecidos pela ABNT 6118; ELS-F (Estado Limite de Formação de Fissuras) e ELS-D (Estado Limite de Descompressão). Para finalizar foi efetuado ainda a verificação dos estados limites últimos para a seção mais solicitada, confirmando-se assim o traçado de cabos desenvolvido.

Palavras-chave: Pontes rodoviárias, Vigas pré-moldadas, Vigas protendidas.

ALVENARIA ARMADA DE BLOCOS DE CONCRETO

Patricia Ferreira Secco de MelloPedro Paulo Voto Akil (orientador)

Resumo: A utilização de alvenaria estrutural como estrutura de edificações é histórica e data milhares de anos. Na década de 80 foi o apogeu no Brasil referente à construção em alvenaria estrutural, quando diversas construtoras investiram nessa tecnologia. A alvenaria estrutural é um sistema construtivo e não uma forma desvinculada, somente como uma etapa da construção. Por ser um processo racionalizado, deve-se obedecer a padrões, formas e etapas definidas em projeto e nunca de forma contrária com adaptações e ajuste no canteiro de obra. O projeto é a principal ferramenta para alcançar o sucesso do empreendimento edificado em alvenaria estrutural. Durante a fase do anteprojeto, deve-se tomar os cuidados na escolha da melhor solução, envolvendo um planejamento completo de toda obra, integrando todos os outros projetos, como o arquitetônico, hidráulica, estrutural, elétrica, entre outros. De forma planejada com todas as etapas(com isto uma construção de forma racionalizada) sem desperdícios com retrabalhos e geração de entulhos, o que torna o sistema construtivo em alvenaria estrutural econômico e atrativo. Este trabalho aborda o sistema construtivo em alvenaria estrutural, desde projetos, materiais e técnicas no processo de execução, destacando a importância do planejamento do método construtivo em todas as etapas do sistema, garantido a qualidade da construção.

Palavras-chave: Blocos de concreto, Alvenaria estrutural, Alvenaria armada

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Curso de Engenharia de Controle e Automação (2011.2)

VÁLVULA PROPORCIONAL PARA CONTROLE DE VAZÃO(PARTE PRÁTICA)

Ademir F. da SilvaEduardo J. B. MaioSergio L. da SilvaSalim J. Nabbout (orientador)[email protected]@[email protected]@cetemrj.com.br

Resumo: Esse projeto tem por objetivo demonstrar a construção de um sistema de controle de vazão, usando uma válvula proporcional, cuja aplicação se destina a processos que requerem o controle de fornecimento de fluido líquido.

A montagem se destina a um controle da vazão através de uma válvula esfera de controle proporcional. Para tanto, dois reservatórios, um principal e outro auxiliar, foram construídos um em acrílico e outro em material plástico equipados com sensores de nível. Além disso, para circulação da água nos reservatórios utilizamos uma bomba de ¼ de HP, instrumentos que manipulam, respectivamente, o nível do fluido de acordo com a lógica implementada em um controlador lógico programável. Para isso, no entanto, a implantação de um módulo intermediário entre o controlador lógico programável e os instrumentos manipuladores do insumo tornou-se necessária. Sua função é de modular os sinais aplicados aos citados equipamentos de maneira a entregar a potência solicitada pelo controlador. Técnicas avançadas de controle, bem como o auxílio de um microcomputador através do qual a lógica foi programada e o monitoramento feito, foram essenciais para o alcance do sucesso deste projeto. O controle do processo utiliza a função PID (proporcional, integral e derivativo), onde estaremos utilizando apenas o controle PI (proporcional e integral), devido ao tipo de processo, que não requer que haja uma antecipação ao erro, por este motivo não utilizaremos o “KD” (ganho derivativo), e o “TD” (tempo derivativo). Deste modo estaremos fazendo um controle com esta função, através dos

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parâmetros, nela existentes, obtendo assim com precisão o controle do processo proposto.

Palavras-chave: Automação, Controle, Válvula, Vazão.

VÁLVULA PROPORCIONAL PARA CONTROLE DE VAZÃO(PARTE TEÓRICA)

Suzana M. MendesSérgio R. G. da SilvaSalim Jorge Nabbout (orientador)[email protected]@[email protected]

Resumo: O presente trabalho trata da modelagem matemática de um sistema de controle de vazão, usando uma válvula proporcional. O objetivo deste trabalho é apresentar a modelagem matemática um sistema simples, porém eficiente para otimizar um processo e mostrar a sua simulação deste composto de válvula proporcional de controle e analisando os resultados. Para a modelagem matemática necessitamos modelar a equação da vazão nos orifícios da válvula.

As estruturas são compostas por vários métodos de otimização para resolver vários problemas de controle e processo, onde criatividade e o conhecimento de controle e áreas afins são fundamentais. O trabalho tem fins didáticos e de pesquisa e foi desenvolvido para controle de vazão.

Dentro deste contexto, os sistemas de controle possuem as vantagens de alta relação força/trabalho, paradas, partidas rápidas e facilidade de instalação. Têm grande importância na indústria moderna devido ao seu extenso campo de aplicação, objetivando controles, tendo boa precisão e resposta rápida aos comandos. Quando nos referimos a controle estamos considerando uma de válvula e instrumentos de precisão mais outros instrumentos.

O sistema utilizará a instrumentação para um controle simples, no intuito de reduzir as perdas à zero, contabilizando e controlando o consumo de água potável, tendo assim, o controle sobre toda a receita. A implantação desse sistema levará a um grande aumento na produção e na qualidade. É largamente utilizada nas mais variadas áreas de produção industrial.

Palavras-chave: Automação, Controle, Válvula, Vazão.

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MODERNIZAÇÃO DAS REDES INDUSTRIAIS DE UMA PLATAFORMA DE EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO: UM ESTUDO DE CASO

Luiz C. B. FigueiraRodrigo B. C. SobrinhoGuilherme S. G. Sagaz (orientador)[email protected],[email protected]

Resumo: A proposta do trabalho é mostrar as soluções e dificuldades encontradas na modernização de sistemas de automação empregadas em uma plataforma de produção de óleo e gás aumentando a velocidade e confiabilidade da rede ethernet sanando falhas estruturais da rede controlnet e substituindo PLC por uma classe superior já que o antigo estava sobrecarregado e fora das especificações de projeto.

Palavras-chave: Plc, Redes Industriais, ControlNet, Ethernet.

ESTACIONAMENTO VERTICAL AUTOMATIZADO

Carlos A. da SilvaFabrício S. Monção MonteiroRicardo L. da Silva C. FilhoSalim J. Nabbout (orientador)[email protected]@hotmail.comricardo—[email protected]@cetemrj.com.br

Resumo: Com os resultados obtidos pelos sistemas automatizados, a demanda por este tipo de investimento está aumentando entre a maioria das grandes empresas. Acompanhando a trajetória da automação, desde a revolução industrial percebe-se claramente a importância que ela teve para evolução do mercado. A automação esta presente em todos os tipos de processos, quando se necessita de precisão, segurança, aumento de produtividade, integração entre sistemas, sistemas supervisionados e de baixos custos. Por exemplo, em um estacionamento vertical, a automação é usada não só com a idéia de segurança e rapidez na alocação e retirada dos automóveis, todavia o estacionamento trará melhorias para todos os

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freqüentadores daquela região. Eliminação dos veículos que antes ficavam nas ruas disputando lugar com os pedestres e tumultuando o tráfego. Novos projetos de revitalização junto ao poder federal poderão ser posto em prática beneficiando todo o entorno do estacionamento.

Palavras-chave: Automação, Estacionamento vertical, Softwares, Automatizado, CLP.

TUTORIAL DA FURADEIRA AUTOMATIZADA

Ricardo S. RodriguesWalace C. da Silva MoreiraSalim J. Nabbout (orientador)[email protected]

RESUMO: A elaboração desse trabalho possibilitou analisar e compreender um sistema automatizado, que foi desenvolvido por uma turma do curso Tecnológico de Automação Industrial, e que já encontra-se em funcionamento. Disponível no laboratório de Automação Industrial tornou possível a elaboração de tutorial, explicando o funcionamento com objetivo de criar material didático de apoio para pesquisa dos alunos, assim como o aproveitamento em aulas pelos professores.

A abrangência dos assuntos que foram abordados, não se limita aos conhecimentos de automação. Tivemos que utilizar boa parte do que nos foi transmitido durante o curso, desde os conhecimentos de motores elétricos até os microprocessadores. Que foram incrementadas com informações oriundas de pesquisa de manuais dos equipamentos para detalhar como estes foram empregados.

Palavras–chave: Furadeira, Automatização.

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Curso de Engenharia Mecânica (2011.2)

ANÁLISE ESTRUTURAL DE DUTOS CORROÍDOS

Beatriz Soares TavaresAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: O objetivo desse trabalho é apresentar e comparar algumas técnicas de modelagem computacional aplicadas em dutos com defeitos de corrosão para a análise do seu comportamento mecânico. O material API 5L X65 foi utilizado nas análises computacionais. Carregamentos de pressão interna combinados a cargas axiais de compressão ou tração foram considerados, simulando condições de operação. Os resultados foram apresentados e comparados com métodos analíticos semi-empíricos: B31G e DNV RP-F101. As conclusões obtidas foram que defeitos menores isolados apresentam os maiores pontos de tensões máximas de referência de von Mises. Em compensação, quando dois defeitos bem próximos permitem uma interação entre eles, o ponto máximo de tensão encontra-se no vão entre os dois defeitos. A partir dos métodos semi-empíricos calculados para esses defeitos, pode-se observar a limitação do método B31G, mostrando-se contra a segurança quando comparado ao método DNV RP-F101.

Palavras-chave: Corrosão, Análise de tensões, Método de elementos finitos, Dutos.

MODELAGEM COMPUTACIONAL DE UM BRAÇO MECÂNICO PARA AUTOMAÇÃO DE PROCESSO DE SOLDAGEM

Edgard Firmino Borges NetoAmândio Marques da Costa Junior (orientador)

Resumo: Durante o processo de produção por soldagem, foi constatado o desvio de variáveis do processo, que de algum modo estava afetando o resultado final. A forma inadequada de posicionamento do equipamento manual, devido à grande quantidade de produtos feitos na linha de produção, gerava uma repetibilidade de movimentos que não conseguiam ser reproduzidos com exatidão. O objetivo deste trabalho era a realização de uma modelagem matemática e uma computacional de um braço mecânico, para atender ao processo, de maneira a minimizar os erros decorrentes. A

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partir do estudo bibliográfico do problema, foram realizadas a modelagem matemática e as modelagens computacionais com o Método de Elementos Finitos, para a determinação da tensão crítica, visando a comparação dos resultados obtidos entre as duas modelagens. Conclui-se que as tensões atuantes se mostram críticas entre a base e o carro, o que foi confirmado pelos resultados analíticos em comparação ao MEF, e que as demais tensões são adequadas às operações normais do braço mecânico, e que é possível realizar projetos mecânicos pelo Método de Elementos Finitos com alta confiabilidade nos resultados.

Palavras-chave: Soldagem, Modelagem computacional, Método de elementos finitos, Braço mecânico.

Curso de Desenho Industrial (2011.2)

WEBCOMIC: PIER NEBLINA

Rafael P. de OliveiraFernanda Vuono (orientadora),Regina Oliveira (co-orientadora)

Resumo: O Píer Neblina é uma história em quadrinho que é publicada on line, através da internet, e que faz parte do projeto de conclusão de curso desenvolvido por Rafael Pereira para a conclusão do curso de Desenho Industrial da Universidade Gama Filho. A história se passa em um píer há muito tempo desativado, que hoje em dia, funciona como um bar, que também serve de moradia para Júlio e Hiago, dois irmãos que moram e trabalham no píer e que são testemunhas de situações, no mínimo inusitadas, que começam a acontecer por lá.

O Píer Neblina

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Partindo dessa proposta inicial o projeto tende a parecer somente a adaptação de uma mídia, no caso a história em quadrinho, sendo publicada num suporte diferente do tradicional, que seria o ambiente digital. Foi pensando nisso que desde o início a produção das histórias foi baseada no conceito de espaço infinito, ou seja, a maioria das publicações de quadrinhos on line ainda se utiliza do espaço limitador da página em branco, porém, com a aplicação da historia on line o espaço correspondente ao limite da página perde sua função. Agora em uma nova mídia o espaço de suporte das historias é infinito, e pode influenciar (como influencia na história do projeto) na narrativa da historia, e no modo como esta vai ser lida.

Princípio básico do conceito de espaço infinito.

A partir desse ponto o projeto começa a apresentar uma serie de etapas para sua execução que por sua vez começam a delinear uma idéia muito maior do que aparentava a proposta inicial. Conforme o desenvolvimento do projeto, este foi exigindo etapas que foram divididas afim de facilitar sua execução; A criação de conteúdo. Esta ia desde o desenvolvimento do roteiro da história passando pela pesquisa e referencias para a criação de personagens e cenários. Além disso, nessa etapa também foi produzida a historia em quadrinho já adaptada no conceito de espaço infinito e a criação do site que servia de meio de publicação das histórias. A página on line passou a ter uma importância extra depois do início da execução do projeto, esta também passou ter a função de um provável meio de comunicação com leitores e essa característica ganha ainda mais importância quando se determina que o site além de suas funções iniciais também comportará uma parte onde serão oferecidos produtos relacionados a historia para venda: produção dos produtos relacionados e meios de divulgação da história, camisas, canecas, botons, broches, adesivos, pingente, chaveiros, bandana, além do protótipo de uma figura de ação (action figure), que seria equivalente a uma escultura que retrata uma cena ou alguns dos personagens. Toda essa linha de produtos foi desenvolvida a fim de servir não só à divulgação do site e da história como sua venda e provável renda, serviria para atender

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aos custos do próprio projeto, como hospedagem do site on line e renovação do registro de domínio. Outro ponto muito importante desta etapa foi a produção de materiais voltados exclusivamente para os meios onde a história seria divulgada. O plano de divulgação do site atingia 3 meios principais: a divulgação on line, em sites especializados e redes sociais, através de imagens e banners de divulgação, a divulgação impressa, que pretendia chegar a jornais de bairro, e pequena publicações de anunciantes além de buscar espaço em veículos do meio alternativo como fanzines e revistas especializadas, e a divulgação em lan houses, criando acordos com os proprietários dos estabelecimentos afim de divulgar o endereço do site através de adesivos colados nos monitores e banners flutuantes (woobles) colados ao lado das baias dos computadores

A Marca

Exemplos de páginas da historia

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Produtos relacionado a história

O projeto atingiu um status que ia muito além do que se via no primeiro momento, não só ao que atende a parte de produção do conteúdo do site, no caso, as histórias em quadrinhos, esta com um conceito que justifica a sua produção diferenciada e voltada para o meio em que vai ser publicada, como, além disso, ele se torna grande por agrupar vários processos de produção de projetos que foram executados em períodos anteriores da formação acadêmica, como o desenvolvimento de uma assinatura visual e até mesmo a criação de produtos relacionados à história do projeto, caracterizando um projeto de merchandising. Foi dessa soma de “vários projetos em um” que o Píer Neblina desde o início era acima de tudo um desafio, tanto pelo prazo para sua execução como pelo numero de etapas a serem cumpridas.

Exemplo do layout da página

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Por fim, antes que fosse realmente para o ar o projeto tem um tempo estimado para a produção de novas historias antes que essas sejam publicadas on line, dessa forma, se garantiria um bom número de historias inéditas que assegurariam a frequencia das atualizações programadas para no mínimo 2 vezes na semana. Hoje, o projeto também depende de uma solução referente a várias questões de direitos autorais e registro de personagens antes que possa finalmente estar disponível ao acesso dos leitores. E apesar de todo esse processo, desde o início sabia-se que no final deste projeto o resultado final de tudo isso seria apenas o primeiro passo para dar continuidade a um trabalho que futuramente seria permanente e muito maior.

Imagens:

Imagens de alguns produtos relacionados

Palavras-chave: Webcomics, Quadrinhos, Píer, Neblina.

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PROJETO EDITORIAL – O JARDIM SECRETO

Luisa Maria GomesFernanda Vuono (orientadora),Fernanda Guimarães (co-orientadora)

Resumo: O projeto editorial “O Jardim Secreto” foi desenvolvido por apresentar a justificativa da busca de um projeto gráfico impresso, diferencial e que seja notado e reconhecido como produto que valha a pena ser adquirido.

A busca de aspectos visuais que estabeleçam o primeiro convite à leitura com seu público alvo, uma vez que um projeto editorial que envolva tantos detalhes precise de maior tempo e custo de produção, ele deve ser de um desenvolvimento e criação mais refinados e detalhados, onde o diferencial se faz necessário.

A escolha da tipografia utilizada em todo o projeto foi à primeira etapa desenvolvida por ser uma das fases mais importantes na composição de um livro, pois se deve passar o conceito escolhido pelo designer e todas as características do conteúdo da história. A família tipográfica da Parma Petit conceituou e justificou bem sua usabilidade em todo o projeto gráfico de todos os componentes.

Para as escolhas iconográficas estudadas, foram selecionados ornamentos que tivessem a mesma identidade para a composição de todas as etapas da criação do livro, como em todo o seu miolo (folhas de rosto, aberturas de capítulo e todas as vinhetas utilizadas) e em sua capa (primeira capa, quarta capa, lombada e orelhas). Os ornamentos utilizados passaram bem o conceito da história do livro, com suavidade e a delicadeza que o conteúdo do livro necessitava expressar.

O livro foi impresso com dimensões de 12 x 17 cm, por ser um tamanho pequeno, porém confortável para a leitura, o que transmitia também o conceito utilizado.

A marca título do livro foi composta pela mesma tipografia utilizada em todos os elementos morfológicos do livro. Acrescido de um ornamento igualmente estudado nos elementos iconográficos.

A proposta central foi à criação de uma nova identidade e diagramação para o título “O Jardim Secreto”. E essa proposta foi desenvolvida junto a: um box para o livro capa dura, o brinde e o CD da trilha sonora e o DVD do filme em suas respectivas embalagens com suas respectivas informações. O box foi composto na mesma identidade do livro e acrescido de uma textura

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criada para sua superfície e que também foi utilizada na folha de guarda do livro capa dura.

Demais aplicativos foram criados para a conclusão desse sistema como: cartaz de divulgação, convite de lançamento com envelope, marca páginas (dois modelos), mídia online enviada por e-mail de divulgação e outdoor de divulgação.

Duas versões do livro foram feitas, um capa dura (com folha de guarda, e marca páginas em fita) e um capa mole (com orelhas de 8 cm cada).

Capa: frente e verso

Palavras-chave: O Jardim Secreto, Projeto Editorial, Identidade visual, Literatura infantil.

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ARTBOOK CLÁSSICOS ESPORTIVOS

Júlio Thiers Hoffmann PerisséFernanda Vuono (orientadora),Regina Oliveira (co-orientadora)

Resumo: Clássicos Esportivos Artbook, é o nome dado ao livro sobre carros esportivos desenvolvido por Júlio Hoffmann como projeto editorial de conclusão do curso de Desenho Industrial da Universidade Gama Filho. O livro em si possui cento e sessenta páginas e treze capítulos, onde cada um fala sobre um carro esportivo clássico da montadora em específico abordada no mesmo.

Para quem não sabe, artbooks são livros ricos em imagens de um determinado tema ou autor, sejam estas desenhos, fotos, pinturas entre outras. No Clássicos Esportivos Artbook, estas são desenhos coloridos feitos à mão e fotografias profissionais de carros considerados clássicos no mundo automotivo.

Todo o conteúdo textual foi escrito em português e inglês, visando alcançar uma quantidade maior de leitores apaixonados por carros. Cada capítulo começa com um resumo geral sobre a montadora contida no mesmo, para que o leitor possa conhecer um pouco mais sobre sua história e sobre o carro em si. Ao lado das imagens há tópicos com curiosidades como o modelo do carro, potência do motor, cilindrada e preço.

Neste projeto editorial, tudo teve de ser criado basicamente do zero, o nome, a assinatura visual, ilustrações, os textos, as aberturas de capítulos, a capa, a vinheta, e todos os aplicativos e materiais de divulgação do livro, como marca páginas, dvd, busdoor, outdoor, mídia on-line, cartaz, adesivos além de um estilo de diagramação que combinasse com o do livro, onde, por ser um artbook, as imagens precisavam ficar em evidência. Todos os aplicativos foram feitos respeitando a mesma identidade do livro.

Apesar de ser originalmente um artbook, a quantidade de textos é considerável, então foi preciso escolher uma boa fonte, para que a leitura pudesse fluir e para que não cansasse a vista. Para tais funções, a fonte que melhor se enquadrou foi a Centaur.

É importante ressaltar que por ser um livro que também pode ser considerado artístico, todas as ilustração foram feitas à mão, usando como material lápis de cor e caneta nanquim nas cores preto e branca.

Foram desenvolvidos dois modelos de livro, um de capa dura e o outro de capa mole. O primeiro possui uma folha de rosto em papel vegetal e uma fita azul como marca páginas que o diferem do modelo mais simples, que

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é menos trabalhado e por isso tem um preço mais acessível ao consumidor. Ambos possuem no tamanho a dimensão de 24 x 16 cm.

O objetivo principal do projeto era criar um livro para apaixonados por carros esportivos e velocidade, que gostam de ler sobre carros e colecionar tudo a respeito. Foi feita uma pesquisa e constatado que ainda não havia sido feito nenhum livro da categoria artbook que fosse só de carros esportivos e que abordasse diversas montadoras. O Clássicos Esportivos Artbook conseguiu reunir tudo isso em uma seqüência de páginas de uma só obra, por onde se passa os olhos e a velocidade máxima para se sonhar com essas máquinas automotivas é infinita

Capa Artbook

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Ilustrações:

Jaguar XJ 220

Audi R8 Spyder

Bugatti Veyron

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Murciélago

Palavras-chave: Projeto Editorial, Artbook Carros Esportivos, Identidade Visual, Ilustrações.

PROJETO EDITORIAL – MOBY DICK

Consuelo Portes Paes de SouzaFernanda Vuono (orientador), Fernanda Guimarães (co-orientador)

Resumo: A idéia central do projeto foi realizar o redesign e uma abordagem mais lúdica do romance de aventuras de Herman Melville, Moby Dick, lançado em 1851 e torná-lo acessível ao público jovem, através de elementos que atraia sua atenção e o intrigue a ler o gigante clássico literário americano.

Para criar uma abordagem mais direta com o leitor, foram feitas 17 ilustrações da narrativa, detalhes de pesquisa de vocabulário náutico, algumas plantas de baleeiros e botes, desenhos de peças e equipamentos e um mapa com o trajeto de toda a jornada do Pequod e sua tripulação até o encontro com a grande baleia, ou seja, toda riqueza do gênero literário.

Apesar de bastante citado, o livro ainda é pouco lido no Brasil, portando tem como objetivo acabar com a conspiração criada em volta do livro e propor uma edição mais compacta com um teor moderno que seja agradável visualmente e que fuja da leitura cansativa e obsoleta das primeiras publicações do século XIX.

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A capa do livro foi feita com laminação fosca e capa dura. A marca titulo do livro é Malamondo no tamanho 95pt. O livro possui lombada quadrada com 1cm de largura. Os elementos da capa fazem alusão ao fundo do mar e seus moradores, mantendo a hierarquia o logo da editora e o nome do autor na capa e na quarta junto com o código ISBN fictício. As páginas do miolo do livro com as ilustrações foram impressas em papel offset 90g.As capitulares foram ornamentada à mão e as 17 ilustrações do livro foram feitas com nanquim e arte finalizadas digitalmente.

O formato do livro tem como medida 15,5 cm de largura x 21,5 cm de altura por ser um tamanho mais compacto e assim proporcionar uma leitura mais harmoniosa e menos cansativa para seu principal público alvo que são jovens entre 11 e 18 anos.

Para o miolo do livro foi escolhida a fonte Minionque é muito utilizada em textos corridos para livros por proporcionar maior conforto ao ler o texto. Minioné um nome de um tipo formatado por Robert Slimbachem 1990 para Adobe Systems O nome vem do tradicional sistema nomeador para tamanhos de tipos, no qual Minion está entre corpo e tipo de corpo. Ela é inspirada pela tipografia do fim da era da Renascença.

Foram criados os aplicativos para divulgação do livro, tais como: marcador de páginas, caneca, ecobag, sacola Kraft, bottons, folder, cartaz, hotsite, camiseta e boné.

Capa revestida com papel vegetal Capa dura com laminação foscajunto com marcador de texto

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Ilustração e capitular Aplicação da marca para ornamentada à mão divulgação do livro

Aplicação da marca para divulgação (Ecobag) e sacola Kraft reciclável

Palavras-chave: Moby Dick, Projeto editorial, Identidade visual, Literatura infantil, Herman Meville.

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Curso de Licenciatura em Matemática (2011.2)

O ENSINO DE TRIGONOMETRIA ATRAVÉS DE SITUAÇÕES-PROBLEMA PARA O PRIMEIRO ANO DO ENSINO MÉDIO

Sonia P. O. de CarvalhoGisélia C. E. de Almeida (orientadora)[email protected] [email protected]

Resumo: Esta pesquisa bibliográfica e de campo propõe o ensino da Trigonometria no primeiro ano do Ensino Médio, utilizando problemas históricos árabes, problemas contemporâneos, a linguagem das abelhas e o teodolito como instrumentos motivadores para aprendizagem. Fundamenta-se, ainda, na concepção construtivista de Piaget e Vygotsky, além de fazer um breve histórico da trigonometria com o objetivo de motivar os alunos para o seu surgimento e aprendizagem.

Palavras-chave: Trigonometria, Aprendizagem, Situações-problema. Linguagem das Abelhas, Teodolito.

O ENSINO DE ISOMETRIA ATRAVÉS DE FIGURAS PLANAS

Marília C. de Azevedo BritoGisélia C. E. de Almeida (orientadora)[email protected] [email protected]

Resumo: A pesquisa bibliográfica e de campo propõe o ensino de isometrias a partir de figuras planas, explorando logotipos de empresas comerciais presentes na vida cotidiana. Além disso, fundamenta-se na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel e nos níveis de van Hiele. Além disso, é feito um breve histórico sobre isometria e propõe-se que o ensino seja feito através de atividades dinâmicas realizadas em sala de aula com material concreto

Palavras-chave: Isometria, Van Hiele, Figuras Planas.

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MATEMÁTICA E FÍSICA: O ENSINO DA GEOMETRIA EM INTERAÇÃO COM A ÓTICA GEOMÉTRICA NO 3º ANO DO ENSINO MÉDIO

Aline M. C. LoboRalf RamosGisélia C. E. de Almeida (orientadora)[email protected]@gmail.com [email protected]

Resumo: O presente trabalho propõe a construção de conceitos de Geometria através da interação com a Ótica Geométrica. A proposta sugere que a interdisciplinaridade e a transversalidade devem nortear as ações pedagógicas para a construção de uma escola participativa, em consonância com as propostas dos Parâmetros Curriculares Nacionais de Matemática do Ensino Médio – PCN/EM. A utilização de conceitos de Física Ótica facilitou a visualização geométrica do educando cooperando com a aprendizagem significativa, ao ser exposto aos desafios apresentados no trabalho de campo, explorados com o objetivo de permitir situações para o educando construir o conhecimento com significado. A reflexão aqui exposta assume como pressuposto que a teoria de Ausubel admite a ênfase no processo de aprendizagem como processo de atribuição de significado e sentido na aprendizagem. O modelo Van Hiele por sua vez considerou as dificuldades dos alunos do Ensino Médio em aprender a Geometria e fornecer um norte para organizar e planejar o ensino de acordo com as habilidades psicológicas dos alunos. Além disso, o trabalho de pesquisa bibliográfica fez uma retrospectiva histórica da evolução da Geometria e da Ótica passando pela fundamentação dos conceitos de Física e de Geometria, exemplificando alguns casos óticos com o objetivo de motivar o público-alvo. O trabalho de campo contou com um teste diagnóstico que teve o objetivo de coletar dados para um pequeno estudo estatístico com o intuito de tirar conclusões quantitativas com respeito à aprendizagem e a metodologia utilizada, além de uma avaliação qualitativa feita pelos alunos.

Palavras-chave: Matemática e Física, Geometria Plana, Ótica Geométrica, van Hiele.

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O ENSINO DO TEOREMA DE PITÁGORAS ATRAVÉS DE DEMONSTRAÇÕES GEOMÉTRICAS FEITAS COM MATERIAL CONCRETO

André A. de OliveiraEduardo S. de CarvalhoGisélia C. E. de Almeida (orientadora)[email protected] [email protected] [email protected]

Resumo: Esta pesquisa propõe o ensino do teorema do Pitágoras, para o 9º ano do Ensino Fundamental, explorando demonstrações geométricas através de material concreto., utilizando o lúdico como ferramenta metodológica para o ensino. A pesquisa fundamenta-se nas concepções de aprendizagem significativa de David Ausubel, apresentando, ainda, breve histórico sobre o teorema de Pitágoras.

Palavras-chave: Teorema de Pitágoras, Lúdico, Teoria da Aprendizagem, Ausubel.

PROJETOS DEINICIAÇÃO CIENTÍFICA

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A) Curso de Engenharia Mecânica(Em andamento)

ESTUDO DO COMPORTAMENTO MECÂNICO E MICROESTRUTURAL DOS MATERIAIS METÁLICOS DE IMPORTÂNCIA INDUSTRIAL.Rosa Maria Rodriguez Nielsen (orientadora)

Resumo: A conformação da chapa está limitada pelo aparecimento da instabilidade plástica e algumas vezes pela fratura dúctil. Ao se considerar que a fratura dúctil é um processo de acumulação progressiva de cavidades criadas no material durante a conformação, torna-se evidente estar relacionada com o mecanismo que conduz ao aparecimento da instabilidade plástica. Sabe-se que as partículas de segunda fase exercem influência na instabilidade plástica do material.

A instabilidade plástica é demasiadamente importante em operações de conformação mecânica da chapa metálica desde que o aparecimento da estricção localizada na peça caracterize o limite de conformação do metal. Na deformação por tração de materiais que apresentam comportamento plástico ideal, a estricção ocorre tão logo se atinja o limite de escoamento do metal. Entretanto, no que se refere a um metal real, a estricção difusa se inicia no momento de aplicação da carga máxima porque, neste instante, o aumento na tensão devido à diminuição de área na seção transversal do corpo de prova se torna superior ao encruamento do material.

A formação da estricção difusa introduz um estado triaxial de tensões na região. Uma componente de tensão atua ao longo do eixo localizado no centro da região estreitada. Muitas cavidades finas que se formam nessa região, sob contínua deformação, crescem e coalescem em uma trinca central. Esta trinca cresce na direção perpendicular ao eixo do corpo de prova e então, se propaga ao longo dos planos de cisalhamento localizados a aproximadamente 45º em relação ao eixo para formar o “cone” da fratura.

Quando a fratura é seccionada longitudinalmente, a trinca central (cup) apresenta um contorno serrilhado, tal como se fosse produzido pela ruptura de uma infinidade de buracos, enquanto que, a parte exterior da fratura (cone) corresponde a uma região de cisalhamento altamente localizado.

Neste projeto, algumas ligas metálicas contendo precipitados em diversos graus de dispersão, serão solicitadas por tração uniaxial no sentido paralelo à direção de laminação e observadas ao Microscópio Eletrônico de Varredura

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a fim de determinar as alterações microestruturais ocorridas durante o processo de deformação.

Espera-se que a análise dos resultados experimentais decorrentes de tais observações mostre que (i) a morfologia dos defeitos está relacionada ao estado microestrutural, (ii) em todas as amostras analisadas, a concentração dos microdefeitos ocorra próxima à região de fratura e (iii) nas amostras envelhecidas por diferentes tempos, os microdefeitos se distribuam preferencialmente ao longo do contorno de grão acarretando assim, uma fratura intergranular.

Palavras-chave: Fratura, Endurecimento por precipitação, Envelhecimento artificial, Comportamento microestrutural.

SUBPROJETO 01:

ESTUDO COMPARATIVO DO ASPECTO MICROESTRUTURAL DAS LIGAS DE ALUMÍNIO ENDURECÍVEIS POR PRECIPITAÇÃO.DISCENTE: Carlos Glenndel Moreira

Resumo do subprojeto: As ligas de alumínio, termicamente tratáveis, apresentam destaque especial. Uma boa resistência mecânica, razoável ductilidade aliadas a um baixo peso específico e boa resistência à corrosão, faz com que esse material seja utilizado em praticamente todos os setores industriais. Essas ligas foram desenvolvidas inicialmente para preencher exigências da indústria aeronáutica, mas podem ser estendidas para veículos, inclusive militares, onde se necessita de um menor peso e maiores níveis de resistência mecânica.

Nas ligas de alumínio tratáveis termicamente, as propriedades mecânicas são melhoradas através do endurecimento por precipitação. Este tratamento consiste na solubilização completa das fases duras, seguida de precipitação das partículas do composto intermetálico formado pelo alumínio e o elemento de liga. Em resposta a esse tratamento, ocorre um aumento na resistência mecânica sem prejuízo sensível de sua ductilidade.

Nesta pesquisa, espera-se comprovar as alterações relativas às propriedades mecânicas bem como mostrar o aspecto microestrutural do material antes e após o endurecimento por precipitação. Para tanto, diferentes ligas de alumínio serão selecionadas e submetidas a uma solubilização seguida de

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um envelhecimento artificial utilizando diferentes tempos e temperaturas. Após a etapa de tratamento térmico, as amostras serão analisadas através de microscopia ótica e submetidas posteriormente, aos ensaios de tração.

Na análise microscópica das ligas selecionadas, será observado o aspecto da microestrutura e do tamanho dos precipitados formados na matriz em função dos diferentes tempos e temperaturas de envelhecimento. Quanto ao ensaio de tração, os resultados obtidos serão comparados de modo a se obter uma correspondência entre o estado diferentemente envelhecido e as propriedades mecânicas do material.

SUBPROJETO 02:

ESTUDO DA FRAGILIDADE ORIUNDA DO RECOZIMENTO DO FERRO FUNDIDO NODULAR.DISCENTE: Lucas Do Vale Alexandre

Resumo do subprojeto: Dentre os metais de emprego industrial, as ligas ferro-carbono são as que reúnem melhores propriedades aliadas aos menores custos de produção. Faz parte também do consenso geral que, dentre os processos de obtenção de ligas a base de ferro e sua transformação em produtos industriais, a fundição representa o de maior economia; o metal ferro ligado aos elementos carbono e silício, se constitui na liga mais adaptável à fundição.

As propriedades mecânicas dos ferros fundidos dependem principalmente da estrutura da matriz metálica, bem como do tipo, forma, tamanho, quantidade e distribuição da grafita presente. Como a resistência à tração da grafita é muito baixa, pode-se considerar como vazios os espaços por ela ocupados. A influência prejudicial da grafita sobre as propriedades mecânicas verifica-se pela redução da seção útil e, conseqüente concentração de tensões localizadas. É sob a forma de grafita esferoidal que ela apresenta conformação mais compacta e relação superfície/volume mínima. A redução da seção útil torna-se bem menor e a concentração de tensões em volta dos nódulos assume valores significativamente menores.

O ferro fundido nodular apresenta a vantagem de permitir seu uso no estado bruto de fusão, sem tratamentos posteriores; entretanto, quando qualidades específicas do material diferentes daquelas proporcionadas pelo processo de fabricação são desejadas, certos tratamentos térmicos devem ser efetuados. Dentre os tratamentos citados, destaca-se o recozimento. Este é realizado

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visando diminuir a dureza e conseqüentemente, aumentar sua ductilidade. As modificações que ocorrem nas propriedades mecânicas quando o ferro fundido nodular sofre um recozimento são mais restritas que nos aços devido à presença da grafita já existente ou a tendência de grafitizar quando se aquece acima de 600ºC. O elevado teor de silício presente no nodular exerce também, influência bastante sensível no tratamento térmico desse tipo de fundido.

Nesta pesquisa será abordado um fenômeno conhecido por “fragilidade do recozimento”. Este fato foi observado na indústria em peças retiradas do forno entre 400ºC e 600ºC após a realização do tratamento de ferritização. A fragilidade foi constatada através do ensaio de impacto porque para essas peças a energia absorvida no ensaio era menor se comparada com a das peças retiradas fora dessa faixa de temperatura. Evidências mostram que a ocorrência desse fenômeno está relacionada com a etapa de ferritização das peças uma vez que, nesta fase, ocorre a precipitação de carbonetos na matriz.

B) Curso de Engenharia deControle e Automação

(Em andamento)

POSICIONAMENTO DINÂMICO DE ANTENASFabio Salgado Gomes Sagaz (orientador)

SUBPROJETO DE PESQUISA: POSICIONAMENTO DINÂMICO DE ANTENAS.DISCENTE: Leandro Carvalho da Silva

Resumo do subprojeto: O projeto proposto busca simular um sistema de autoposicionamento de antenas parabólicas. Para que isso seja possível é necessário que o sistema possa captar a intensidade do sinal em uma vasta área comparando cada posição e verificando em qual ponto se encontra o maior, na sequência o sistema deve realizar os movimentos necessários para posicionar a antena de forma que a maior intensidade do sinal se encontre no seu centro, tudo isto deve ser controlado por um dispositivo que, além do mais, deve permitir a comunicação com um microcomputador para facilitar a visualização por um usuário e, no caso deste necessitar, posicionar a antena em coordenadas diferentes.

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O projeto consiste em um sistema automatizado para o posicionamento de antenas parabólicas. O referido projeto se propõe a posicionar a antena sempre em direção ao satélite, mesmo que a antena esteja sendo transportada (dentro de um carro ou dentro de um navio, por exemplo), estando em deslocamento. Dessa forma, o sinal de transmissão não será perdido.

A interface com o usuário poderá ocorrer por meio de um software no computador, através da qual se poderá efetuar a leitura das coordenadas da antena e também alternar entre os modos de operação (automático, onde o ajuste é realizado pelo sistema em busca do melhor sinal e fixo, onde a antena será posicionada em função das coordenadas informadas).

O objetivo desse projeto é desenvolver e implementar a automação de uma antena parabólica, sem se preocupar com o sinal em si. Para que seja possível realizar o posicionamento, o sinal será simulado, utilizando, por exemplo, raios laser. Com a fundamentação teórica oferecida pelo curso de Controle, será desenvolvido um sistema de controle automático de posicionamento dessa antena, bem como toda a montagem dos circuitos elétricos que comporão o protótipo.

O protótipo operará em dois modos: automático e fixo. No modo automático o ajuste será realizado pelo sistema em busca do melhor sinal. No modo fixo a antena será posicionada em função das coordenadas informadas pelo usuário através do software do controle. Em ambos os modos, o posicionamento da antena (azimute e inclinação) pode ser monitorado em tempo real através do software de controle.

Em termos de metodologia, inicialmente deve ser definido o sistema de posicionamento a ser controlado; nesse caso,o posicionamento de uma antena. Deverá ser realizado um estudo inicial do sistema de transmissão e recepção de sinal através de uma antena afim de entender o seu funcionamento e suas necessidades para um pleno controle de posicionamento. Passa ainda pela aquisição e processamento de sinais, estudo de circuitos eletrônicos microcontrolados, pela programação envolvida, além da implementação e testes de todo equipamento/controle projetado.

Resumidamente, a metodologia empregada encontra-se descrita a seguir.

1. Estudos preliminares sobre controle de posição

Primeiramente, os participantes deverão estudar o funcionamento de diversos sistemas de controle de posição, utilizados nas mais diversas aplicações, para adquirir conhecimentos básicos necessários para a realização deste projeto.

Este estudo envolve o uso da internet, visita a empresas, manuais técnicos de equipamentos, consulta a profissionais que atuam neste tipo de controle.

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2. Aplicação do controle de posição no processo de transmissão e recepção de dados de uma antena

Nesta etapa, é estudado de forma mais profunda, o controle de posição no processo de transmissão de dados. Será aplicada a mesma metodologia da etapa anterior, porém, com maior profundidade.

3. Levantamento do modelo matemático do processo escolhido

Nesta etapa deve-se ser capaz de realizar a modelagem matemática do processo em estudo.

4. Definição das tecnologias a serem empregadas para realizar o controle de posição

Serão realizados estudos para definição da tecnologia a ser empregada no projeto. Podem ser utilizados microcontroladores do tipo PIC ou ainda CLPs para realizar o controle de posição. Deve-se ainda estudar os demais equipamentos envolvidos neste controle, se serão utilizados motores de passo, servomotores, encoderes e que outros sensoriamentos serão utilizados.

5. Desenvolvimento do protótipo e testes finais

Nesta etapa será realizado o desenvolvimento de um protótipo para simular o controle desejado. Finalmente, serão realizados testes para verificação dos resultados obtidos no controle de posição do processo escolhido para estudo.

Espera-se que este projeto seja capaz de satisfazer aos critérios acima mencionados. Espera-se que seja possível a construção de um protótipo capaz de ser utilizado em aulas de controle para facilitar o aprendizado e a visualização das teorias de controle, além de funcionar no que se propõe: posicionar-se na direção de onde exista a maior intensidade do sinal a ser transmitido.

Palavras-chave: Controle de posição, Antena, Auto posicionamento, Controladores.

Rua Manoel Vitorino, 553, prédio GD, 2º andarPiedade, Rio de Janeiro, RJ, 20740-280Telefone: (021) 2599 7187E-mail: [email protected]

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