Orientações

APS

“Atividades Práticas Supervisionadas”

Associação de polias e confecção de dinamômetro com acionamento do sistema

por energia fotovoltaica

Engenharia Ciclo Básico

1º semestre 2019

Sumário

I. Tema

II. Formação dos grupos

III. Objetivos da APS

IV. Fundamentação teórica

V. Normas de construção

VI. Estrutura da APS

VII. Critérios de avaliação

VIII. Apresentação

IX. Postagem do trabalho

X. Segurança

XI. Observações

XII. Anexos

I. Tema

O tema da Atividade Prática Supervisionada (APS) proposta aos alunos do primeiro semestre

do curso de engenharia básica é “Associação de Polias e Confecção de Dinamômetro com

Acionamento do Sistema por Energia Fotovoltaica”. Os conceitos envolvidos desta APS estão

fundamentados no programa da disciplina de Tópicos de Física Geral e Experimental (TFGE)

teoria e laboratório, Tópicos de Matemática Aplicada (TMA) e Tópicos e Informática (TI).

II. Formação dos grupos

Os grupos deverão ser formados por 10 (dez) alunos, sendo que um integrante de cada grupo

ficará responsável pela formação do grupo no site e pela postagem do trabalho. As datas para

o cadastro da composição dos grupos e postagem do trabalho escrito pelos líderes de cada

um dos grupos serão informadas pela coordenação do curso por meio do site

engenhariabasica.jimdo.com. Estas datas devem ser respeitadas, mesmo que as datas

limites informadas pelo sistema sejam diferentes (data prevista: primeira quinzena de maio).

Não serão permitidos grupos com integrantes de salas diferentes.

III. Objetivos da APS

O objetivo geral da APS é que conceber e elaborar um mecanismo que utilize um sistema de

associação de polias com uma massa variável (m1) em uma das extremidades e um

dinamômetro na outra. O dinamômetro para leitura da força de tração no fio deve ser

confeccionado pelo grupo. O içamento da massa será realizado através de um motorredutor

elétrico acionado por placa de energia fotovoltaica.

Objetivos Específicos

1. Desenvolver um dinamômetro a partir da lei de Hooke.

2. Montagem de circuito de comando de um motor elétrico.

3. Dissertar sobre o efeito da APS na sua formação e discutir a interdisciplinaridade envolvida

no desenvolvimento do protótipo.

IV. Fundamentação Teórica

Associação de Polias

Associação de polias é uma aplicação do princípio de alavanca de Arquimedes. A seção 1.5

página 9 da apostila de TFGE de teoria (amarela) discorre sobre a lei das alavancas e a sua

aplicação em associação de polias. De forma geral, ao se utilizar apenas uma polia fixa (figura

1A), a situação é análoga a uma alavanca de braços iguais.

Quando se associa uma polia móvel (figura 1B) à esta polia fixa, o braço da força aplicada

Fap é dobrado, fazendo assim com que a força necessária para se elevar um corpo de força

peso P seja a metade da necessária se não fizermos uso de polias. Entretanto, o

deslocamento do corpo de força peso P nessa situação é metade do deslocamento que ocorre

no ponto da força aplicada Fap. À medida que se associam n polias moveis à uma polia fixa a

seguinte relação é obtida:

𝐹𝑎𝑝 =𝑃

2𝑛, 𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛é𝑜𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑑𝑒𝑝𝑜𝑙𝑖𝑎𝑠𝑚ó𝑣𝑒𝑖𝑠 (1)

Figura 1 - Esquemas de associação de polias.

Lei de Hooke

A lei de Hooke está vinculada ao caráter elástico de corpos. Dada uma mola (corpo elástico),

a força elástica F se relaciona com sua deformação x por:

𝐹 = −𝑘. 𝑥 (2)

Onde k é a constante elástica da mola, com unidade no S.I de N/m. Essa constante traduz a

rigidez da mola, de forma que quanto maior for a constante elástica da mola maior será sua

rigidez, e x é a deformação da mola (em m) imposta à mola. O sinal negativo na lei de Hooke

significa que esta força gerada na mola é do tipo restauradora, ou seja, possui sentido oposto

à deformação.

A lei de Hooke pode ser usada na construção de um dinamômetro desde que o limite elástico

da mola não seja excedido e ainda exista a relação de proporcionalidade entre F e x. A figura

2 apresenta um dinamômetro cujo funcionamento é baseado na lei de Hooke.

Figura 2 – Dinamômetro construído baseado na lei de Hooke. Disponível em <https://www.hbarsci.com/products/ph0036>. Acesso em 04 fev. 2019.

Com o auxílio de uma régua e uma mola de constante conhecida é possível construir um

dinamômetro que relaciona a deformação da mola com a magnitude da força atuante na mola.

Placa Fotovoltaica

As células solares produzem eletricidade de corrente contínua a partir da luz solar, corrente

essa que pode ser usada para alimentar equipamentos ou recarregar baterias. Porém,

conforme a necessidade da potência de energia elétrica a ser consumida varia, é necessário

que se faça a associação desses componentes de forma a se obter a potência desejada.

Figura 3 – Representação esquemática da célula fotovoltaica.

Figura 4 – Exemplo de modelo comercial de célula fotovoltaica, 6V, 200mA (1,2 W).

Fonte geradora de energia luminosa para as células fotovoltaicas

A fonte de energia luminosa que irá gerar tensão e corrente para o funcionamento do conjunto

células voltaicas + motorredutor será proveniente de uma lâmpada automotiva halogênica de

50W. Será utilizado esse tipo de lâmpada pois esta produz luminosidade na faixa de espectro

de luz visível para o funcionamento das células fotovoltaicas.

Figura 5 – Lâmpada halógena.

Conjunto motorredutor

O conjunto motorredutor é um mecanismo simples constituído de um motor elétrico de

corrente contínua acoplado a um sistema de engrenagens com o intuito de reduzir a rotação

do motor e aumentar o torque (força) de saída no eixo do conjunto.

Figura 6 – Exemplo de modelo comercial de motorredutor de 12V, 1:290, 90 rpm (eixo de saída).

O modelo de motorredutor a ser utilizado no projeto pode ter tensão de funcionamento de 6V

ou 12V, com rotação de saída compreendida entre 50rpm e 200rpm.

Exemplos de montagem

Caso seja utilizado um motorredutor de 6V, é necessário que se utilize 4 células fotovoltaicas

de 6V e 200mA ligadas em paralelo.

Figura 7 – Montagem com motorredutor de 6V.

Caso seja utilizado um motorredutor de 12V, é necessário que se utilize 2 células fotovoltaicas

de 6V e 200mA ligadas em série em paralelo com outras duas células fotovoltaicas de 6V e

200mA ligadas em série.

Figura 8 – Montagem com motorredutor de 12V.

Para a ligação elétrica do motor é necessário que se faça a soldagem dos fios polarizados

(preto e vermelho) nos terminais do motorredutor, conforme mostrado na figura 9.

Figura 9 – Processo de solda.

Para a ligação elétrica das células fotovoltaicas, devem ser respeitadas as polaridades das

células conforme aparece nas figuras 7 e 8, sendo que se faça a soldagem dos fios

polarizados (vermelho e preto) nos terminais das células, conforme mostrado na figura 10.

Figura 10 – Ligação elétrica das células fotovoltaicas.

V. Normas de Construção

A construção do sistema de roldanas deverá contemplar os seguintes itens:

i. 1 Sistema de sustentação principal com tripé, haste principal e sapatas niveladoras e

mesa suporte (opcional). O material utilizado para a construção estrutura é de livre

escolha, desejável material reciclado. Altura máxima do sistema: 1,5 metros.

ii. 3 roldanas móveis com ganchos.

iii. 1 conjunto móvel de polias paralelas com ganchos.

iv. 1 dinamômetro (construção própria) fixo a estrutura.

v. 1 escala milimétrica (régua).

vi. Massas acopláveis de 100, 250, 500 e 750 gramas.

vii. Fios.

viii. Células fotovoltaicas.

ix. Cabos de ligação elétrica.

x. Motorredutor.

As roldanas que serão utilizadas poderão ser de fabricação própria, devendo ser levados em

consideração na construção da roldana seu raio, o atrito e etc. A figura 11 apresenta um

esboço da montagem da APS.

Figura 11 – Esboço da montagem da APS.

A montagem da associação de polias deve ser feita de modo que os esquemas A, B, C e D

apresentados na figura 1 sejam contemplados, ou seja, a montagem da associação de polias

deve contemplar de 0 a 3 polias móveis, e estas configurações devem ser facilmente

intercambiáveis.

VI. Estrutura da APS

A APS é constituída de duas etapas. A primeira etapa é apresentação do trabalho onde o

grupo apresentará a montagem do(s) dispositivo(s) e deverá cumprir as etapas pré-

estabelecidas pelos professores avaliadores, é neste momento que o grupo anotará os

resultados para análise. A segunda é a entrega do relatório técnico onde deverá onde neste

deverá conter os seguintes itens:

a. Capa com os nomes dos integrantes do grupo, RA e turma.

b. Introdução.

c. Objetivos.

d. Revisão bibliográfica.

e. Metodologia.

f. Análise dos resultados.

g. Conclusões.

h. Anexos.

No capítulo de revisão bibliográfica deverá existir um desenvolvimento teórico com revisão

bibliográfica dos temas: “Sistema de roldanas” e “Dinamômetro”. Para elaborar a revisão

bibliográfica o grupo poderá utilizar apenas artigos científicos, dissertações de mestrado,

teses de doutorado e livros relativos ao tema. Observação: não serão aceitas referências fora

dos padrões citados anteriormente. O grupo deverá utilizar como referência ao menos dois

livros.

No capítulo de metodologia o grupo deverá descrever as etapas envolvidas para elaboração

do projeto, os cálculos necessários para a construção do protótipo deverão ser apresentados

O capitulo de conclusões deverá conter uma visão geral do trabalho e dos resultados. A

análise dos resultados que deverá conter a verificação das equações 1 e 2 com os dados

obtidos durante a apresentação do trabalho em diferentes configurações. Essa verificação

pode ser gráfica, usando planilha eletrônica e derivando a equação a partir dos dados obtidos

na apresentação da parte prática. Caso os resultados obtidos sejam dispares (os resultados

a verificações das equações), o grupo deverá realizar o diagnóstico desta disparidade.

O capítulo de anexos do relatório técnico da APS deverá conter os seguintes itens:

i. Cronograma de elaboração do projeto.

ii. Desenho do protótipo ou croquis;

iii. Planilha contendo todos os materiais utilizados e os custos do projeto

iv. Termo de compromisso sobre o plágio.

O trabalho teórico da APS deverá ter no mínimo 6 e no máximo 14 páginas.

Importante: Os grupos deverão seguir os padrões de formatação estabelecidos pelas normas

ABNT para trabalhos acadêmicos. E também, a que define como devem ser elaboradas as

referências bibliográficas e as citações.

VII. Critérios de Avaliação

Item Nota

máxima

Trabalho escrito 5,0

Movimentação das polias 3,0

Funcionamento do dinamômetro 2,0

Normas de construção 1,0

Observações:

1. Não será permitido o uso de kits de montar pré-fabricados na construção do protótipo.

2. O aluno que for reprovado no projeto da APS deverá refazê-lo futuramente no regime de

dependência.

VIII. Apresentação

A apresentação prática e teórica do trabalho será feita por, no mínimo, 5 integrantes do grupo,

nas dependências da UNIP, na data estabelecida, de acordo com escala de apresentação a

ser publicada nos murais de aviso pela coordenação. Data Prevista da Apresentação: primeira

semana de maio.

ATENÇÂO: Após o início da apresentação da APS pelo grupo, não poderá ocorrer a

interferência manual no sistema, por exemplo: eventuais ajustes do cabo nas roldanas.

IX. Postagem do Trabalho

O trabalho escrito deverá ser postado no site <http://trabalhosacademicos.unip.br/entrega>

(a data limite será publicada nos quadros de avisos pela coordenação). A data prevista para

postagem é estimada como primeira quinzena de junho.

X. Segurança

Todos os alunos envolvidos na construção e na apresentação do protótipo deverão utilizar os

equipamentos de segurança necessários.

XI. Observações

1. Este manual de orientações poderá conter modificações e adições futuras. Tais

modificações e adições serão repassadas aos alunos em sala de aula ou em avisos nos

murais da Engenharia Básica.

2. Em qualquer etapa da APS as situações não previstas neste manual de orientações serão

analisadas pelo corpo docente da Engenharia Básica.

3. Toda e qualquer dúvida deverá ser apresentada a qualquer integrante do corpo docente

da Engenharia Básica.

XII. Anexos

Anexo A: Fotografia de uma montagem com associação de polias.

Figura 12 - Equipamento interativo “Sistemas de roldanas”. Local da foto: Estação Ciência, Universidade de São Paulo, São Paulo/SP. 2007.

Autora da foto: Luiza D’Oliveira Saint’Ana.

ROTEIRO DE CORREÇÃO DA PARTE TEÓRICA DA APS Itens a serem avaliados

Checklist Intervalo de pontuação

Pontuação atribuída

Título:

• Reflete o conteúdo?

• As palavras são apropriadas?

0 – 0,25

Introdução:

• Informa claramente sobre o problema a ser investigado e desenvolvido?

• Apresenta a justificativa do projeto?

0 – 1,0

Objetivos:

• Os objetivos propostos estão claramente explicitados?

• Estão enunciados de forma observável e/ou mensurável?

• Há coerência entre objetivo(s) e o conteúdo do trabalho?

0 – 1,0

Fundamentação teórica:

• Apresenta embasamento teórico?

• Possui raciocínio lógico-científico?

• O trabalho possui uma sequência e organização?

• O tema foi abordado com a profundidade adequada?

• Apresentação dos cálculos de dimensionamento do protótipo?

0 – 1,5

Material e Métodos:

• Os procedimentos utilizados estão claramente descritos?

• Descreve, com riqueza de detalhes, os procedimentos de maneira a permitir que o protótipo seja reproduzido?

0 – 1,5

Conclusão:

• Ocorre a apresentação e discussão de resultados?

• Respondem os objetivos propostos inicialmente?

0 – 1,5

Cronograma de atividades 0 – 0,25

Planilha orçamentária 0 – 0,25

Desenho /Croquis 0 – 0,50

Normas ABNT

Uso da Norma 14274 – para a capa

0 – 0,50

Uso da Norma 15287 – para a página de rosto

Uso da Norma 6023 – para referências bibliográficas

Uso da Norma 10520 – para as citações

Formatação

Foi utilizada fonte 12 em todo o trabalho?

0 – 0,75

O espaçamento entrelinhas está 1,5?

Alinhamento justificado?

As dimensões das margens estão corretas?

Redação

Adequação de linguagem (culta; formal; impessoal)?

0 – 1,0

Ausência de erros ortográficos e de concordância?

Ausência de erros de digitação?

TOTAL DE PONTOS

ATENÇÃO

Ocorrendo o plágio será atribuída somente a nota obtida na parte prática da APS!

Peso do trabalho escrito

Total x 0,5

NOTA PRÁTICA

NOTA FINAL