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DEZEMBRO 2015
SISTEMA DE SEGURANÇA DA FUNÇÃO DE RECICLAGEM DO AR INTERNO
Categoria: ENGENHARIA
Universidade: UTFPR (Câmpus Curitiba)
Professora Orientadora: ELISABETE NAKONECZNY MORAES
Acadêmicos:HIGOR WONSOWICZ PADILHAMARIA EDUARDA KOTTEL DE MACEDO
01 Desafio Renault ExperienceIntrodução
02 Desafio Renault ExperienceObjetivo Geral Objetivos Específicos
03 Desafio Renault ExperienceApresentação do projeto
04 Desafio Renault ExperienceViabilidade técnica e econômica
05 Desafio Renault ExperienceConclusões e Recomendações
SUMÁRIO
06 Desafio Renault ExperienceSugestões para futuros trabalhos
Desafio Renault ExperienceIntrodução
01
CONTEXTUALIZAÇÃO:
As estatísticas sobre acidentes automobilísticos são comumente atribuídas às más
condições das estradas, manutenção inadequada dos veículos e falha humana; à qual pode-
se subentender como a imprudência dos envolvidos e/ou abuso do álcool.
Contudo, esta realidade pode estar omitindo uma causa pouco investigada: a sonolência do
motorista ao volante [1].
Porém, ainda defronta-se com um limitado conjunto de referências que forneça dados para
que este assunto seja devidamente avaliado e enfrentado [2].
Assim sendo, a temática desta proposta é realizar o monitoramento do nível de CO2 no
interior de veículos, tendo em vista que este gás é tido como um dos principais fatores que
causam sonolência em motoristas.
Briefing Sabe-se, a partir dos manuais dos carros, que a utilização da função de reciclagem do ar interno de um veículo é aconselhavel quando não se deseja isolar-se do ambiente externo (zonas poluídas) e atingir mais rapidamente a temperatura interna desejada. Contudo, a utilização prolongada deste recurso proporciona um aumento da concentração de CO2 no interior do veículo, e esta condição se agrava quanto maior for o número de passageiros no interior do mesmo. Deste modo, na presente situação, julgou-se necessário o desenvolvimento de um sistema capaz de detectar a quantidade de CO2 prejudicial aos ocupantes de um veículo, em especial ao motorista, e sinalizar aos ocupantes a situação de risco.
Descrever o problema e a motivação da campanha, público-alvo, contextualizar INTRODUÇÃO:
Desafio Renault ExperienceObjetivos
02
OBJETIVOS Tem-se, com a realização deste projeto, o objetivo de se desenvolver um dispositivo capaz de detectar o nível de dióxido de carbono liberado pela utilização do ar condicionado na função de recirculação do ar, agindo de modo a desativar o mesmo quando o nível de CO2 for prejudicial ao motorista (causando sonolência, dores de cabeça, entre outros). Desta maneira, visa-se reduzir o índice de acidentes de transito causados por sonolência e cansaço por parte do motorista, proporcionando maior segurança à todos no interior do veículo, evitando que o nível de gás carbônico se torne nocivo ao organismo.
Desafio Renault ExperienceApresentação do projeto
03
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O alicerce principal do projeto fundamenta-se na pesquisa de mestrado de Robson
Dagmar Schaeffer [3].
Em linhas gerais, o autor descreve o desenvolvimento de um sensor de CO2, indicando
os componentes utilizados e o circuito eletroeletrônico desenvolvido para viabilizar a
detecção de níveis superiores a 1000ppm de CO2.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Em uma reportagem publicada pelo site extra.globo.com no dia 19/12/12, atualizada em
29/0915, a pneumologista Fabíola Schorr, do Hospital do Coração de São Paulo, afirma
que existe uma concentração tolerável de CO2 no sangue, que varia de 35 mm Hg à 45
mm Hg. Concentrações deste gás acima do tolerável induzem a pessoa a um estado de
sonolência, que pode levar ao coma e à parada respiratória. [6]
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA (PESQUISAS) De acordo com pesquisas feitas sobre o CO2, pode-se observar na tabela a seguir, os
efeitos no organismo de acordo com cada faixa de concentração:
FONTE: [5]
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA (PESQUISAS)
A partir do estudo feito pela ABES (Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e
Ambiental), percebe-se, observando-se a tabela a seguir, que a concentração de gás
carbônico aumenta significativamente do primeiro para o terceiro caso, pois naquele
(Renault Clio) o estudo foi realizado com um passageiro apenas, enquanto que neste
(Ford Focus) o estudo foi realizado com quatro passageiros [4], reforçando a importância
do estudo sobre o tema do projeto.
FONTE: [4]
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA (PESQUISAS)
Finalmente, a ideia deste projeto é a confecção de um sistema capaz de detectar a
concentração de CO2 no ambiente interno do automóvel, quando a função de reciclagem
do ar estiver acionada, atuando de modo a avisar (por meio de um sinal sonoro, por
exemplo) o condutor da presente situação de risco e desativar o sistema de ar
condicionado até que o nível de gás carbônico esteja em uma faixa de concentração
segura ao motorista e aos demais ocupantes do veículo.
FORMAS DE DETECÇÃO DE CO2
FORMAS DE DETECÇÃO DE CO2
Existem vários métodos para detecção de gases. A escolha do método mais eficiente
depende do gás a ser analisado e da sua concentração. Para a análise da concentração
de CO2 são comunmente utilizados:
Sensores eletroquímicos, que se baseiam em reações de oxidação e redução;
Sensores semicondutores, que possuem uma pastilhas semicondutoras contendo o elemento
detector de gás;
Infravermelhos, que funcionam a partir da absorção de energia pelo gás na faixa do
infravermelho;
FORMAS DE DETECÇÃO DE CO2 : Sensor semicondutor:
São simples, robustos e possuem excelente resposta a concentrações
baixíssimas. Porém são considerados pouco viáveis, por serem pouco seletivos para um
determinado gás, alem de ser afetado pela temperatura atmosférica e as variações de
umidade. Precisam de checagem e calibração com mais frequência, por perderem a
sensibilidade quando desligados – acumulando impurezas sobre sua pastilha
semicondutora que contém o elemento detector de gás.
FONTE: hellotrade.com
Sensor eletroquímico:
São compactos, exigem pouca energia, exibem excelente linearidade e
repetibilidade e geralmente possuem uma vida útil longa, tipicamente de 1 a 3 anos. Se
baseiam em reações espontâneas de oxidação e redução. Estas reações geram a
circulação de uma corrente entre os eletrodos, a qual é proporcional a concentração do
gás que se deseja mensurar. Porém, necessita de manutenção a cada 3 meses,
inviabilizando sua utilização.
FONTE: portuguese.alibaba.com
Detector de gás por infravermelho:
Possuem uma velocidade muito rápida de resposta (menos de 10 segundos),
baixa manutenção e controle muito simplificado. São à prova de falhas e operam com
sucesso em atmosferas inertes, e sob uma ampla gama de ambientes de pressão,
temperatura, interferência eletromagnética e umidade. Este tipo de detector só pode
detectar moléculas de gás diatômico.
FONTE: portuguese.alibaba.com
Desafio Renault ExperienceAnálise de custos e viabilidade
04
COMPARAÇÃO DE CUSTOS
COMPARAÇÃO DE CUSTOS
Ao se delinear o projeto, fez-se uma pesquisa comparativa de preços entre sensores
comerciais e a possibilidade de construção de um sensor infravermelho, baseado na
dissertação de mestrado de Robson Dagmar Schaeffer.
Dos sensores comerciais, os valores variam entre R$ 1537,00 a R$ 4531,30, enquanto
que os componentes sensores variam de $ 56,05 a $ 109,00.
24DEZEMBRO 2015
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE (Sensores comerciais)Modelo e marca Custo Disponível em
C-02-03396 Instruterm R$ 4598,16 http://www2.ciashop.com.br/instrutherm/dept.asp?partner_id=&tu=b2c&dept_id=310&template_id=60&dept_name=Medidor+de+CO2+%2F+Temperatura+e+Umidade
Medidor de Dióxido de Carbono com Datalogger CO-6 Plus
R$ 1736,30 http://www.criffer.com.br/produtos/p.asp?id=111&produto=medidor_dioxido_de_carbono_com_datalogger_co2#prettyPhoto
Medidor portátil de CO2 R$ 1537,00 http://www.hiseg.com.br/p/158/medidor-portatil-de-co2-umidade-e-temperatura-saida-usb-modelo-co277
25DEZEMBRO 2015
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE (Componentes)Modelo e marca Custo Disponível em
Sensor CO2 (Arduino Compatible)
$ 56,05 http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&product_id=1023#.VjF35LerTs0
K – 30 10000 ppm CO2 SensorK – 30 10000 ppm CO2 Sensor
$ 85,00 http://www.co2meter.com/collections/co2-sensors/products/k-30-co2-sensor-module
5000 ppm CO2 Sensor MISIR $ 109,00 http://www.co2meter.com/collections/co2-sensors/products/misir-5000ppm-co2-sensor
26DEZEMBRO 2015
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE
Modelo C-02 – 03396 – Marca: Instrutherm Valor: R$ 4531,30
Além do um preço inviável para o
desenvolvimento do projeto, este modelo
não possui a praticidade para aplicação no
interior do veículo.
27DEZEMBRO 2015
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE
Medidor de Dioxido de Carbono com dataloggerValor: R$ 1790,00
Igualmente ao modelo apresentado
anteriormente, não possui a praticidade de
aplicação no interior do veículo.
28DEZEMBRO 2015
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE
Medidor portatil de CO2, temperatura e umidadeValor: R$ 1537,00
Modelo de funcionamento mais simples, no
entanto também não possui a praticidade
de aplicação no interior do veículo.
29DEZEMBRO 2015
Sensor MG – 811 CO2 (Arduino Compatible) Valor: $ 56,05
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE
Sensor altamente sensível com regulagem
onboard da tensão de sáida limite. A
tensão de saída varia com a concentração
de CO2 presente.
30DEZEMBRO 2015
K – 30 10000 ppm CO2 SensorValor: $ 85,00
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE
Sensor de tamanho compacto, livre de
manutenção, ideal para para o
sensoriamento de ambientes fechados.
31DEZEMBRO 2015
5000 ppm CO2 Sensor MISIRValor: $ 109,00
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE
Sensor de CO2 de alto desempenho
projetado para antender as necessidades
de monitoramento da qualidade do ar.
Desafio Renault ExperienceConclusões e Recomendações
05
DETECÇÃO DE CO2 POR INFRAVERMELHO
Chegou-se a conclusão que o método mais eficiente para a confecção do sistema de
detecção de CO2, na presente situação, é o sensor baseado na absorção de energia
infravermelha. A escolha deste sistema deve-se ao fato do seu baixo custo de fabricação
e de possuir um período prolongado entre eventuais manutenções, em comparação à
outros sistemas de detecção.
DETECÇÃO DE CO2 POR INFRAVERMELHO
FONTE: teleco.com.br
O sensor de CO2, no qual foi baseado este projeto, opera na faixa de comprimento de
onda de, aproximadamente, 4,5 µm.
O gráfico representa a relação
entre a fração de luz incidente
com um comprimento de onda
específico, proveniente da
interação com determinados
gases.
ETAPAS DO SISTEMA DE MONITORAMENTO
ATMOSFERA A SER MONITORADA• Interior do veículo onde há a presença
do CO2
DETECTOR DE IR• Estrutura ótica composta por filtros
óticos
DIAGRAMA EM BLOCOS DO CONDICIONADOR DE SINAL
FONTE: [3]
37DEZEMBRO 2015
VIABILIDADE ECONÔMICA
Fazendo a analise de preços entre os sensores comerciais e os sensores menores para
confecção de circuitos personalizados, percebe-se que o custo da montagem se torna
inferior ao valor dos sensores comerciais. Elementos eletrônicos passivos como
resistores, capacitores e indutores, amplificadores operacionais, diodos, entre outros, são
acessíveis com custo, em média, de R$ 1,00/unidade, salvo componentes mais
específicos, como circuitos integrados e placas microcontroladores, onde o preço pode
variar bastante.
Desafio Renault ExperienceSugestões para futuros trabalhos
06
SUGESTÕES E PROPOSTAS
Para a expansão do projeto, pode-se considerar a implementação do sistema idealizado
à questões relacionadas as condições do motorista, tais como:
Detector sensível a redução de movimentos oculares;
Monitoramento do desvio do olhar do trânsito por um tempo prolongado;
Detector sensível à bocejos e/ou expressões facias relacionadas ao cansaço;
Monitoramento dinâmico da pulsação do motorista, indicando sonolência.
40DEZEMBRO 2015
REFERÊNCIAS
1. S. F. Canani e S. S. M. Barreto, “Sonolência e acidentes automobilísticos,” J Pneumol, mar-abr 2001.
2. F. H. d. O. Fontes, “Sonolência e apnéia do sono: uma parceria desastrosa,” J Bras Pneumol. , pp. 435-436, 2008.
3. R. D. Schaeffer, Estudo e desenvolvimento de um sensor de CO2 de baixo custo, D. d. E. Elétrica, Ed., Porto Alegre: Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2004.
4. VANCE, Marina E. et al. Qualidade do ar interno em veículos automotivos e ônibus de transporte público em termos da concentração de dióxido de carbôno. In: SILUBESA – SIMPÓSIO LUSO-BRASILEIRO DE ENGRNHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, XIII, 2008, Belém. Proceeding.... ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2008, pg. 4.
41DEZEMBRO 2015
REFERÊNCIAS
5. VAISALA. Nota de aplicação: Como medir o dióxido de carbono. Rio de Janeiro, 2012, 4 páginas.
6. MUNIZ, Camila. Entenda como uma intoxicação por gás carbônico pode ter causado a morte de casal de namorados em São Gonçalo. Extra, 2012 (atualizado em 2015). Disponível em <http://extra.globo.com/casos-de-policia/entenda-como-uma-intoxicacao-por-gas-carbonico-pode-ter-causado-morte-de-casal-de-namorados-em-sao-goncalo-7098939.html>, Acesso em 06/11/2015.
