Testes

Histórico de Versões

Data	Responsável(eis)	Descrição	Versão
28/05/2024	Débora e Tiago	Escrita dos testes do subsistema de energia	1.0
06/06/2024	Rafael	Revisao do documento	1.1
09/06/2024	Débora	Escrita dos testes do subsistema de energia	1.2
09/06/2024	Luiz	Escrita dos testes do subsistema de eletrônica	1.3
09/06/2024	Renan	Atualização do teste de velocidade do ar	1.4
05/07/2024	Paulo	Atualização dos testes de software	1.5
09/07/2024	Rafael	Ajustes ABNT dos testes de software	1.6

Introdução

Esta seção apresenta os resultados de três testes realizados como parte do projeto desenvolvido. Os testes incluíram a medição da velocidade do fluido de um soprador de ar, a verificação da integridade dos componentes elétricos e a funcionalidade do circuito de acionamento manual de um motor. Cada teste teve como objetivo avaliar aspectos específicos do sistema, contribuindo para o desenvolvimento e aprimoramento do projeto como um todo.

Teste de velocidade do fluido a partir dos ângulos de pá

Objetivo

O objetivo deste primeiro experimento seria a aproximação das velocidades do fluido dadas pelo soprador de ar a partir dos ângulos de pá do mesmo.

Materiais utilizados

• Tinta preta
• Transferidor
• Régua

Metodologia

Primeiro colocou-se a tinta em um recipiente e mergulhou as pás do soprador de ar nela. Após marcada, as pás foram colocadas sobre uma folha de papel para se ter o desenho aproximado das pás.

Para este soprador de ar serão utilizados as seguintes análises e premissas (Saravanamuttoo et al., 2017):

• A máquina utilizada é radial

• Rotor de paz infinitas (considerações feitas)

• Fluido ideal

• Número infinito de pás (\(\phi =0\))

• Pás de espessura infinitesima

Vale ressaltar que seus ângulos de pá e de ataque foram obtidas de maneira aproximada, colocando tinta nas pás do soprador de ar e pressionando sobre um papel, de maneira a ficar o formato das pás. E com a ajuda de régua e transferidor, fez-se uma aproximação destes ângulos e do seu triângulo de velocidades.

Figura 1: Ângulos de pá do motor.

Fonte: Autor

\(\beta\): ângulo construtivo da pá

\(\alpha\): ângulo relativo ao deslocamento da partícula do fluido

Resultados

No cálculo das componentes do triângulo de velocidades, precisamos primeiro achar a velocidade \(u\) na entrada e na saída:

\(D_1\) = 1cm \(\\D_2\) = 3,1cm

\[ \omega=\frac{13000}{60}rpm \]

\[ \omega=216,67 \]

\[ u_2=\omega.r_2=6,71m/s \]

\[ u_1=\omega.r_1=2,167m/s \]

A partir destes resultados, é possível obter as outras componentes do triângulo de velocidades e demais cálculos de vazão volumétrica e taxa mássica descritos no memorial de cálculo deste documento.

Teste de velocidade do fluido com anemômetro

Objetivo

O objetivo deste experimento é determinar a velocidade do fluido gerado por um soprador de ar que será utilizado no projeto.

Materiais utilizados

• Anemômetro Digital: Insize No. 9331-40

Figura 2: Anêmometro utilizado.

Fonte: Autor

• Soprador de Ar: Adaptado com um bocal

Metodologia

Um bocal foi projetado com um diâmetro de 3 cm, correspondente ao diâmetro da tubulação pela qual o ar será conduzido até a haste, conforme especificado pela equipe de estruturas. Em seguida, foi posicionado o anemômetro digital, na Figura 1, que possui um diâmetro de 6,5 cm, maior que o diâmetro da tubulação. Esse diâmetro foi importante para garantir uma leitura precisa da velocidade do ar no centro do dispositivo. Assim, o bocal foi direcionado para o centro do anemômetro e acionado. A velocidade do ar foi então medida diretamente no visor do anemômetro, que indicou uma velocidade de 11,12 m/s.

Resultados

O experimento foi conduzido obtendo-se uma medida precisa da velocidade do fluido, utilizando os equipamentos e métodos descritos, a qual convergiu aproximadamente com os cálculos desenvolvidos no Apêndice 6. A velocidade medida de 14,49 m/s será utilizada nos cálculos subsequentes de taxa mássica e vazão volumétrica para a obtenção de resultados com maior fator de confiabilidade.

Figura 3: Teste com o bocal.

Fonte: Autor

Teste de continuidade dos equipamentos

O teste de continuidade é uma verificação rápida para determinar se um circuito está aberto ou fechado. Apenas um circuito fechado — ou seja, ligado (ON) — tem continuidade.

Durante o teste, um multímetro digital envia uma pequena corrente através do circuito para medir sua resistência. Se o multímetro tiver um sinal sonoro de continuidade, ele emite um som quando detecta um circuito fechado.

Um interruptor com chave fechada permite a passagem da corrente, garantindo a continuidade elétrica do sistema. Se o sistema estiver aberto, não haverá continuidade elétrica e, consequentemente, nenhuma corrente fluirá. Isso pode indicar uma falha no circuito, como uma conexão incorreta ou um rompimento. Portanto, em um sistema elétrico com circuito fechado, haverá continuidade elétrica, permitindo o fluxo da corrente através do circuito.

Objetivo

Assim, o objetivo desse teste foi garantir a integridade dos componentes a serem utilizados e identificar se os mesmos não apresentam falhas internas que poderiam inviabilizar o projeto.

Para realizar o teste de continuidade do protótipo do projeto, foram utilizados os materiais descritos na seção de arquitetura de energia, com o auxílio de um multímetro digital.

Materiais utilizados

• 1 Botoeira (verde)
• 1 Botoeira (vermelha)
• Contatora
• Disjuntor monopolar
• Disjuntor motor
• Multímetro digital

Figura 4: Multímetro digital

Fonte: Autor

Resultados

Tabela 1: Resultado dos testes

Equipamento	Estado do Circuito	Resultado do Teste	Observações
Botoeira (verde)	Fechado	Continuidade	N/A
Botoeira (vermelha)	Fechado	Continuidade	N/A
Contatora	Aberto	Sem Continuidade	Não deve apresentar continuidade
Disjuntor monopolar	Fechado	Continuidade	N/A
Disjuntor motor	Fechado	Continuidade	N/A

Fonte: Autor

A contatora é um dispositivo eletromecânico que controla o fluxo de eletricidade em um circuito, atuando como um interruptor controlado eletricamente com partes móveis que se abrem e fecham para permitir ou interromper a passagem da corrente elétrica. Quando desenergizada, seus contatos principais estão separados, impedindo a passagem de corrente elétrica, e o teste de continuidade deve indicar uma interrupção, resultando em um circuito sem continuidade.

Entretanto, os demais equipamentos utilizados funcionaram corretamente, apresentando continuidade.

Teste do circuito de acionamento manual do quadro

Objetivo

O objetivo deste experimento foi testar o circuito de comando/força desenvolvido no Apêndice 1, verificando a funcionalidade das conexões e dispositivos de controle.

Materiais Utilizados

• Circuito de comando/força conforme Apêndice 1

• Botões de pressão para acionamento e desligamento manual

Metodologia

As conexões do circuito foram estabelecidas conforme o diagrama idealizado no Apêndice 1. O qual foi preparado para permitir o acionamento manual do circuito. No teste de acionamento manual os botões de pressão foram utilizados para testar o acionamento e desligamento.

Resultados

O acionamento manual foi iniciado pressionando os botões de comando. O circuito respondeu corretamente aos comandos de ligar e desligar. E assim, o acionamento manual foi testado e concluído com sucesso. Todas as conexões funcionaram conforme o esperado, seguindo o diagrama do Apêndice 1.

Conclusão

O experimento validou a funcionalidade do circuito de comando/força conforme projetado no Apêndice 1. As conexões e dispositivos de controle, incluindo os botões de pressão, operaram de maneira adequada. O diagrama desenvolvido possui as informações corretas para o processo, garantindo que o sistema pode ser acionado e controlado tanto manualmente quanto automaticamente.

Teste de Acionamento do motor

Objetivo:

Este experimento detalha os procedimentos do teste destinado a verificar o acionamento do soprador de ar por relé.

Metodologia:

• Configuração do Sistema:

O sistema foi construído, conforme as especificações descritas no apêndice de Diagramas do projeto, com duas fontes de energia denominadas Fonte A e Fonte B, conectadas ao relé e integradas ao circuito elétrico do sistema. Além disso, foi elaborado um código de programação para realizar o acionamento e desligamento remoto do motor a cada intervalo de 10 segundos.

Materiais Utilizados:

• Fonte A: 12VDC 10A
• Fonte B: 5V
• Relé 5V/2 canais

Resultados:

Durante os testes, foi observado que o sistema apresentou um desempenho satisfatório ao acionar automaticamente. O tempo de operação do motor foi pré-programado para 10 segundos, conforme especificado no código de programação elaborado. No entanto, é relevante destacar que esse intervalo pode ser ajustado conforme as exigências do cliente. A integração do relé com o circuito elétrico foi realizada com êxito, viabilizando o acionamento e desligamento do motor tanto manual quanto automaticamente, conforme previsto no código desenvolvido.

Conclusão:

Com base nos resultados obtidos, conclui-se que o sistema de acionamento automático remoto, com duas fontes de energia e um relé, atende aos requisitos estabelecidos de funcionamento e confiabilidade. O sistema demonstrou capacidade para controlar o acionamento e desligamento do motor remotamente, adaptando-se às necessidades específicas do cliente.

Testes para controle de potência AC

Objetivo

O objetivo deste experimento é testar o circuito que controla a potência da resistência de 2700 Watts.

Materiais Utilizados

• Circuito de eletrônico conforme diagrama esquemático no Apêndice 3

• Lâmpada 60W

Metodologia

Desenvolvimento e Funcionamento do Circuito Dimmer com Detector de Zero e Disparo de TRIAC

O circuito foi desenvolvido conforme descrito no Apêndice 3. Inicialmente, foi criado um circuito de teste utilizando uma placa universal, contendo dois circuitos isolados para garantir a segurança durante testes com tensão AC.

Figura 5: Circuito Eletrônico de Controle de Potência AC

Fonte: Autor

Detecção de Passagem por Zero

O circuito localizado na parte inferior esquerda da placa é um detector de passagem por zero (zero-crossing detector). Este circuito é capaz de identificar os momentos em que a tensão AC cruza o ponto zero. Utilizando um pino da ESP32, uma interrupção externa é gerada no momento em que a passagem por zero é detectada, especificamente na borda de descida do sinal. Este mecanismo é crucial para a temporização precisa do circuito de controle de potência.

Circuito de Disparo do TRIAC

O segundo circuito, localizado na parte superior direita da placa, é responsável pelo disparo do TRIAC BTA16. A operação do TRIAC permite o controle de potência entregue à carga (neste caso, uma lâmpada), variando de 0% a 100%. O disparo do TRIAC deve ocorrer dentro do período entre duas detecções consecutivas de passagem por zero, que acontecem a cada 8,3 ms (correspondente à metade do ciclo de uma onda senoidal de 60 Hz).

Funcionamento do Dimmer

O dimmer funciona controlando a fase do sinal AC aplicado à carga. Ao sincronizar o disparo do TRIAC com as passagens por zero da tensão AC, é possível ajustar o ponto exato do ciclo em que o TRIAC é ativado. Esse ponto determina a quantidade de energia fornecida à carga:

1. Detecção de Zero-Crossing: O circuito detecta quando a tensão AC passa por zero e gera uma interrupção.
2. Temporização de Disparo: Após a detecção de passagem por zero, a ESP32 utiliza um temporizador para determinar o atraso antes de disparar o TRIAC. Este atraso é ajustável e determina o ângulo de condução do TRIAC.
3. Disparo do TRIAC: O TRIAC é disparado após o atraso especificado, permitindo que a corrente flua pela carga. O ponto de disparo pode ser ajustado para controlar a potência média entregue à carga.
4. Repetição do Ciclo: O ciclo se repete a cada 8,3 ms (60 Hz AC), permitindo um controle contínuo e ajustável da potência.

Ao variar o atraso entre a detecção da passagem por zero e o disparo do TRIAC, é possível controlar com precisão a quantidade de energia fornecida à lâmpada, conseguindo um dimmer que regula a luminosidade de forma suave e eficiente.

Quadro 1: Código de teste para controle de potência

#define PINO_ZC 15
#define PINO_DIM 2

volatile long luminosidade = 0;  // 0 a 100

void IRAM_ATTR zeroCross() {
  if (luminosidade > 100) luminosidade = 100;
  if (luminosidade < 0) luminosidade = 0;
  long t1 = 8200L * (100L - luminosidade) / 100L;      
  delayMicroseconds(t1);   
  digitalWrite(PINO_DIM, HIGH);  
  delayMicroseconds(6);      // t2
  digitalWrite(PINO_DIM, LOW);   
}

void setup() {
  pinMode(PINO_DIM, OUTPUT);
  pinMode(PINO_ZC, INPUT);  
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PINO_ZC), zeroCross, RISING);
}

void loop() {
  for (byte i = 20; i < 95; i++) {
    luminosidade = i;
    delay(500);  
  }
  delay(1000);
}

Fonte: Autor

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Resultados

Os testes realizados com a lâmpada foram satisfatórios. Foi possível controlar a potência da lâmpada elétrica validando o funcionamento do circuito antes de utilizá-lo com a resistência de potência de 2700 Watts. Os resultados dos testes podem ser visualizados no video a seguir:

Video 1: Teste do Circuito

Video com o teste

Fonte: Autor

Conclusão

O experimento funcionou de forma adequada, demonstrando a capacidade do circuito de controlar a potência de saída. A próxima etapa será substituir a lâmpada pela resistência de potência, visando a implementação final do sistema de controle de temperatura. Isso permitirá a integração completa de todas as partes do circuito.

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Teste de Firmware

Objetivo

O objetivo deste experimento foi testar os dispositivos do subsistema de sensoriamento conforme descrito no Apêndice 3.

Materiais Utilizados

• Circuito de sensoriamento descrito no Apêndice 3

Metodologia

A metodologia para o teste do firmware do projeto envolveu a análise da melhor abordagem para facilitar as várias chamadas de funções dentro do código principal. Decidiu-se que a abordagem mais eficiente seria encapsular cada módulo, sensores e subsistemas utilizando o paradigma de programação orientada a objetos (POO). Esta abordagem permite modularizar o código, facilitando a manutenção, pois eventuais falhas em subsistemas específicos podem ser tratadas isoladamente. Os seguintes objetos foram criados:

• Sensor de temperatura
• Sensor de CO2
• Relé
• Controle de temperatura
• Mensageiro

Esses objetos interagem no código principal para garantir o funcionamento adequado do subsistema. Os códigos podem ser visualizados no repositório de eletrônica.

Resultados

Os testes realizados com os objetos de temperatura, relé e CO2. Os dados de temperatura e CO2 foram recebidos e exibidos no monitor serial. Os testes do relé foram realizados em conjunto com a parte elétrica do projeto silo, confirmando o funcionamento do sistema ao ligar e desligar o circuito elétrico automaticamente. As próximas etapas envolvem a integração de todos os objetos para a construção do código principal.

Conclusão

O experimento validou a funcionalidade do firmware, obtendo dados dos sensores e mostrando como o sistema elétrico pode ser controlado automaticamente, atendendo aos requisitos do projeto.

Teste de Estrutura

Objetivo

O objetivo deste experimento foi testar os dispositivos do subsistema de Estruturas impressos na impressora 3D.

Materiais Utilizados

• Estrutura impressa em 3D
• Motor do Secador de Cabelo
• Resistência

Figura 6: Estrutura impressa em 3D com motor e Resistência

Fonte: Autor

Metodologia

A metodologia para o teste da Estrutura foi a observação da resistência do material à calor ao ligar o motor e a resistência dentro da estrutura impressa em uma impressora 3D.

Video 2: Teste da Estrutura

Video com o teste

Fonte: Autor

Resultados

Os testes realizados com o material nos demonstrou que após algum tempo a estrutura começa a ficar muito maleável de modo que modifica sua forma. A região próxima à resistência sofreu alterações em sua forma.

Conclusão

O experimento nos mostrou que a estrutura precisava ser alterada, necessitando de um material que resista melhor ao calor nas regiões próximas à resistência. Assim como é necessário aumentar a área de entrada de ar uma vez que a passagem de ar desse primeiro protótipo ser pequena pode ter causado o superaquecimento da estrutura.

Teste de Software

Tentou-se inserir no postgres a geração 70 mil mensagens por minuto durante uma hora com o auxilio da ferramenta Airflow na Figura 7. Ao final desse período, foram criados 1996 arquivos com um tamanho de oito megabytes cada.

Figura 7: Tentativa de inserção no postgres

Fonte: Gerado pela aplicação airflow

Como demorou mais que uma hora para tentar inserir o volume de dados gerados na Figura 7, esse teste foi interrompido. Durante essa uma hora foi inserido 5250000 linhas no banco de aproximadamente 12600000 linhas.

Como o postgres não conseguiu inserir essa quantidade de dados em um tempo adequado, trocamos o nosso banco de dados para um especifico para grande volume de dados chamdo trino e refizemos o teste

Figura 8: Resultado da inserção do postgres

Fonte: Gerado pela aplicação airflow

Foi necessário manter a máquina rodando ao longo da noite para finalização do teste o que possibilitou um resultado positivo. Era executado a cada 10 minutos e conseguia terminar a tempo da proxima execução.

Ao final desse teste, o banco de dados persistiu um total de 717207018 de dados dos sensores registrado pela Figura 9.

Figura 9: Visualização dos dados pela interface dbeaver

Fonte: Gerado pela aplicação dbeaver

Figura 10: *Buckets* do minio

Fonte: Gerado pela aplicação minio

Figura 11: Dados coletados pelos *buckets* do minio

Fonte: Gerado pela aplicação minio