ATIVIDADES PRTICAS

SUPERVISIONADAS

Engenharia Eltrica 3a Srie Fsica III

A atividade prtica supervisionada (ATPS) um procedimento metodolgico de ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas programadas e supervisionadas e que tem por objetivos:

Favorecer a aprendizagem.

Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e eficaz.

Promover o estudo, a convivncia e o trabalho em grupo.

Desenvolver os estudos independentes, sistemticos e o autoaprendizado. Oferecer diferentes ambientes de aprendizagem.

Auxiliar no desenvolvimento das competncias requeridas pelas Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduao.

Promover a aplicao da teoria e conceitos para a soluo de problemas prticos relativos profisso.

Direcionar o estudante para a busca do raciocnio crtico e a emancipao intelectual.

Para atingir esses objetivos a ATPS prope um desafio e indica os passos a serem percorridos ao longo do semestre para a sua soluo.

A sua participao nessa proposta essencial para que adquira as competncias e habilidades requeridas na sua atuao profissional.

Aproveite essa oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional.

AUTORIA:

Neilo Marcos Trindade

.Engenharia Eltrica - 3a Srie - Fsica IIIPg. 2 de 2

COMPETNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, voc ter desenvolvido as competncias e habilidades que constam nas Diretrizes Curriculares Nacionais descritas a seguir.

Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia. Desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas e tcnicas.

Comunicar-se eficientemente nas formas escrita, oral e grfica.

Avaliar o impacto das atividades de engenharia no contexto social e ambiental.

Produo Acadmica

Relatrio sobre Medidas de Segurana em uma Fbrica quanto a fenmenos eletromagnticos.

Participao

Essa atividade ser, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte, pelo grupo. Para tanto, os alunos devero:

organizar-se, previamente, em equipes de participantes a ser definida pelo professor; entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina e observar, no decorrer das etapas, as indicaes: Aluno e Equipe.

Padronizao

O material escrito solicitado nessa atividade deve ser produzido de acordo com as normas da ABNT1, com o seguinte padro:em papel branco, formato A4;

com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm;

fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta;

espaamento de 1,5 entre linhas;

se houver citaes com mais de trs linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com um recuo de 4cm da margem esquerda e espaamento simples entre linhas;

com capa, contendo:

nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina;

nome e RA de cada participante;

ttulo da atividade;

nome do professor da disciplina;

cidade e data da entrega, apresentao ou publicao.

DESAFIO

Farinha, malte, caf instantneo, acar e leite em p tm sido a causa de muitas exploses na indstria alimentcia em anos recentes. As estatsticas mostram que mais de 30% das exploses, envolvendo ps ocorreram na indstria alimentcia e de rao animal. Alm de danos fsicos e fatalidades, essas exploses acabam por causar interrupo de

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negcios e perdas financeiras. Dependendo da severidade do incidente, o tempo de parada e as perdas de produo podem se estender de semanas at meses. Pagamento de indenizaes, tempo necessrio para conduzir uma investigao, fazer mudanas na planta existente e reprojetar, adquirir e comissionar novas instalaes acaba sendo o resultado de lies aprendidas tardiamente. Em alguns casos a planta poder estar totalmente condenada.

Fonte: Exploses. Disponvel em:. Acesso em 10 abril 2012.

Figura 1 Caso de uma planta aps a exploso

Fonte: Exploses. Disponvel em:. Acesso em 10 abril 2012.

O desafio investigar o que pode ocasionar a exploso de uma fbrica na rea de indstria alimentcia e promover medidas de segurana do empreendimento em relao aos fenmenos eltricos e magnticos, comparada com o estudo de caso de uma fbrica de chocolate que relatado por meio do seu Livro-texto e est relatado abaixo.

O mistrio do chocolate em p. Exploses provocadas por descargas eltricas (centelhas) constituem um srio perigo nas indstrias com ps muito finos. Uma dessas exploses aconteceu em uma fabrica de biscoitos na dcada de 1970. Os operrios costumavam esvaziar os sacos de chocolate em p que chegavam fabrica em uma bandeja, na qual o material era transportado atravs de canos de plstico at o silo onde era armazenado. No meio desse percurso duas condies para que uma exploso ocorresse foram satisfeitas: (1 condio) o mdulo do campo eltrico ultrapassou 3,0 x 106 N/C, produzindo uma ruptura dieltrica do ar; (2 condio) a energia da centelha resultante ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o p explodisse.

Como parte tambm da investigao da exploso ocorrida na fbrica de biscoitos, o potencial eltrico dos operrios foi medido enquanto esvaziavam sacos de chocolate em p em uma bandeja, produzindo uma nuvem de p de chocolate. Fonte: HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fsica II. 1a ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Tcnicos e Cientficos, 2009.

Objetivo do desafio

O desafio promover medidas de segurana quanto aos fenmenos eltricos e magnticos numa fbrica na rea de indstria alimentcia, comparada com o estudo de caso

Neilo Marcos TrindadeErro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento.Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado

no documento.Engenharia Eltrica - 3a Srie - Fsica IIIPg. 4 de 4

acima, de acordo com as informaes dadas em cada etapa. Este desafio importante para que o aluno adquira uma slida base conceitual dos fatores necessrios para a elaborao de projeto, capacitando o aluno a aplicar a teoria estudada em sala de aula para o desenvolvimento de projetos.

ETAPA 1 (tempo para realizao: 05 horas)

Aula-tema: Campo Eltrico. Lei de Gauss.

Essa atividade importante para compreender a ao e a distncia entre duas partculas sem haver uma ligao visvel entre elas e entender os efeitos dessa partcula sujeita a uma fora criada por um campo eltrico no espao que as cerca.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar em livros da rea, revistas e jornais, ou sites da internet, notcias que envolvem exploses de fbricas que tm produtos que geram ou so a base de p.

Sites sugeridos para pesquisa

Exploso De P Em Unidades Armazenadoras E Processadoras De Produtos Agrcolas E Seus Derivados Estudo De Caso. 2005. Disponvel em: . Acesso em: 20 abr. 2012.

Exploses. Disponvel em: . Acesso em: 20 abr. 2012.

Atmosferas explosivas de ps: Todo cuidado pouco. Disponvel em: . Acesso em: 20 abr. 2012.

Passo 2 (Equipe)

Supor que o p (produto) de sua empresa esteja carregado negativamente e passando por um cano cilndrico de plstico de raio R= 5,0 cm e que as cargas associadas ao p estejam distribudas uniformemente com uma densidade volumtrica . O campo eltrico E aponta para o eixo do cilindro ou para longe do eixo? Justificar.

Passo 3 (Equipe)Engenharia Eltrica - 3a Srie - Fsica IIIPg. 5 de 5

Escrever uma expresso, utilizando a Lei de Gauss, para o mdulo do campo eltrico no interior do cano em funo da distncia r do eixo do cano. O valor de E aumenta ou diminui quando r aumenta? Justificar. Determinar o valor mximo de E e a que distncia do eixo do cano esse campo mximo ocorre para = 1,1 x 10-3 C/m3 (um valor tpico).

Passo 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma ruptura dieltrica do ar, considerando a primeira condio, ou seja, o campo calculado no passo anterior poder produzir uma centelha? Onde?

ETAPA 2 (tempo para realizao: 05 horas)

Aula-tema: Potencial Eltrico. Capacitncia.

Essa atividade importante para compreender a definio de potencial eltrico e conseguir calcular esse potencial a partir do campo eltrico. Essa etapa tambm importante para estudar a energia armazenada num capacitor, considerando situaes cotidianas.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Determinar uma expresso para o potencial eltrico em funo da distncia r a partir do eixo do cano. (O potencial zero na parede do cano, que est ligado a terra).

V = K. Q / r

Passo 2 (Equipe)

Calcular a diferena de potencial eltrico entre o eixo do cano e a parede interna para uma densidade volumtrica de cargas tpica, = 1,1 x 10-3 C/m3.

V eixo = - . r22 . 0 -1,1.10-3 . 0,0522 . 8,85.10-12 = -2,75.10-617,7.10-12 =-0,155.106 = -1,55.105V parede=0DV= V eixo V parede-1,55.105-0= -1,55.105JCU=k.q/d = 9.109n.m2/c21,1.10-3c/m3 / 0,5 mU= 19,8 .106V

Passo 3 (Equipe)

Determinar a energia armazenada num operrio, considerando que o homem pode ser modelado por uma capacitncia efetiva de 200 pF e cada operrio possui um potencial eltrico de 7,0 kV em relao a Terra, que foi tomada como potencial zero.potencial eltrico de 7,0 kV em relao a Terra, que foi tomada como potencial zero.C = Q/(V @) Q = C.VQ = 20010-127,0103Q = 1,410-6CQ = 1,4 CF=C/V200pF=Q/7000Q=1,4.10-6CC=Q/VC=1,4.10-6/7000C=2.10-10FObs.: A energia armazenada num capacitor igual ao trabalho feito para carreg-lo

Passo 4 (Equipe)

Verificar a possibilidade de uma exploso, considerando a segunda condio, ou seja, a energia da centelha resultante do passo anterior ultrapassou 150 mJ, fazendo com que o p explodisse

Resp.: De acordo com os resultados obtidos no passo anterior, foi analisado e concludo que a energia gerada no suficiente para que a centelha seja gerada.W=Q.VW=1,1.10-3. 19,8 . 106W= 21.103J150.10-3JPortanto a energia resultante ultrapassou, fazendo com que op tenha potencial de exploso.4

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ETAPA 3 (tempo para realizao: 05 horas)

Aula-tema: Corrente e Resistncia. Circuitos.

Essa atividade importante para discutir as cargas em movimento, isto , corrente eltrica e relacionar com resistncia eltrica. Essa etapa tambm importante para compreender os clculos envolvidos em um circuito eltrico como potncia e energia.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Determinar a expresso para a corrente i (o fluxo das cargas eltricas associadas ao p) em uma seo reta do cano. Calcular o valor de i para as condies da fbrica: raio do cano R = 5,0 cm., velocidade v = 2,0 m/s e densidade de cargas = 1,1 x 10-3 C/m3Resoluo:I = Q/t t=d/vt=(5x10^(-2))/2t=2.5x10^(-2)si = ( 1.1 x 10^(-3))/(2.5x10^(-2) ) i = 4.4 x 10^(-2) Ai=R= 0,5 mV= 2,0 m/sP= 1,1 . 10-3C/m3i= q/ti= 1,1 . 10-3C/m3/ 2,0 m/si= 5,5 . 10-4A

Passo 2 (Equipe)

Determinar a taxa (potncia) com a qual a energia pode ter sido transferida do p para uma centelha quando o p deixou o cano. Considerar que quando o p saiu do cano e entrou no silo, o potencial eltrico do p mudou e o valor absoluto dessa variao foi pelo menos igual a diferena de potencial calculada no passo 2 na etapa 2.

P= U.iP=-1,55.105 . 1,7.10-5=2,64WW Pot= E/tPot= 39.106/2Pot= 19.106 W

Passo 3 (Equipe)

Calcular a energia transferida para a centelha se uma centelha ocorreu no momento em que o p deixou o tubo e durou 0,20 s (uma estimativa razovel).

E=P. t 2,64 . 0,20=0,53 Jt= 0,20sP= E/tP= 39 . 106/0,20P= 195 . 106W

Passo 4 (Equipe)

Calcular qual deve ser a resistncia entre a pulseira e a terra para que seu corpo chegue ao nvel seguro de potencial de 100 V em 0,3 s, ou seja, um tempo menor que o que voc levaria para tocar no silo. Se voc usar uma pulseira condutora em contato com a terra seu potencial no aumentar tanto quando voc se levantar, alm disso, a descarga ser mais rpida, pois a resistncia da ligao a terra ser menor que a dos sapatos. Suponha que no momento que voc se levanta o potencial do seu corpo de 1,4 kV e que a capacitncia entre seu corpo e a cadeira de 10 pF.V = R.I100 = R.4,6. 10-8R=2,17. 109

I=Q/tI=1,4. 10-8/0,3I=4,6. 10-8 A

C=Q/V10pF=Q/1,4. 103Q=1,4. 10-8C

ETAPA 4 (tempo para realizao: 05 horas)

Aula-tema: Campos Magnticos.

Essa atividade importante para compreender o campo magntico terrestre e atuao dele numa determinada regio. Nessa atividade tambm definir as medidas de segurana na instalao de uma fbrica de p.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.Pg. 7 de 7

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar sobre o campo magntico terrestre, como ele produzido e como esse campo varia de acordo com a localidade. Pesquisar tambm qual o valor do campo magntico na sua regio.

Sites sugeridos para pesquisa

O campo magntico da Terra. Disponvel em: . Acesso em: 20 abr. 2012.

O campo magntico da Terra como o campo magntico de um gigantesco m em forma de barra, mas essa semelhana superficial. O campo magntico de um m de barra, ou qualquer outro tipo de m permanente, criado pelo movimento coordenado de eltrons (partculas negativamente carregadas) dentro dos tomos de ferro. J campo magntico da Terra atravessa desde o Plo Sul at o Plo Norte do planeta, que nos protege do constante bombardeamento de partculas carregadas provenientes da coroa solar, o campo magntico deflete as partculas em torno da Terra, protegendo-a. Mas importante lembrar que o Plo Norte Magntico da Terra tem uma inclinao de 11,5 em relao ao Plo Norte Geogrfico. Existe pelo menos outro fato interessante em relao ao campo magntico terrestre: este inverte periodicamente a sua polaridade. Ou seja, os plos magnticos no coincidem com os plos geogrficos. o que mostra a primeira figura abaixo. Lembremos tambm que o Plo Norte Geogrfico tambm inclinado em relao linha perpendicular ao plano da rbita da Terra.Uma das teorias mais aceitas a respeito da origem do campo magntico da Terra a de que o nosso planeta possui um ncleo externo lquido constitudo por ferro e nquel que se encontra em movimento. O movimento destes metais fundidos origina um campo eltrico no interior do ncleo que por sua vez origina o campo magntico terrestre. O ncleo da Terra, no entanto, mais quente que 1043 K, a temperatura de Curie em que a orientao dos orbitais do eltron dentro do ferro se torna aleatria. Tal aleatorizao tende a fazer a substncia perder o seu campo magntico.Estrutura e interna da TerraPortanto, o campo magntico da Terra no causado por depsitos magnetizados de ferro, mas em grande parte por correntes eltricas do ncleo externo lquido. Correntes eltricas induzidas na ionosfera tambm geram campos magnticos. Tal campo sempre gerado perto de onde a atmosfera mais prxima do Sol, criando alteraes dirias que podem deflectir campos magnticos superficiais de at um grau.O vento solar e a MagnetosferaVariaes do campo magnticoA intensidade do campo na superfcie da Terra neste momento varia de menos de 30 microteslas (0,3 gauss), numa rea que inclui a maioria da Amrica do Sul e frica Meridional, at superior a 60 microteslas (0,6 gauss) ao redor dos plos magnticos no norte do Canad e sul da Austrlia, e em parte da Sibria.Magnetmetros detectaram desvios diminutos no campo magntico da Terra causados por artefatos de ferro, fornos para queima de argila e tijolos, alguns tipos de estruturas de pedra, e at mesmo valas e sambaquis em pesquisa geofsica. Usando instrumentos magnticos adaptados a partir de dispositivos de uso areo desenvolvidos durante a Segunda Guerra Mundial para detectar submarinos, as variaes magnticas atravs do fundo do oceano foram mapeadas. O basalto - rocha vulcnica rica em ferro que compe o fundo do oceano - contm um forte mineral magntico (magnetita) e pode distorcer a leitura de uma bssola. A distoro foi percebida por marinheiros islandeses no incio do sculo XVIII. Como a presena da magnetita d ao basalto propriedades magnticas mensurveis, estas variaes magnticas forneceram novos meios para o estudo do fundo do oceano. Quando novas rochas formadas resfriam, tais materiais magnticos gravam o campo magntico da Terra no tempo.Em Outubro de 2003, a magnetosfera da Terra foi atingida por uma chama solar que causou uma breve, mas intensa tempestade geomagntica, provocando a ocorrncia de Aurora boreal|auroras boreais.Reverses do campo magnticoO campo magntico da Terra revertido em intervalos que variam entre dezenas de milhares de anos a alguns milhes de anos, com um intervalo mdio de aproximadamente 250.000 anos. Acredita-se que a ltima ocorreu 780.000 anos atrs, referida como a reverso Brunhes-Matuyama.O mecanismo responsvel pelas reverses magnticas no bem compreendido. Alguns cientistas produziram modelos para o centro da Terra, onde o campo magntico apenas quase-estvel e os plos podem migrar espontaneamente de uma orientao para outra durante o curso de algumas centenas a alguns milhares de anos. Outros cientistas propuseram que primeiro o geodnamo pra, espontaneamente ou atravs da ao de algum agente externo, como o impacto de um cometa, e ento reinicia com o plo norte apontando para o norte ou para o sul. Quando o norte reaparece na direo oposta, interpretamos isso como uma reverso, enquanto parar e retornar na mesma direo chamado excurso geomagntica.A intensidade do campo geomagntico foi medida pela primeira vez por Carl Friedrich Gauss em 1835 e foi medida repetidamente desde ento, sendo observado um decaimento exponencial com uma meia-vida de 1400 anos, o que corresponde a um decaimento de 10 a 15% durante os ltimos 150 anos.O valor de campo magntico natural no perturbado normalmente, no Brasil, de 23.615 nT.Referncias bibliogrficas:http://www.quimica.com.br/quimica/index.php?sessao=reportagem&id=110&pagina=3 http://www.nutsteel.com.br/informacoes_tecnicas/atmosferas_explosivas_pos.pdf http://zonaderisco.blogspot.com.br/2011/10/po-um-perigo-mortal.htmlhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestrehttp://terraquegira.blogspot.com.br/2007/06/campo-magntico-terrestre.htmlhttp://www.infoescola.com/fisica/campo-magnetico-da-terra/

Passo 2 (Equipe)

Calcular o valor fora eltrica que age sobre uma carga eltrica que se move no cano de acordo com as condies apresentadas no passo 1 da etapa 3 e no passo anterior dessa etapa.

F= K.q/d2F= 9.109. 1,1.10-3/0,52F= 39.106N

Passo 3 (Equipe)

Analisar as condies que foram discutidas nesse desafio para que ocorresse a exploso na fbrica e sugerir as medidas de segurana que deveriam ter sido adotadas para que no tivesse ocorrido.

Diante dosclculos realizados foi constatado queduas condiespara que uma exploso ocorresse foram satisfeitas: (1 condio) o mdulo do campo eltrico ultrapassou 3,0 x 106N/C, produzindouma rupturadieltrica doar;(2 condio)a energiada centelharesultante ultrapassou 150 mJ, fazendo com que op explodisse

Passo 4 (Equipe)

Elaborar um relatrio intitulado Relatrio: Medidas de Segurana quanto aos fenmenos eletromagnticos em uma Fbrica que envolve Nuvem de P com o contedo desenvolvido nos passos anteriores desta etapa e entregar ao professor na data agendada, de acordo com a padronizao definida.

O Ministrio do Trabalhoe Emprego sancionou em 2001 a Portariaque estabeleceindicaes bsicas para se evitar acidentes tambm provenientes da exploso por p deprodutos agrcolas.[...] 1.15 Silos e Armazns1.15.1 Os silosdevem ser adequadamente dimensionados e construdos em solo comresistncia compatvel s cargas de trabalho. [...]1.15.4 obrigatriaa preveno dos riscos de exploses, incndios, acidentesmecnicos, asfixia e dos decorrentes da exposio a agentes qumicos, fsicos ebiolgicos em todas as fases da operao do silo.1.15.5 A escolha domodo de operao dos silos deve levarem considerao osriscos sade e segurana dos trabalhadores e aomeio ambiente.1.15.6 obrigatriaa utilizao segura de todas asmquinas e equipamentosenvolvidos no processo de operao dos silos. [...]1.15.10 Antes da entrada detrabalhadores na fase de abertura dos silosdeve sermedida a concentrao de oxignio e olimite de explosividade relacionado ao tipo dematerial estocado. [...]1.15.12 Devem ser avaliados permanentemente os riscos de combusto espontnea eexploso atravs do controledos seguintes parmetros:a) quantidade e tipo dop em suspenso;b) tamanho das partculas;c) umidade e temperatura ambientes;d) grau de umidade doproduto armazenado;e) concentrao de oxignio;f) variao da temperatura emfuno da fermentao do material ensilado;g) formao de gases evapores inflamveis [...]1.15.13 Devem ser adotadas medidas para preveno de exploses derivadas dacombusto acelerada de poeiras decorrentes da movimentao de gros. [...]1.15.15 Os elevadores e sistemas dealimentao dos silos devem ser projetados eoperados de forma a evitaro acmulo de poeiras, emespecial nos pontos onde sejapossvel a gerao de centelhas por eletricidadeesttica.1.15.16 Todas as instalaes eltricas e deiluminao no interior dos silosdevemser antideflagrantes.1.15.17 Servios de manuteno por processos de soldagem, operaes de corte ouque gerem eletricidade esttica devem ser realizados exclusivamente nos perodos emque os silos estejam vazios elivres de poeiras e contaminantes.1.15.18 Nos intervalos de operao dos siloso empregador rural ouassemelhadodeve providenciar adequada limpeza dos silos para remoo de poeiras.1.15.19 Os silos devem possuirsistema de ventilao capaz de evitar acmulo degases e poeiras. (BRASIL, Ministrio doTrabalho e Emprego, 2001).

Livro-texto da disciplina:

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fsica II. 1a ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Tcnicos e Cientficos, 2009.