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Campus de Ilha Solteira

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

“Software de Rastreamento de Embarcações e Plataforma

Eletrônica para Ensaios Hidrodinâmicos em Túnel de

Vento”

Breno Moreira de Oliveira

Orientador: Prof. Dr. Aparecido A. de Carvalho

Dissertação submetida à Faculdade de

Engenharia – UNESP – campus de Ilha

Solteira, como parte dos requisitos

exigidos para a obtenção do título de

Mestre em Engenharia Elétrica.

Área de Conhecimento: Automação.

Ilha Solteira

2013

.

.

FICHA CATALOGRÁFICA

Desenvolvido pelo Serviço Técnico de Biblioteca e Documentação

Oliveira, Breno Moreira. Software de rastreamento de embarcações e plataforma eletrônica para ensaios hidrodinâmicos em túnel de vento / Breno Moreira Oliveira. -- Ilha Solteira: [s.n.], 2013 150 f. : il. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira. Área de conhecimento: Automação, 2013 Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho Inclui bibliografia 1. Instrumentação eletrônica. 2. Ensaios hidrodinâmicos. 3. Túnel de vento. 4. Rastreamento satelital. 5. Software.

048S

Agradecimentos

Primeiramente, gostaria de agradecer nosso criador por ter me enviado a uma família

que me permitiu alcançar e realizar tudo que foi de minha vontade nesta vida.

Agradeço aos esforços imensuráveis de minha querida mãe, que não se absteve em

nenhum momento em me incentivar e me apoiar em todas minhas batalhas. Agradeço não só

pelo esforço moral e incentivador, mas também pelo suor derramado para que eu pudesse

concluir meus sonhos profissionais.

Agradeço meu querido pai, que apesar de todo esforço, não pode compartilhar, em vida,

da minha alegria diante das minhas conquistas. Mesmo ausente, sei que, em algum lugar, ele

está partilhando deste momento.

Agradeço meus irmãos, Bruno e Rafael, pelo apoio e por estarem sempre presentes na

minha vida.

Agradeço minha namorada e incentivadora, Karol Natasha L. Castanheira, por

compartilhar dos meus sucessos e fracassos, pelo incentivo na minha vida acadêmica e pela

compreensão pelos 2 anos de incansáveis dias de trabalho.

Agradeço ao Prof. Dr. Luiz Roberto Trovati não só pela oportunidade para realização

deste trabalho, mas também por toda a experiência transmitida. Ao longo de mais de 4 anos

de convivência e de muito trabalho, só tenho a agradecer por todo o esforço e confiança

depositada.

Agradeço ao meu orientador Prof. Dr. Aparecido Augusto de Carvalho por encarar este

novo desafio, por depositar sua confiança e por me guiar durante estes dois anos de muito

trabalho.

Agradeço ao professor Woodrow Nelson Lopes Roma, pela calma e disposição em

sempre sanar minhas dúvidas e auxiliar, de maneira intermitente, no direcionamento dos

ensaios e do projeto. Sem sua ajuda, não atingiríamos nossos objetivos de forma tão

satisfatória.

Agradeço a todos meus colegas de laboratório, pelo trabalho e esforço para que este

projeto fosse concluído. Para que os méritos sejam compartilhados por todos, fica o

agradecimento especial aos colegas: Eng. Grabriel Luiz Pinato, Vinícius Damasceno, Victor

Belila, Thomazzo Avalone, Dimas Vasques, Rafael Araújo, Lucas Ingraci e Mauro Benetido

de Barros. Com certeza, sem o esforço de cada um, não seria possível alcançarmos nossos

objetivos.

Fica o agradecimento especial ao técnico Gilberto Antônio de Brito (FEIS-UNESP),

pelo apoio e serviços prestados.

Resumo

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um software para rastreamento e

monitoramento de embarcações, com funcionalidades associadas à logística e organização do

tráfego da hidrovia Tietê-Paraná. O software, denominado Sisnavega, foi desenvolvido para

prover funcionalidades associadas ao uso das eclusas do Rio Tietê. Dentre as funcionalidades,

está a visualização em tempo real das embarcações, em um mapa dinâmico da hidrovia, e as

previsões de chegadas em relação às eclusas. Ainda, estão descritas as etapas de construção de

um túnel de vento e o desenvolvimento de uma plataforma eletrônica para a realização de

ensaios hidrodinâmicos em modelos reduzidos de embarcações. O desenvolvimento da

plataforma inclui a confecção de sensores de força, a confecção de uma placa de

condicionamento de sinais interligada a um microcontrolador e a construção de um software

para análise e realização dos ensaios hidrodinâmicos. O software de ensaios realiza a

determinação de parâmetros hidrodinâmicos da embarcação, que servirão de insumo para a

construção de um sistema eletrônico de auxílio em operações de eclusagens.

Palavras-chave: Sisnavega, software de rastreamento, hidrodinâmica de embarcações,

túnel de vento, transposição de barragens.

Abstract

This work describes the development of a software for tracking and monitoring of

vessels with features of logistics and organization of traffic of Tietê-Paraná waterway. The

software, called "Sisnavega", was developed to provide functionality associated with the use

of the sluices on the Tietê river. Among the features, are real-time visualization of vessels in a

dynamic map of the waterway, and the forecast arrivals in relation to the sluices. Furthermore,

this work describes the development of an electronic platform for conducting hydrodynamic

testing of models vessels, through a wind tunnel. The development of platform includes the

fabrication of sensors forces and signal conditioning board connected with microcontroller,

and the construction of a software for the analysis and implementation of hydrodynamic

testing. The software determine the vessel hydrodynamic parameters, which will serve as

input for electronic system construction to aid the vessel in sluices operations. In addition, this

work describes the wind tunnel construction and the measures of the air flow profile,

performed by a sonic anemometer.

Keywords: Sisnavega, tracking software, hydrodynamic of ships, wind tunnel, sluices

operations.

Lista de Figuras

Figura 2.1- Dinâmica do sistema de rastreamento satelital. .................................................................. 21

Tabela 1.1 – Estrutura da tabela “positionhistory_iipos” ..................................................................... 24

Tabela 2.2 - Estrutura da tabela “checkpoints” .................................................................................... 25

Tabela 2.3 - Estrutura da tabela “ecl” .................................................................................................. 26

Tabela 2.1 – Estrutura da tabela “ecl_empchatas”. .............................................................................. 27

Tabela 2.5 – Estrutura da tabela “embarcacoes”. ................................................................................. 27

Tabela 2.6 – Estrutura da tabela “infocom”. ......................................................................................... 29

Figura 2.2 - Formulário principal, trecho da hidrovia Tietê-Paraná...................................................... 32

Figura 2.3 - Formulário “dm” - Conexão com o banco de dados. ........................................................ 33

Figura 2.4 - Formulário de autenticação do Sisnavega. ........................................................................ 34

Figura 2.5 - Formulário principal do sistema de rastreamento.............................................................. 35

Figura 2.6 - Legenda para o status das embarcações. ........................................................................... 36

Figura 2.7 - Diagrama de blocos do algoritmo de atualização de coordenadas..................................... 38

Figura 2.8 - Diagrama geral de previsão de chegada ............................................................................ 42

Figura 2.9 - Diagrama de blocos do algoritmo de identificação do reservatório................................... 43

Figura 2.10 - Diagrama de blocos para o algoritmo de detecção do sentido da embarcação. ............... 45

Figura 2.11 - Trecho da Hidrovia Tietê-Paraná (Software Sisnavega). ................................................ 47

Figura 2.12 - Diagrama de blocos do algoritmo de identificação de destino. ....................................... 48

Figura 2.13 - Diagrama de blocos para o algoritmo de cálculo de velocidade média. .......................... 49

Figura 2.14 - Checkpoints do reservatório de Bariri. ............................................................................ 50

Figura 2.15 - Formulário de previsões de chegada. .............................................................................. 51

Figura 2.16 - Formulário de informações da embarcação. .................................................................... 52

Figura 3.1 - Relação entre os adimensionais 1 e 2 . ........................................................................ 56

Figura 3.2 - Forças laterais e longitudinais atuantes na embarcação. ................................................... 58

Figura 3.3 - Áreas velicas da embarcação. ........................................................................................... 59

Figura 3.6 - Suporte giratório para a fixação dos sensores. .................................................................. 64

Figura 3.7 - Modelo de embarcação em contato com os sensores fixados nos suporte verticais. ......... 64

Figura 3.8 - Curva Força x Velocidade do vento, esperada. ................................................................. 65

Figura 3.9 - Comportamento do coeficiente de arrasto em função do número de Reynolds. ................ 66

Figura 4.1 - Empurrador e chata em escala 1:25. ................................................................................. 68

Figura 4.2 - Estrutura de madeira do tanque aquático montada no laboratório. .................................... 69

Figura 4.4 - Alimentação do vento com motores de 2CV fixados na entrada do túnel de vento. .......... 70

Figura 4.5 - Motor trifásico de 2 CV acoplado a hélice. ....................................................................... 71

Figura 4.6 - Instalação dos ventiladores na entrada do túnel de vento. ................................................. 72

Figura 4.7 - Anemômetro sônico 2D. Fabricante Gill Eletronics.......................................................... 72

Figura 4.8 - Pontos de medidas para mapeamento do fluxo de vento. .................................................. 73

Figura 4.9 - Perfil de vento no interior do túnel. Rotação de 400 RPM. ............................................... 74

Figura 4.10 - Perfil de vento no interior do túnel. Rotação de 1200 RPM. ........................................... 74

Figura 4.11 - Curva para estimativa de vento em função da rotação dos ventiladores. ......................... 75

Figura 4.12 - CCM para acionamento dos ventiladores. ....................................................................... 77

Figura 4.13 - Rampa de dispersão instalada na saída do túnel de vento. .............................................. 78

Figura 4.14 - Estrutura para rotação da embarcação durante os ensaios. Imagem em 3D..................... 79

Figura 4.15 - Imagem geral superior do túnel de vento. ....................................................................... 79

Figura 4.16 - Imagem da entrada do túnel de vento, tela de proteção dos ventiladores 15CV. ............. 80

Figura 4.17 - Imagem da saída do túnel de vento com a rampa de dispersão. ...................................... 80

Figura 4.18 - Mapeamento do túnel de vento para 400 RPM, na nova configuração. .......................... 81

Figura 4.19 - Mapeamento do túnel de vento para 2700 RPM, na nova configuração.......................... 81

Figura 4.20 - Curva Velocidade de Vento x Rotação para o túnel, na nova configuração. ................... 82

Figura 5.1 - Ensaio de força utilizando dinamômetros. ........................................................................ 85

Figura 5.3 - Ensaio preliminar para estimativa de força provocada pelo vento. ................................... 86

Figura 5.4 - Extensômetros encontrados comercialmente. ................................................................... 88

Fonte: O autor. ..................................................................................................................................... 88

Figura 5.5 - Modelo de extensômetro KFG utilizado. .......................................................................... 89

Figura 5.6 – Sensor de força com extensômetros. a) vista frontal; b) vista lateral ................................ 90

Figura 5.7 - Sensor de força, vista em 3D. ........................................................................................... 90

Figura 5.8 - Ponte Wheatstone, com quatro extensômetros ativos. ...................................................... 91

Figura 5.9 - Funções do hardware e software desenvolvido para tratamento dos sinais. ...................... 93

Figura 5.10 - Esquemático do circuito de condicionamento de sinais dos sensores.............................. 94

Figura 5.11 - Placa de condicionamento de sinais finalizada................................................................ 95

Figura 5.12 - Curvas de calibração dos sensores. ................................................................................. 96

Figura 5.13 - Processo de calibração. ................................................................................................... 97

Figura 5.14 - Placa de desenvolvimento Arduino Uno. ........................................................................ 98

Figura 5.15 - Placa de condicionamento de sinais interligada com o Arduino. .................................. 100

Figura 5.16 - Comunicação serial entre o hardware e o computador. ................................................. 102

Figura 5.17 - Formulário principal do software para ensaios hidrodinâmicos. ................................... 103

Figura 5.18 - Barra de ferramentas do software para ensaios. ............................................................ 104

Figura 5.19 - Forças do vento na embarcação. Sensores 1 e 2, laterais. ............................................. 106

Figura 5.20 - Formulário de parâmetros e configuração do software. ................................................ 107

Figura 5.21 - Forma de onda de força detectada na embarcação. ....................................................... 109

Figura 5.22 - Detecção de picos de forças. ......................................................................................... 109

Figura 5.23 - Funcionamento do algoritmo de detecção de picos. ...................................................... 110

Figura 5.24 - Exemplo de picos detectados nos sensores. .................................................................. 111

Figura 5.25 - Forças medidas para os sensores 1, 2 e 3. ..................................................................... 112

Figura 5.26 - Detecção de picos simultâneos. .................................................................................... 113

Figura 5.27 - Formulário de configuração no início do ensaio. .......................................................... 114

Figura 5.28 - Arquivo de resultados de um ensaio realizado em 25/02/2013 ..................................... 115

Figura 6.1 - Força x Velocidade do Vento. Valores dos três ensaios para ângulo de 90º. .................. 117

Figura 6.2 - Forças médias e equação de ajusta da linha de tendência................................................ 118

Figura 6.3 - Coeficiente de Arrasto para ângulo de incidência do vento de 90º.................................. 119

Figura 6.4 – Curvas de forças para todos os ângulos de incidência de vento. ..................................... 120

Figura 6.5 - Curvas de forças interpoladas para todos os ângulos de incidência de vento. ................. 121

Figura 6.6 - CDy x Rey ....................................................................................................................... 122

Figura 6.7 - Coeficientes de arrasto laterais em função do ângulo de incidência do vento. ................ 123

Figura 6.8 - Modelo reduzido de uma embarcação petrolífera. .......................................................... 124

Figura 6.9 – Coeficientes de arrasto laterais - Wnek e Paço (2010). .................................................. 124

Figura 6.10 – Modelo de navio de carga transportador utilizado por Nihei (2010). ........................... 125

Figura 6.11 – Esquema para os ensaios propostos por Nihei (2010). ................................................. 125

Figura 6.12 - Coeficientes de arrasto laterais obtidos por Nihei (2010).............................................. 126

Lista de Tabelas

Tabela 1.1 – Estrutura da tabela “positionhistory_iipos” 24

Tabela 2.2 - Estrutura da tabela “checkpoints” 25

Tabela 2.3 - Estrutura da tabela “ecl” 26

Tabela 2.4 – Estrutura da tabela “ecl_empchatas”. 27

Tabela 2.5 – Estrutura da tabela “embarcacoes”. 27

Tabela 2.6 – Estrutura da tabela “infocom”. 29

Sumário

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 12

1.1 A Hidrovia Tietê-Paraná e a navegação fluvial no Brasil ............................................................... 12 1.2 Acidentes envolvendo embarcações. .............................................................................................. 13 1.3 O Projeto Sisnavega ....................................................................................................................... 14 1.4 Rastreamento de embarcações no Brasil ........................................................................................ 15 1.5 Modelagem hidrodinâmica de embarcações. .................................................................................. 17

2. SISTEMA DE RASTREAMENTO DE EMBARCAÇÕES ........................................... 20

2.1 Funcionalidades do software de rastreamento ................................................................................ 20 2.2 A infraestrutura do sistema de rastreamento ................................................................................... 20 2.3 A ferramenta de desenvolvimento .................................................................................................. 21 2.4 Considerações para o desenvolvimento .......................................................................................... 22 2.5 A estrutura do banco de dados ........................................................................................................ 23 2.5.1 A tabela “positionhistory_iipos” ................................................................................................. 24 2.5.2 A tabela “chekpoints” .................................................................................................................. 24 2.5.3 A tabela “ecl” .............................................................................................................................. 25 2.5.4 A tabela “ecl_empchatas”............................................................................................................ 26 2.5.5 A tabela “embarcacoes” .............................................................................................................. 27 2.5.6 A tabela “infocom” ...................................................................................................................... 28 2.6 A interface gráfica e a Manipulação de mapas da hidrovia ............................................................ 29 2.7 Os Formulários do software de rastreamento ................................................................................. 32 2.7.1 O formulário de comunicação com banco de dados (dm) ........................................................... 33 2.7.2 O formulário de acesso ao Sisnavega (form_ini) ........................................................................ 33 2.7.3 O formulário principal do sistema (form_princ) ......................................................................... 34 2.7.4 O formulário de previsões de chegada (form_previsao) ............................................................. 50 2.7.5 O formulário de informações da embarcação (form_embarcacoes) ........................................... 51 2.7.6 O formulário de busca de embarcações (form_buscaembarc) .................................................... 52

3. ENSAIOS HIDRODINÂMICOS ...................................................................................... 54

3.1 Análise Dimensional ...................................................................................................................... 54 3.2 Análise Dimensional aplicada à força de arrasto. .......................................................................... 55 3.3 Semelhanças Hidrodinâmicas ......................................................................................................... 60 3.4 Procedimentos Experimentais ........................................................................................................ 64

4. CONSTRUÇÃO DO TÚNEL DE VENTO ...................................................................... 67

4.1 Introdução ao túnel de vento .......................................................................................................... 67 4.2 Embarcações em modelo reduzido ................................................................................................. 68 4.3 A construção do túnel de vento e do tanque aquático ..................................................................... 69 4.4 Ventiladores e Mapeamento do túnel de vento ............................................................................... 71 4.5 Melhorias na estrutura e aumento de potência do túnel de vento .................................................... 77

5. SENSORES DE FORÇA E CIRCUITO DE CONDICIONAMENTO DE SINAIS .... 84

5.1 Sensores de Força ........................................................................................................................... 84 5.2 Circuito de condicionamento de sinais ........................................................................................... 92 5.3 Calibração dos sensores.................................................................................................................. 95 5.4 Aquisição dos dados via microcontrolador ..................................................................................... 97

5.5 Comunicação entre o Arduino e o computador. ........................................................................... 100 5.6 O software de análise dos ensaios hidrodinâmicos. ...................................................................... 102 5.6.1 Gráfico das forças em tempo real. ............................................................................................ 105 5.6.2 Configurações dos parâmetros para os ensaios. ....................................................................... 106 5.6.3 Análise dos ensaios de forças. ................................................................................................... 108 5.6.4 Início de um novo ensaio. .......................................................................................................... 113 5.6.5 Registro dos ensaios hidrodinâmicos. ....................................................................................... 115

6. ANÁLISE DOS RESULTADOS ..................................................................................... 116

6.1 Coeficientes de arrastos laterais para ângulos de incidência de vento igual a 90º ......................... 116 6.2 Coefieicnetes de arrastos laterais para todos os ângulos de incidência de vento. .......................... 119 6.3 Analise comparativa dos resultados.............................................................................................. 123

7 - CONCLUSÕES ............................................................................................................... 127

REFERÊNCIAS.................................................................................................................... 129

APÊNDICE A ....................................................................................................................... 130

APÊNDICE B ........................................................................................................................ 148

Capítulo 1 -Introdução 12

1 - Introdução

1.1 - A Hidrovia Tietê-Paraná e a navegação fluvial no Brasil

A navegação, no âmbito geral, sempre teve participação importante no desenvolvimento

e evolução da humanidade. Desde os primórdios dos tempos, a navegação foi meio de

transporte de cargas e pessoas, e contribuiu, notavelmente, para a expansão e o intercâmbio

econômico mundial.

Ao longo dos séculos, as tecnologias envolvidas na construção de embarcações foram

aperfeiçoadas ao passo do crescimento mercantil e expansionista. Melhorar a capacidade de

transporte e diminuir seus custos faz parte dos objetivos dos estudos relacionados à

construção naval.

No contexto geográfico do Brasil, a grande quantidade de rios possibilita o uso das

águas interiores para o escoamento e a interconexão da produção de praticamente todo o

território nacional.

Segundo Padovesi (2003), a maioria dos rios apresentam dificuldades para sua

utilização como hidrovia, principalmente para o tráfego de embarcações de grande porte. A

construção de barragens, canalização de rios e correções de profundidades, são obras que

objetivam a adequação do meio natural, em função das características das embarcações.

De modo geral, são poucas as hidrovias brasileiras que são exploradas de forma efetiva

nos país. Excetuando os maiores rios da região amazônica, os demais rios brasileiros

apresentam algum tipo de restrição que pode inviabilizar a sua utilização como hidrovia para

transporte de cargas.

Atualmente, a hidrovia Tietê-Paraná compõe a malha hidroviária brasileira como uma

das principais vias responsáveis pelo transporte de cargas do país.

A hidrovia Tietê-Paraná interliga as cidades de Conchas (SP), no Rio Tietê e São Simão

(GO), no Rio Paranaíba. Além disso, se estende até Itaipu, no ramo sul do Rio Paraná. O

principal trecho utilizado para a navegação parte de São Simão (GO) até Pederneiras (SP),

totalizando um percurso de 640 km.


De acordo com Padovesi (2003), a hidrovia movimenta mais de um milhão e meio de

toneladas de grãos/ano, em longos percursos. Ainda, se computados os pequenos percursos,

no transporte de cargas como areia, cascalho e cana de açúcar, a movimentação ultrapassa 4

milhões de toneladas anuais. As principais cargas transportadas na hidrovia Tietê-Paraná são

soja, farelo de soja, óleo vegetal, álcool e milho.

1.2 - Acidentes envolvendo embarcações.

No âmbito da hidrovia Tietê-Paraná, é crescente a demanda no número de embarcações,

principalmente em função da expansão e crescimento do transporte hidroviário.

Considerando a presença de diversas estruturas construídas ao longo de seu percurso,

tais como eclusas e pontes, há um grande histórico de acidentes envolvendo embarcações. De

acordo com Amorim (2011, apud Nunes, 2000) a maioria dos acidentes na hidrovia Tietê-

Paraná ocorre por colisões em pontes, seguidas de colisões em eclusas.

Restringindo às eclusas do rio Tietê, Amorim, 2011, fez um levantamento dos acidentes

envolvendo embarcações transportadoras de cargas, junto a Capitania Fluvial Tietê-Paraná,

nos últimos 10 anos. Os resultados mostram que as eclusas de Ibitinga, de Promissão e de

Nova Avanhandava possuem os maiores índices de acidentes em suas regiões de acesso.

Ainda, segundo Amorim, durante operações de transposição de barragens, as eclusas

com maiores índices de acidentes são Ibitinga, Bariri e Barra Bonita.

A grande maioria dos acidentes envolvendo colisões com as eclusas são causados por

imprudência dos comandantes e tripulantes envolvidos nas manobras de eclusagens. Os locais

predominantes dos acidentes são o acesso e as câmaras das eclusas, onde a influência dos

ventos aumenta os riscos. Nestas ocasiões, a governabilidade das embarcações é regular.

(Amorim, 2011).


1.3 - O Projeto Sisnavega

A importância do transporte hidroviário aliado ao seu experimentado crescimento foram

os aspectos motivadores para pesquisas no tema de segurança da navegação da hidrovia Tietê-

Paraná. As primeiras pesquisas no tema tiveram início há quase duas décadas por meio dos

projetos Ondisa, realizados no Laboratório de Hidrologia e Hidrometria (LH2) da Faculdade

de Engenharia de Ilha Solteira, UNESP.

No projeto Ondisa 5, finalizado em 2011, os pesquisadores abordaram a concepção de

um Centro de Alerta de Ventos para embarcações navegantes da hidrovia Tietê-Paraná.

Através do sensoriamento das velocidades de ventos nos reservatórios das hidrelétricas do Rio

Tietê, foi possível alimentar modelos matemáticos de estimativa de ondas nos lagos. As

previsões de onda e o monitoramento do vento são informações importantes para tomada de

decisões em manobras de embarcações.

Com o histórico de acidentes na hidrovia, somado a expectativa de um significativo

aumento na demanda no número de embarcações, surge a concepção de um sistema capaz de

rastrear e monitorar as embarcações, a fim de minimizar os riscos no tráfego hidroviário e

aumentar o controle e fiscalização por parte dos órgãos responsáveis pela operação e tráfego

hidroviário.

Com a vasta experiência na análise dos comportamentos do vento e ondas nos

reservatórios, os pesquisadores do LH2 deram início ao projeto Sisnavega – Sistema

integrado de suporte e monitoramento para a navegação hidroviária Tietê-Paraná. O

Sisnavega é um projeto de pesquisa e desenvolvimento (P&D)1 ANEEL, firmado entre a

FEPISA2/UNESP

3 - campus de Ilha Solteira e a empresa de geração hidrelétrica AES Tietê.

Atualmente, a AES Tietê é a concessionária de cinco usinas hidrelétricas no Rio Tietê

(Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão e Nova Avanhandava) e responsável pela operação

e manutenção de seis eclusas nestas usinas.

1 P&D – Pesquisa e Desenvolvimento

2 FEPISA - Fundação de Ensino, Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira.

3 UNESP – Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho"


O objetivo do projeto Sisnavega é o desenvolvimento, estruturação e implantação de um

sistema centralizado na sede da AES-Tietê, em Bauru, para auxílio e suporte nas operações de

eclusagem a partir do rastreamento satelital do tráfego de embarcações na hidrovia.

Neste trabalho serão descritas as etapas de desenvolvimento de um software capaz de

receber as coordenadas geográficas de embarcações que navegam pela hidrovia Tietê-Paraná,

possibilitando a visualização da sua posição em uma interface fácil e intuitiva, com o intuito

de auxiliar os operadores no gerenciamento e otimização dos processos de transposição das

barragens. O software recebe as coordenadas das embarcações através de uma empresa

responsável pelo serviço de rastreamento satelital, serviço este já contratado pelas empresas

que utilizam a hidrovia como meio de transporte.

Além do sistema de rastreamento de embarcações, no projeto Sisnavega propõe-se a

criação de um sistema para auxílio de aproximações e entrada de barcaças em eclusas da

hidrovia Tietê-Paraná. Este sistema consiste em analisar as incidências de vento e, a partir de

um modelo hidrodinâmico, estimar as velocidades que seriam impostas à embarcação. Com

essas informações somadas às características dos comboios, o sistema gera um ângulo de

aproximação ideal para a aproximação da embarcação na câmera da eclusa.

Neste trabalho descrevem-se também as etapas da construção de um túnel de vento

utilizado para realizar ensaios hidrodinâmicos em modelos reduzidos de embarcações.

Descreve-se também, o desenvolvimento de um hardware e software visando a realização dos

ensaios. O hardware engloba sensores de força que utilizam extensômetros e uma placa de

condicionamento microcontrolada, com comunicação com o computador. O software foi

desenvolvido para análise dos sinais dos sensores de força e para os cálculos dos coeficientes

de arrasto das embarcações. Os resultados dos ensaios serão utilizados na modelagem

hidrodinâmica para o sistema de aproximação proposto pelo projeto Sisnavega.

1.4 - Rastreamento de embarcações no Brasil

Graças ao advento da tecnologia GPS, há muito tempo os sistemas de rastreamento são

utilizados em diversos segmentos da sociedade. No Brasil, o rastreamento de veículos é um

serviço muito utilizado no setor de transportes. O termo veículo estende-se a carros, motos,

embarcações e até aeronaves.


Transportadoras utilizam o rastreamento não só por questão de logística, mas também

como ferramenta de monitoramento, evitando furtos de cargas ou incidentes com seus

veículos.

Os receptores de GPS, instalados nos veículos, trabalham em conjunto com

transmissores que enviam o posicionamento até uma central, onde as coordenadas são

disponibilizadas aos usuários que fazem o rastreamento (usuário rastreador). Além do envio

das coordenadas geográficas, é comum a troca de mensagens e comandos entre o usuário

rastreador e o veiculo rastreado. Isso permite que, remotamente, o rastreador consiga, por

exemplo, atuar na ignição de um veículo, bloqueando-o.

Tais funcionalidades são comumente utilizadas, principalmente quando o usuário

rastreador detecta atividades suspeitas, como uma mudança de rota ou parada sem aviso,

vindas de um veiculo monitorado.

No Brasil, este tipo de serviço é comumente realizado por empresas especializadas em

rastreamento. Porém, é importante ressaltar que a maneira como as posições e os comandos

são enviados pode acarretar custos significativos.

Atualmente, existem duas formas de comunicação entre os veículos e a central de

rastreamento. A primeira utiliza as redes de dados, disponibilizadas pelas operadoras de

telefonia celular. A segunda, mais abrangente, utiliza tecnologia de comunicação satelital.

A tecnologia satelital, diferentemente da rede de celular, permite o rastreamento e

monitoramento de veículos através de um link entre o transmissor veicular e o satélite. Assim,

o rastreamento de um veículo equipado com tal tecnologia, abrange uma área de cobertura

muito superior aos transmissores via rede de celulares. Por isso, acarreta um custo mais

elevado.

Geralmente, no rastreamento e monitoramento de veículos automotivos, como carros e

caminhões, o rastreamento é realizado utilizando redes de celulares. Isso por que esse tipo de

veiculo geralmente trafega por regiões urbanas ou áreas onde há cobertura das redes de

telefonia celular.

No caso de embarcações, foco deste trabalho, por não haver cobertura plena de sinais de

celulares em muitos trechos das hidrovias, o uso do rastreamento satelital é requerido.


Este cenário pouco se altera entre as empresas fornecedoras desses serviços. A

concorrência se dá, principalmente, pela disputa de preços e qualidade do serviço. Em questão

de funcionalidades, todas se equiparam. Dentre muitas empresas deste segmento, pode-se

citar a Autotrac, com sede em Brasília-DF, e a OnixSat, com sede em Londrina-PR.

Neste contexto, se observa que apesar do rastreamento ser bastante comum,

independente da tecnologia empregada, o rastreamento fica restrito ao usuário rastreador e

seus veículos.

O tráfego hidroviário de cargas na hidrovia Tietê-Paraná vem sendo realizado por

diversas empresas, de diversos setores da economia. Sendo assim, cada uma delas,

geralmente, possui seu sistema de rastreamento contratado por uma empresa especializada.

O software de rastreamento Sisnavega foi desenvolvido de modo a unificar as posições

de todas as embarcações que navegam pela hidrovia, independente da tecnologia ou da

empresa de rastreamento.

1.5 - Modelagem hidrodinâmica de embarcações.

Desde os primórdios da navegação, o desenvolvimento de tecnologia para concepção de

novas embarcações é largamente abordado. Com a evolução da eletrônica e da computação, as

pesquisas relacionadas à hidrodinâmica de embarcações evoluem constantemente.

O estudo dos efeitos provocados por fluidos em contato com cascos ou áreas de

embarcações, tem levado os pesquisadores a realizarem trabalhos em diversas áreas da

engenharia.

Considerando que um dos propósitos deste trabalho envolve a realização de ensaios para

a modelagem das forças provocadas pelo vento em áreas vélicas de embarcações, neste tópico

são expostos alguns trabalhos similares, porém utilizando outras técnicas de ensaios ou

embarcações diferentes.

Isherwood (1973) propôs um modelo clássico de estimativa de forças provocadas pelo

vento em embarcações. O modelo de Isherwood foi desenvolvido através de ensaios em túnel

de vento com diversos tipos de embarcações. Segundo o autor, o modelo pode ser utilizado na

estimativa de forças para qualquer tipo de embarcação, bastando parametrizar as equações

com as dimensões e características da embarcação estudada.


O modelo proposto por Isherwood é bastante completo, e serve como referência para

diversos outros, para fins de comparação com outras técnicas de estimativas de forças.

Padovezi (2003), utiliza o modelo de Isherwood para estimava de forças provocadas

pelo vento, em embarcações típicas da hidrovia Tietê-Paraná, através de rotinas escritas em

MatLab.

Ainda na análise de forças provocadas por vento, Nihei, et al. (2010), realizaram um

estudo experimental muito semelhante ao proposto neste trabalho. O autor descreve os efeitos

dos ventos sobre navios de carga do tipo “ro-ro4” transportador de automóveis, conhecidas

por PCC (pure car carrier). O autor apresenta uma comparação entre um modelo teórico de

estimativa de forças, e os resultados de ensaios experimentais, em túnel de vento, obtidos em

uma embarcação em modelo reduzido. Em suas conclusões, é possível observar que o modelo

teórico proposto por Fujiwara (2001), utilizado como referência, não descreve corretamente o

comportamento do vento de acordo com os ensaios experimentais.

Com a evolução do poder de processamento dos computadores, diversos trabalhos vêm

sendo realizados abordando conceitos de fluidodinâmica computacional, através de

simulações computacionais envolvendo análises hidrodinâmicas em embarcações.

Wnek e Paço (2010) apresentaram uma simulação utilizando um software de CFD

(Computational Fluid Dynamics), para a estimativa dos coeficientes de arrasto em áreas

vélicas de um navio transportador de petróleo. São apresentados resultados de ensaios

experimentais realizados em túnel de vento, com uma embarcação em modelo reduzido. Os

resultados indicaram divergências entre os coeficientes de arrasto obtidos através das

simulações computacionais com os resultados experimentais obtidos nos ensaios.

Além do propósito de rastreamento e monitoramento em tempo real das embarcações, o

projeto Sisnavega tem por objetivo encontrar, experimentalmente, os coeficientes de arrasto

de embarcações típicas da hidrovia Tietê-Paraná. Assim, poderão ser descritas as equações de

estimativa de forças provocadas pelo vento para os diversos ângulos de incidência. Com isso,

o projeto visa à criação de um modelo matemático que forneça, como resultado, o melhor

ângulo de aproximação para uma embarcação, durante a operação de eclusagem. Com os

4 Os navios ro-ro são navios em que a carga entra e sai dos porões na horizontal ou quase horizontal e

geralmente sobre rodas (como os automóveis, autocarros e camiões) ou sobre outros veículos. Fonte: Wikipedia.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Navio_cargueiro


ângulos de aproximação, a embarcação será guiada até a entrada das eclusas compensando a

ação do vento em sua estrutura. Desta forma, espera-se a redução dos acidentes envolvendo a

colisão de embarcação com a eclusa.

Capítulo 2 - Software de Rastreamento de Embarcações 20

2 - Sistema de Rastreamento de Embarcações

2.1 - Funcionalidades do software de rastreamento

O Sisnavega, nome dado ao software de rastreamento, foi desenvolvido de forma a

atender as seguintes funcionalidades:

visualizar em uma só interface, as localizações de embarcações que trafegam pela hidrovia

Tietê-Paraná, em tempo real.

permitir a visualização das informações das embarcações e comboios, dentre elas: o tipo,

carga transportada, empresa proprietária, dimensões, etc.

permitir ao operador, visualizar dinamicamente as principais eclusas e portos da hidrovia

de forma objetiva e rápida.

permitir ao operador da eclusa, efetuar os registros de comunicações entre o operador e o

comandante da embarcação em operações de eclusagens.

registrar as informações de cada transposição de barragem realizadas nas eclusas sob a

reponsabilidade da AES-Tietê.

realizar cálculos de estimativas de tempo de chegada para cada embarcação.

armazenar em um banco de dados todas as informações pertinentes.

2.2 - A infraestrutura do sistema de rastreamento

Em relação à infraestrutura do sistema de rastreamento, a empresa responsável pelo

serviço de rastreamento satelital (Autotrac) envia as coordenadas das embarcações, através da

Internet, até o banco de dados da Unesp. O diagrama da Figura 2.1 retrata a dinâmica de

funcionamento do Sisnavega, partindo do GPS instalado na embarcação, até a o banco de

dados da universidade. As coordenadas lidas pelo GPS da embarcação são enviadas via

satélite para o concentrador da Autotrac. Em seguida, as informações são espelhadas através

da internet, alimentando o banco de dados da universidade.


Figura 2.1- Dinâmica do sistema de rastreamento satelital.

Fonte: O autor.

Após o recebimento na universidade, as informações também são replicadas para um

banco de dados na AES-Tietê, onde o sistema será implementado.

2.3 - A ferramenta de desenvolvimento

No planejamento inicial do projeto, foram analisadas diferentes ferramentas de

desenvolvimento disponíveis no mercado. Porém, o curto prazo exigia o uso de ferramentas

ágeis e, ao mesmo tempo, confiáveis.

Desta forma, por ser uma ferramenta de desenvolvimento rápido, foi adotado como

ambiente de programação o software Delphi XE, que compõe a família Embarcadero RAD5

Studio.

O Embarcadero RAD Studio reúne as três principais ferramentas para o

desenvolvimento de aplicações visuais orientadas a objetos, que são:

5 Rapid Application Development – Termo utilizado para ferramentas de desenvolvimento rápido para

construção de softwares ou aplicações computacionais.


a IDE, do inglês (Integrated Development Environment), responsável pela criação dos

layouts de tela, facilidades no desenvolvimento dos códigos, gerenciamento do projeto,

etc.

a linguagem de programação propriamente dita, Delphi, derivada do Pascal.

o compilador.

A principal vantagem do RAD Studio são as ferramentas que facilitam a integração da

linguagem com o banco de dados e interface gráfica. Além disso, o Delphi por possuir um

excelente compilador, torna seus produtos muito estáveis quanto ao uso dos recursos de

hardware.

2.4 - Considerações para o desenvolvimento

A construção de um software exige do programador, uma visão preliminar das

metodologias para a implementação dos algoritmos do projeto. No desenvolvimento do

sistema de rastreamento pode-se organizar o software em três etapas para sua construção:

banco de dados, algoritmos e interface gráfica.

Com relação ao banco de dados, o primeiro passo é a definição dos componentes para a

comunicação entre o software e servidor de dados. O servidor utilizado neste projeto é o

Oracle 11g, em sua versão express. O Oracle é um banco de dados utilizados em aplicações

que exigem o máximo em desempenho e segurança. Fato este, justificado por sua adoção em

servidores de instituições bancárias e grandes corporações, onde é necessário um de alto nível

de confiabilidade e segurança.

Neste projeto, o uso do Oracle não foi uma escolha e sim uma necessidade. Como prevê

o P&D, o destino final do sistema de rastreamento é o COGE6 da AES-Tietê, financiadora do

projeto. Quando se planeja desenvolver sistemas para ambientes corporativos, deve-se deixar

de lado as ferramentas que não atendem as exigências e normas das empresas. Assim, o

software de rastreamento foi desenvolvido seguindo as diretrizes do setor de TI que exigiam o

uso do Oracle como solução de bancos de dados.

Entretanto, o Delphi XE não possuía, nativamente, uma solução eficaz para a conexão

com o Oracle. Trabalhar com banco de dados exigem componentes de fácil manipulação, para

6 Centro de Operações da Geração e Eclusas, situado na sede da empresa AES-Tietê, na cidade de

Bauru.


que o esforço maior, seja voltado para o desenvolvimento da solução como um todo. Dentre

as soluções encontradas no mercado, optou-se por utilizar um componente externo, conhecido

como Unidac7.

Com as questões da comunicação com o banco de dados definidas, foi dado início ao

desenvolvimento do software de rastreamento. O foco inicial do projeto foi a criação do

núcleo do sistema, constituindo a parte sua operacional. Nesta etapa, foi tratado como

fundamentais, os algoritmos de leitura e gravação no banco de dados.

2.5 - A estrutura do banco de dados

Toda criação de software exige o modelamento do banco de dados de acordo com os

objetivos do projeto. A modelagem do banco, assegura a organização e otimização da

informação. Assim, todas as informações que o software de rastreamento utiliza em sua

operação foram agrupadas em seis tabelas:

positionhistory_iipos;

checkpoints;

ecl;

ecl_empchatas;

embarcacoes;

infocom;

Para o entendimento das funções de cada tabela, serão expostas as estruturas de cada

uma delas, apresentando seus campos e os tipos de dados que cada um armazena. Todavia,

cabe ressaltar, que a tabela mais importante para o funcionamento do sistema é a

“positionhistory_iipos”. É nela que são armazenadas as posições das embarcações providas

pela empresa de rastreamento. As coordenadas geográficas são gravadas através de um

software proprietário. O software mantem a tabela atualizada, buscando periodicamente novas

informações enviadas pelos GPS das embarcações.

7 Unidac é um pacote de componentes externo ao ambiente Delphi. Suas principais vantagens são a

possibilidade de se comunicar com diversos tipos de servidores de banco de dados.


2.5.1 - A tabela “positionhistory_iipos”

Devido à atualização das coordenadas ser feita pelo software da empresa de

rastreamento, a tabela positionhistory_iipos possui estrutura pré-definida. A estrutura da

tabela positionhistory_iipos, com a função de cada campo é mostrada na Tabela 2.1.

Tabela 1.1 – Estrutura da tabela “positionhistory_iipos”

NOME DO CAMPO TIPO DO DADO FUNÇÃO

IIPOS_ID INT(11) Código único da coordenada recebida.

IIPOS_ACCOUNTNUMBER INT(11) Código da empresa proprietária da embarcação.

IIPOS_MCTADDRESS INT(11) Número do transmissor GPS da embarcação

IIPOS_EXTERNALSENSORALARM TINYINT(3) Informa o status de um alarme externo da embarcação.

Sem utilidade para o sistema de rastreamento.

IIPOS_LATITUDE DECIMAL(10,5) Informa a latitude da embarcação.

IIPOS_LONGITUDE DECIMAL(10,5) Informa a longitude da embarcação.

IIPOS_TIMEPOSITION DATETIME Informa a data e hora da recepção da coordenada.

IIPOS_VEHICLEIGNITION TINYINT(3) Informa se a embarcação está ligada (1) ou desligada (0)

IIPOS_LANDMARK VARCHAR(255) Informa uma referência próxima a embarcação.

IIPOS_MCTNAME VARCHAR(255) Informa o apelido ou nome da embarcação

O campo destacado em itálico possui chave primária. A chave primária garante a

unicidade de registros. Assim, o banco de dados não permite dois registros com valores iguais

para o campo “IIPOS_ID”. Assim, quando há a inserção de um novo registro na tabela, o

valor do campo “IIPOS_ID” é incrementado, garantindo que o registro seja inserido uma

única vez, caso haja alguma falha na conexão entre o software da empresa de rastreamento o

servidor de banco de dados. Esse tipo de campo é largamente utilizado para evitar erros de

redundância de informação.

Mesmo com o nome da embarcação informado no campo “IIPOS_MCTNAME”, é

somente com o valor do campo “IIPOS_MctAddress”, que é possível identificar a qual

embarcação a coordenada geográfica está associada. Eventualmente o nome da embarcação

pode vir errado por falta de atualização cadastral junto a empresa de rastreamento.

2.5.2 - A tabela “chekpoints”

Assim como em uma rodovia, a hidrovia Tietê-Paraná possui em seu mapa cartográfico,

a marcação da quilometragem ao longo de todo seu percurso. Com a importação dessas


informações pode-se construir uma tabela concentrando a marcações da quilometragem de

toda hidrovia.

Os dados da tabela checkpoints é que permitem o cálculo de previsões de chegada. Sua

estrutura pode ser observada na Tabela 2.2.

Tabela 2.2 - Estrutura da tabela “checkpoints”


KM INT(11) Indica o quilômetro do trecho referente ao reservatório.

LATITUDE DECIMAL(10,6) Informa a latitude do checkpoint.

LONGITUDE DECIMAL(10,6) Informa a longitude do checkpoint.

RESERVATORIO VARCHAR(255) Informa o reservatório associado ao checkpoint.

O campo “KM”, também é um índice com chave primária para garantir unicidade e

organização da tabela. Assim, garante que a tabela não irá possuir dois checkpoints apontando

para um mesmo quilômetro do reservatório. Para cada reservatório a quilometragem inicia no

quilômetro 1.

Uma vez identificado o checkpoint mais próximo da embarcação, através da latitude e

longitude, o software consegue estimar automaticamente em qual quilometro da hidrovia a

embarcação se encontra, e consequentemente, qual a distância até a próxima eclusa.

2.5.3 - A tabela “ecl”

A tabela “ecl” armazena as informações de cada eclusagem realizada nas eclusas da

AES Tietê. Os dados são preenchidos pelo operador da eclusa. Os campos desta tabela foram

criados baseado em um formulário utilizado pela empresa AES Tietê. A estrutura da tabela

ecl pode ser visualizada na Tabela 2.3.


Tabela 2.3 - Estrutura da tabela “ecl” NOME DO CAMPO TIPO DO DADO FUNÇÃO

AE INT(11) Indica o número da autorização de eclusagem.

EMPRESA VARCHAR(50) Indica a empresa proprietária da embarcação.

NA_MONTANTE FLOAT Indica o nível do rio na montante, no mesmo da eclusagem.

NA_JUSANTE FLOAT Indica o nível do rio na jusante, no mesmo da eclusagem.

DATA_HORAINI TIMESTAMP Indica a hora do inicio da operação de eclusagem.

DATA_HORAFIM TIMESTAMP Indica a hora do termino da operação de eclusagem.

OPERADOR VARCHAR(50) Indica o operador da AES que realizou a eclusagem.

VEL_VENTO FLOAT Indica a velocidade do vento no momento da eclusagem.

DIR_VENTO FLOAT Indica a direção do vento no momento da eclusagem.

VAZAO FLOAT Indica a vazão da usina no momento da eclusagem.

COMPRIMENTO_COMBOIO FLOAT Indica comprimento da embarcação ou comboio.

BOCA_EMBARC FLOAT Indica a largura ou boca da embarcação ou comboio.

COMANDANTE VARCHAR(50) Indica o nome do comandante.

N_TRIP INT(11) Indica número de tripulantes da embarcação.

N_PASS INT(11) Indica número de passageiros na embarcação.

OBS LONGTEXT Salva as informações diversas.

O campo “AE” armazena o número da autorização de eclusagem. O AE é gerado

automaticamente pelo Sisnavega e também serve como chave primária. Para cada eclusagem

realizada, uma nova Autorização de Eclusagem deve ser preenchida.

Em uma transposição de barragem, várias informações devem ser registradas a fim de

garantir um acervo de informações. Tais informações tem grande importância não só como

estatística, mas também como base de laudos, em caso de acidentes.

2.5.4 - A tabela “ecl_empchatas”

A tabela “ecl_empchatas” é uma tabela complementar da tabela “ecl”. Ela é usada

quando uma transposição é feita com desmembradas dos comboios, ou seja, em duas ou mais

etapas. Um comboio é composto pelo empurrador e por uma ou mais chatas. As chatas são

responsáveis pelo estoque da carga. A estrutura da tabela “ecl_empchatas” pode ser

visualizada na Tabela 2.4.


Tabela 2.1 – Estrutura da tabela “ecl_empchatas”.


AE INT(11) Indica o número da autorização de eclusagem.

TIPO_EMBARC VARCHAR(50) Indica o tipo de embarcação, ex: passeio, carga, etc.

CALADO FLOAT Valor da altura da parte submersa do casco da embarcação.

PRODUTO VARCHAR(50) Indica o produto transportado pelo comboio.

PESO FLOAT Indica o peso, em toneladas, da carga transportada.

ORIGEM VARCHAR(50) Indica de onde a embarcação partiu.

DESTINO VARCHAR(50) Indica o destino da embarcação.

KM FLOAT Indica o número de quilômetros que a embarcação irá percorrer da

origem até destino.

Observe que o campo “AE” também está presente na tabela “ecl”. Assim, quando uma

eclusagem é realizada, o número da autorização (AE) para os registros das duas tabelas devem

ser os mesmos. Isso é feito automaticamente pelo software. Este tipo de recurso, conhecido

como integridade relacional, permite que registros de tabelas diferentes, se relacionem de

acordo com as regras do sistema.

2.5.5 - A tabela “embarcacoes”

A tabela “embarcacoes” possui grande importância para o sistema. É nela que ficam

armazenadas as informações de todas as embarcações monitoradas pelo software. Sua

estrutura pode ser observada na Tabela 2.5.

Tabela 2.5 – Estrutura da tabela “embarcacoes”.


MCT INT(11) Registra o número identificador do GPS da embarcação.

NOME VARCHAR(255) Registra o nome da embarcação.

EMPRESA VARCHAR(255) Registra o nome da empresa proprietária da embarcação.

VELMEDIA FLOAT Registra a velocidade média atual da embarcação.

TEMPOCHEGADA FLOAT Registra o tempo de chegada até o próximo destino.

POSICAOATUAL VARCHAR(255) Registra em qual reservatório a embarcação se encontra.

DESTINO VARCHAR(255) Registra o nome da próxima eclusa.

DIST_DESTINO FLOAT Registra a distância até a próxima eclusa.

LATITUDE DECIMAL(10,8) Registra a última latitude da embarcação.

LONGITUDE DECIMAL(10,8) Registra a última longitude da embarcação.

DATA_HORA TIMESTAMP Registra a data e hora da recepção da última posição.

PREVISAO_CHEGADA TIMESTAMP Registra a data e hora prevista para a chegada até a próxima

eclusa. STATUS INT(11) Registra o sentido de deslocamento da embarcação.


Na operação do software, as tabelas “embarcacoes” e “position_history_iipos”

trabalham diretamente interligadas. Através das informações da “position_history_iipos” o

software alimenta a tabela “embarcacoes” com as últimas posições de cada embarcação.

O campo “Mct”, assim como na tabela position_history_iipos, armazena o código

identificador do receptor GPS da embarcação. Os campos “Latitude”, “Longitude” e

“Data_hora” armazenam os dados da última coordenada da embarcação, lidos na tabela

“positiion_history_iipos”.

Os valores que os campos “VelMedia”, “TempoChegada”, “PosicaoAtual”, “Destino”,

“Dist_destino” e “Previsão_chegada” armazenam, são obtidos através de cálculos baseados

em suas últimas coordenadas e serão melhor compreendidos com os diagramas dos algoritmos

do software, descritos mais adiante.

2.5.6 - A tabela “infocom”

A tabela “infocom” também foi construída baseada em formulários da empresa AES-

Tietê. Nela são registradas as informações de confirmação de comunicação, via rádio, feitas

por embarcações quando alcançam o PCO. O PCO é um marco na hidrovia próximo à eclusa,

onde os comandantes devem comunicar, através de rádio, sua intenção de realizar a

eclusagem. Este procedimento é chamado de Confirmação de Comunicação. Posteriormente a

operação de eclusagem, a embarcação passa por um novo PCO (do outro lado da barragem)

onde faz uma nova comunicação, confirmando o fim da operação. Assim, para cada

eclusagem há duas confirmações de comunicação, a inicial e a final. A estrutura da tabela

“infocom” está apresentada na Tabela 2.6.


Tabela 2.6 – Estrutura da tabela “infocom”.


ID_COM INT(11) Registra o número identificador da confirmação de comunicação.

MCT_EMBAR INT(11) Registra o número identificador da embarcação.

NOME_EMBAR VARCHAR(50) Registra o nome da embarcação.

ECLUSA VARCHAR(50) Registra o nome da eclusa onde foi feita a comunicação.

POSCOMINI VARCHAR(50) Registra a posição da embarcação no inicio da eclusagem (jusante ou

montante do rio).

HORACOMINI DATETIME Registra a hora da comunicação inicial.

POSCOMFIM VARCHAR(50) Registra a posição da embarcação no fim da eclusagem (jusante ou

montante do rio).

HORACOMFIM DATETIME Registra a hora da comunicação final.

OBS LONGTEXT Registra informações diversas.

Para cada eclusagem um valor do campo “ID_COM” é associado. No banco de dados,

esse valor se incrementa automaticamente, conforme as ocorrências de comunicações.

2.6 - A interface gráfica e a Manipulação de mapas da hidrovia

No desenvolvimento de aplicações computacionais há grande preocupação na escolha

do layout da interface gráfica. É a partir dela que o usuário final irá interagir com o sistema e

consequentemente, obter as informações relevantes para determinadas operações.

O Delphi como ambiente de desenvolvimento, fornece uma grande opção de

componentes visuais para a elaboração de layouts de tela (formulários8). Entretanto, para este

sistema, houve a necessidade do uso de outras ferramentas computacionais para tornar a

experiência com o usuário mais objetiva e dinâmica.

Além dos formulários básicos, o sistema exige uma interface agradável e intuitiva para a

visualização das posições das embarcações. Esta interface deveria ser composta de uma base

cartográfica que representasse adequadamente todo trecho da hidrovia Tietê-Paraná.

Após alguns dias de pesquisas, foram levantadas as opções disponíveis o sistema de

rastreamento. Inicialmente foi proposto o uso de imagens de alta resolução da hidrovia Tietê-

Paraná, servindo de base cartográfica para o posicionamento das embarcações. Portanto, seria

necessária a aquisição das imagens de satélite de alta resolução, através de empresas

especializadas.

8 Formulário é o termo usado para descrever uma “tela” de um software no ambiente de

desenvolvimento.


Além do custo elevado, estas imagens oferecem uma definição muito além da requerida

para este projeto, cujo intuito, é apenas indicar em um mapa, a posição de uma embarcação.

Dentre as razões que tornam o uso das imagens inviáveis para esta aplicação, pode-se citar:

o uso de imagens tornaria o sistema de rastreamento estático, pois o software seria

composto de uma imagem de fundo com as posições das embarcações sobrepostas a ela.

para o correto posicionamento das embarcações é necessário criar algoritmos para

transformação das coordenadas geográficas em coordenadas de tela (sistema cartesiano), o

que demandaria tempo.

a imprecisão nos cálculos de conversão poderia acarretar erros na disposição da

embarcação no mapa.

Analisando todos estes aspectos, foi encontrada como solução, a integração entre o

Delphi e a API 9 do OpenLayers. O Delphi XE como ambiente de desenvolvimento, seria

responsável por toda base do sistema, composta por:

integração com o servidor de banco de dados.

algoritmos para a manipulação das informações.

formulários do software.

integração com a base cartográfica.

O OpenLayers, é um projeto open source10

, de uma ferramenta de manipulação de

mapas compatíveis com diversas fontes cartográficas. Sua API, escrita em linguagem

JavaScript, fornece ao programador funções importantes, concorrendo, até mesmo, com

soluções pagas, como no caso do Google Maps ou Google Earth. As funções básicas do

OpenLayers são:

navegação pelo mapa utilizando o arrasto do mouse.

visualização dos mapas em diferentes níveis de zoom.

inserção de marcadores através de coordenadas.

9 Application Programming Interface ou Interface de Programação de Aplicativos, é um conjunto

de rotinas e padrões estabelecidos por um software para a utilização das suas funcionalidades por outros

aplicativos que não pretendem envolver-se em detalhes da implementação, mas apenas usar seus serviços. Fonte:

Wikipedia – http://pt.wikipedia.org/wiki/API 10

O termo open source em inglês foi criado pela OSI (Open Source Initiative) e refere-se

a software livre. Fonte: Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Open_source


manipulação de arquivos XML.

possibilidade de se trabalhar com diversos servidores de mapas simultaneamente.

Por não possuir uma base cartográfica própria, o OpenLayers permite, até mesmo,

visualizar e manipular mapas do Google ou de outros servidores pagos. No caso do

Sisnavega, a base utilizada é conhecida como OpenStreetMap.

O OpenStreetMap é uma base de mapas gratuita. É largamente utilizada em

equipamentos de GPS veiculares, softwares de georreferenciamento, sites, dentre outros. Por

ser livre, a base é atualizada com a colaboração da comunidade, através de correções

periódicas. Possui alto nível de detalhamento, tanto em áreas urbanas, quanto em áreas rurais.

Para a finalidade deste projeto, o OpenStreetMap atendeu perfeitamente o propósito

para a visualização de trechos da hidrovia Tietê-Paraná. Além disso, o uso conjunto das

ferramentas OpenLayers e OpenStreetMap, se mostrou uma solução bastante agradável e

eficiente.

Para se trabalhar com o OpenLayers é preciso ter um conhecimento básico da

linguagem JavaScript. O JavaScript é uma linguagem onde o browser11

exerce o trabalho de

interpretar seus códigos inseridos em páginas HTML12

.

Contudo, o maior desafio na construção do software, foi trabalhar com diferentes

linguagens de programação, promovendo a interação entre elas. Isso exigiu do programador o

estudo das linguagens HTML, JavaScript e Delphi. A Figura 2.2, mostra o formulário ou tela

principal do Sisnavega, em destaque o mapa da hidrovia carregado através da API do

OpenLayers.

11Browser - Termo, em inglês, utilizado para navegador de páginas de internet.

12HTML - Linguagem de Marcação de Hipertexto. É uma linguagem utilizada para produzir páginas na

Web. Fonte: Wikipedia http://pt.wikipedia.org/wiki/HTML


Figura 2.2 - Formulário principal, trecho da hidrovia Tietê-Paraná.

Fonte: O Autor.

2.7 - Os Formulários do software de rastreamento

O software de rastreamento é composto de nove formulários responsáveis por toda

operação sistema. Em termos de ambiente de desenvolvimento Delphi, um formulário não

necessariamente precisa ser visível ao usuário. Assim, no Sisnavega, oito formulários são

visuais, e apenas um não pode ser visualizado pelo usuário. Este último, conhecido como

DataModule é responsável por abrigar os componentes da família Unidac, para a conexão

com o banco de dados. Esta sessão irá descrever as funções dos nove formulários do sistema,

são eles:

dm

form_ini

form_princ

form_previsao

form_embarcacoes

form_buscaembarc

form_comunicacoes

form_confcom

form_eclusagem


2.7.1 - O formulário de comunicação com banco de dados (dm)

O formulário de conexão com o banco de dados conhecido como “dm” abriga os

componentes do pacote Unidac, responsáveis pela conexão com o banco de dados Oracle. O

formulário “dm” pode ser observado na Figura 2.3.

Figura 2.3 - Formulário “dm” - Conexão com o banco de dados.

Fonte: O Autor.

O componente “con”, mostrado na Figura 2.3, armazena os parâmetros de conexão com

o servidor Oracle. Através dele é realizada a autenticação no servidor, permitindo que os

outros componentes efetuem as consultas SQL13

.

Os componentes “query_confcom”, “query_barcos”, “query_autotrac”,

“query_checkpoints”, “query_ecl”, “query_eclempchatas” realizam as consultas SQL. Cada

um é responsável pela manipulação de uma tabela no banco de dados. Os outros componentes

do formulário possuem funções mais específicas, também relacionadas ao banco de dados,

mas que não necessitam de um detalhamento para o entendimento deste projeto.

2.7.2 - O formulário de acesso ao Sisnavega (form_ini)

O controle de acesso do Sisnavega é feito diretamente no Oracle. Para se conectar no

banco de dados é necessário realizar uma autenticação no servidor.

13SQL (Structured Query Language) ou Linguagem de Consulta Estruturada é a linguagem de pesquisa

declarativa padrão para banco de dados relacional (base de dados relacional). Fonte: Wikipedia

http://pt.wikipedia.org/wiki/SQL


Cada usuário possui uma conta que é autenticada com senha. O que define as limitações

de um usuário ou conta no banco de dados são suas permissões de leitura e escrita nas tabelas

do sistema.

O Sisnavega foi padronizado para se conectar utilizando uma única conta. Todos os

operadores das eclusas devem utilizar a mesma conta para se autenticarem no sistema. Essa

conta possui permissões para gravar e ler informações em todas as tabelas descritas

anteriormente.

Futuramente, o controle poderá ser individualizado, com inúmeros usuários, porém para

a atual finalidade, não é necessário. O formulário de autenticação pode ser observado na

Figura 2.4.

Figura 2.4 - Formulário de autenticação do Sisnavega.

Fonte: O Autor.

2.7.3 - O formulário principal do sistema (form_princ)

Após a autenticação, o formulário principal do sistema de rastreamento é executado.

Este é composto de um menu superior de comandos e uma instância da OpenLayers para a

visualização das embarcações. O formulário principal pode ser observado na Figura 2.5.


Figura 2.5 - Formulário principal do sistema de rastreamento.

Fonte: O Autor.

Na região superior do formulário principal está disposto um menu com alguns recursos

do software. O primeiro menu da esquerda para direita é chamado de Sisnavega, e é composto

dos seguintes comandos:

Buscar Embarcações – Mostra o formulário (form_buscaembarc) de busca de

embarcações monitoradas.

Comunicações – Mostra o formulário (form_confcom) de visualização das comunicações

realizadas nas eclusas.

Previsões de chegada - Mostra o formulário (form_previsoes) para visualização das

previsões de chegada.

Configurações - Em desenvolvimento. Irá fornecer algumas opções para configurações do

sistema.

S.O.S - Em desenvolvimento. Irá permitir a comunicação de incidentes nas eclusas ou na

hidrovia a autoridades competentes.

Sair – Finaliza o sistema de rastreamento.

O menu, “Legendas”, tem a função de mostrar uma pequena legenda, identificando o

sentido de deslocamento das embarcações. Cada embarcação é representada no mapa com um

ícone, de acordo com a Figura 2.6.


Figura 2.6 - Legenda para o status das embarcações.

Fonte: O autor.

A determinação do sentido das embarcações é realizada através de algoritmos

executados periodicamente. Os algoritmos serão explicados nas seções posteriores.

O menu “Bloquear Mapa”, tem a função de ativar ou desativar os comandos de arrasto e

zoom do OpenLayers. Uma vez bloqueado, não é possível arrastar ou movimentar o mapa,

mantendo-o numa posição fixa de visualização.

O menu “Pontos de Interesses”, insere no mapa pontos importantes para a navegação.

Dentre eles, as boias de sinalização, pontes, portos, barragens, etc. Quando dispostos no

mapa, servem como referências para os operadores das eclusas. Visualmente, estes pontos

auxiliam na determinação da localização de uma embarcação. Esta informação pode ser útil

até mesmo em um pedido de S.O.S.

Até o momento, os pontos de interesses inseridos no software foram as boias de

sinalização dos seguintes reservatórios:

reservatório da usina de Barra Bonita.

reservatório da usina de Bariri.

reservatório da usina de Ibitinga.

reservatório da usina de Promissão.

reservatório d da usina de Nova Avanhandava.

reservatório da usina de Três Irmaõs.

Quando selecionado o reservatório, o sistema repassa os pontos de interesse para a API

do OpenLayers. Isto é feito através de arquivos KML, largamente utilizados em

georreferenciamento. As posições georreferenciadas e os nomes das boias foram fornecidos

pelo Departamento Hidroviário do Estado de SP.

Além dos comandos executados através dos menus, o sistema de rastreamento possui

funções executadas de forma automática e periódicas.


Essas funções são executadas através de temporizadores virtuais presentes no

formulário principal. Eles executam tarefas repetidamente em determinados períodos de

tempo. O principal temporizador do sistema é chamado “timer_clock”. Ele é responsável por

executar rotina mais importante do sistema de rastreamento, nomeada de

“UpdateEmbarcaoes”.

O algoritmo implementado na rotina “UpdateEmbarcaoes”, busca as últimas posições

das embarcações, salvando-os na tabela “embarcacoes”. Isso é feito através de uma varredura

periódica na tabela “positionhistory_iipos”.

Como exposto anteriormente, a tabela “positionhistory_iipos” concentra todas as

posições recebidas de todas as embarcações monitoradas, sendo elas atuais ou antigas. O

diagrama de blocos do algoritmo de atualização de coordenadas pode ser visualizado na

Figura 2.7.


Figura 2.7 - Diagrama de blocos do algoritmo de atualização de coordenadas.

Fonte: O autor.

Após a varredura e atualização das coordenadas, o sistema envia os parâmetros de

posição de cada embarcação para o mapa do OpenLayers.


A comunicação entre a linguagem Delphi e o OpenLayers é feita através de funções

escritas em JavaScript. O processo de integração das duas linguagens pode parecer complexo,

porém é comumente utilizado na programação.

A API do OpenLayers é carregada através de funções JavaScript dentro de uma página

HMTL. No formulário principal há um componente, do tipo WebBrowser (navegador de

internet), que carrega essa página HTML com as funções de manipulação do gerenciador de

mapas. De fato, em termos de programação, o Sisnavega é um navegador web “amarrado” nos

códigos HTML/JavaScript de manipulação do OpenLayers.

No código do arquivo HTML estão as funções escritas, em JavaScript, especificamente

para o Sisnavega. São elas:

função para visualização e navegação entre as eclusas de forma automática.

função para inserção de uma embarcação no mapa conforme latitude e longitude.

funções de carregamentos de arquivos KML, usados para a inserção de boias e pontos de

interesses da hidrovia.

função para ativação/desativação de controles de zoom e arrasto do próprio plugin Google

Earth.

função para inserção das eclusas no mapa da hidrovia.

função para desenho de rotas das embarcações.

Assim, através dos códigos escritos em linguagem Delphi, são executadas as funções do

OpenLayers carregadas pelo componente WebBrowser. Este procedimento é realizado através

de um recurso chamado Document Object Model (DOM14

).

Como não é o foco deste trabalho, não serão detalhados os recursos e funcionamento do

DOM, porém os códigos fontes podem ser analisados no Apêndice A.

Para exemplificar o procedimento de inserção de uma embarcação no mapa, o Delphi

chama a função “add_embarcacao” do JavaScript passando como parâmetros a latitude,

longitude e nome da embarcação.

14 DOM (Document Object Model - Modelo de Objetos de Documentos) é uma especificação da W3C,

independente de plataforma e linguagem, onde se pode dinamicamente alterar e editar a estrutura, conteúdo e

estilo de um documento eletrônico. A API DOM oferece uma maneira padrão de se acessar os elementos de um

documento, além de se poder trabalhar com cada um deles separadamente, e assim criar páginas de internet

altamente dinâmicas. Fonte: Wikipedia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Objeto_de_Documentos


Juntamente com o algoritmo de atualização de coordenadas, o Sisnavega realiza outras

funções para o calculo de previsões de chegadas. Para as previsões de chegada de uma

embarcação é exigido do sistema, o cálculo de vários outros parâmetros.

Primeiramente, é necessário identificar em que reservatório da hidrovia a embarcação se

encontra. Partindo dessa informação é possível analisar suas últimas coordenadas e descobrir

qual a próxima eclusa que a embarcação irá alcançar. Só então, a partir desse ponto, que o

software irá estimar as velocidades, distancias e tempo de chegada até o próximo destino da

embarcação.

Pode parecer trivial, mas determinar a referencia ou local que uma embarcação se

localiza, partindo apenas de sua latitude e longitude não é uma tarefa simples. Para isso, é

necessário um banco de dados com inúmeros checkpoints pré-conhecidos. Determinando qual

checkpoint está mais próxima da embarcação é possível afirmar a sua correta localização.

A hidrovia Tietê-Paraná, assim como qualquer rodovia, é demarcada em quilômetros.

Com a ajuda de mapas cartográficos, em escala, foi possível georreferenciar cada quilometro

da hidrovia, identificando cada reservatório.

Em cada reservatório foram coletadas as coordenadas geográficas de cada quilômetro de

hidrovia, transformando-os em checkpoints. Um checkpoint é composto de latitude e

longitude, do reservatório em que ele se encontra e do quilometro da hidrovia associado a ele.

Essas informações foram organizadas em uma tabela e inseridas no banco de dados do

Sisnavega. Essa tabela, já mencionada anteriormente, recebeu o nome de “checkpoints”.

Os algoritmos de previsões de chegada geram como produto final as seguintes

informações:

o reservatório da hidrovia Tietê-Paraná onde a embarcação se encontra.

a próxima eclusa que a embarcação irá transpor.

a velocidade média atual da embarcação, baseada nas últimas posições de latitude e

longitude recebidas.

distância entre a embarcação e a próxima eclusa.

tempo necessário para alcançar a próxima eclusa.


Para melhor entendimento, os algoritmos de previsões de chegadas foram divididos em

diagramas. Assim, fica mais didática a percepção do processo como um todo. Todos os

algoritmos são executados na rotina “UpdateEmbarcoes”, a cada minuto. Eles trabalharam em

conjunto algoritmo de atualização de coordenadas, na mesma rotina. O algoritmo principal

para previsões de chegada pode ser visualizado através do diagrama mostrado na Figura 2.8.


Figura 2.8 - Diagrama geral de previsão de chegada

Fonte: O autor.

De acordo com o diagrama da Figura 2.8, nota-se no que algoritmo contém uma série de

outras etapas (destacadas em azul), que serão descritas em outros diagramas subsequentes.


Inicialmente são filtradas na tabela “posittion_history” as duas últimas coordenadas da

embarcação. Se a busca retornar os dois últimos registros, o sistema continua com o

algoritmo. Esta verificação é importante, pois pode acontecer de uma embarcação, recém-

monitorada, ainda não possuir o mínimo de dois registros de coordenadas, o que

impossibilitaria os cálculos de velocidade média e sentido de deslocamento.

Após a verificação, o sistema apaga os valores dos parâmetros antigos da embarcação e

inicia os cálculos dos parâmetros atualizados.

A primeira etapa dos cálculos é a seleção do último registro de coordenada da

embarcação, salvando-a nas variáveis “latitude[1]”, “longitude[1]” e “data_hora[1]”. Com

essas informações, o sistema inicia a rotina de identificação do reservatório da embarcação. O

algoritmo para detecção do reservatório pode ser visualizado do diagrama da Figura 2.9.

Figura 2.9 - Diagrama de blocos do algoritmo de identificação do reservatório.

Fonte: O autor.


Para a determinação do reservatório, o sistema inicialmente ordena os registros da

tabela “checkpoints” em função do nome do reservatório. Logo após, é iniciada uma

varredura na tabela calculando a distancia entre a embarcação e o registro do checkpoint.

Ao final da varredura, é encontrado o checkpoint mais próximo à embarcação, e

consequente o reservatório em que a mesma se encontra.

A fim de confirmar se a embarcação está realmente na hidrovia, o sistema verifica se a

distancia do entre o checkpoint mais próximo e a embarcação é menor que 2000 metros.

Caso a verificação seja positiva, a embarcação se encontra na hidrovia Tietê-Paraná,

caso contrário, a mesma se encontra fora da hidrovia, ou dos seis reservatórios mapeamos

pelos checkpoints. Essas verificações auxiliam o sistema a não efetuar cálculos desnecessários

caso a embarcação não esteja no raio de atuação das eclusas da AES-Tietê.

Após a determinação do reservatório atual onde se encontra a embarcação, o sistema

inicia os cálculos de determinação do sentido da embarcação.

A função desse algoritmo é atribuir um status a embarcação de acordo com o sentido em

que ela se desloca ao longo da hidrovia. A embarcação pode estar parada, seguindo no sentido

de montante para jusante, ou de jusante para montante. Essa informação é de extrema

importância para a detecção do próximo destino (eclusa) da embarcação. O algoritmo para

detecção do sentido da embarcação pode ser visualizado na Figura 2.10.


Figura 2.10 - Diagrama de blocos para o algoritmo de detecção do sentido da embarcação.

Fonte: O autor.

O diagrama da Figura 2.10 indica como o sentido da embarcação é detectado. Para isso,

o sistema calcula as distancias entre as posições atuais e anteriores da embarcação em relação

à uma referência fixa. Primeiramente se determina a distância entre a última coordenada e o

ponto fixo, e posteriormente a distância da penúltima coordenada ao ponto fixo.


Particularmente, no caso da hidrovia Tietê-Paraná, o ponto fixo escolhido como

referência, se localiza em um extremo do tramo da hidrovia Tietê, à jusante da eclusa de Três

Irmãos, mais especificamente na confluência do Rio Tietê com o Rio Paraná.

Caso a distância entre a embarcação e o ponto de referência no instante atual (última

posição da embarcação), seja menor que em um instante anterior (penúltima posição da

embarcação), conclui-se que a embarcação se aproximou da referência, e consequentemente,

possui sentido de montante para jusante na hidrovia.

Caso a distância entre a embarcação e o ponto de referência no instante atual, seja maior

que em no instante anterior, conclui-se que a embarcação se afasta da referência, e

consequentemente, possui sentido de jusante para montante.

Quando a diferença entre as distâncias (em um período maior que de uma hora) possuir

valores mínimos de descolamento, ou seja, menores que 1 km, o sistema entende que a

embarcação está parada.

Encontrado o reservatório e o sentido em que a embarcação se desloca, o algoritmo de

previsão de chegada inicia os cálculos para determinação do próximo destino da embarcação.

O destino será a próxima eclusa que a embarcação irá alcançar em seu trajeto. Para melhor

entendimento do diagrama de blocos do algoritmo de determinação do destino, recomenda-se

visualizar um trecho da hidrovia Tietê-Paraná, através da Figura 2.11.


Figura 2.11 - Trecho da Hidrovia Tietê-Paraná (Software Sisnavega).

Fonte: O autor.

Destacam-se na Figura 2.11 as setas verde e vermelha. A seta verde indica o sentido

montante-jusante, enquanto a seta vermelha indica o sentido jusante-montante. Além disso, as

eclusas de Barra Bonita (BAB), Bariri (BAR), Ibitinga (IBI), Promissão (PRO) e Nova

Avanhandava (NAV) foram identificadas com suas respectivas siglas.

Uma embarcação que se encontra no reservatório da usina hidrelétrica de Promissão e

que se descola no sentido montante-jusante (seta verde), terá como próximo destino a própria

eclusa de Promissão (PRO). Caso ela se desloque no sentido oposto, jusante-montante (seta

vermelha), seu próximo destino será a eclusa de Ibitinga (IBI).

No reservatório de Barra Bonita a análise é um pouco diferente, à vista que ainda

inexistem eclusas a montante. Caso a embarcação presente no reservatório de Barra Bonita se

movimente no sentido jusante-montante, o sistema irá identificar seu próximo destino como

desconhecido.


Entendido as posições das eclusas e os sentidos adotados de navegação, segue na Figura

2.12 o diagrama do algoritmo de identificação de destinos das embarcações.

Figura 2.12 - Diagrama de blocos do algoritmo de identificação de destino.

Fonte: O autor.

Observe que os sentidos no diagrama são representados pelos atributos com valores 1

ou 2. Por ser um algoritmo com dois laços “cases”, foi feita uma simplificação considerando


apenas a posição da embarcação em três reservatórios, Barra Bonita, Bariri e Três Irmãos. Os

três pontos no diagrama representam por similaridade os blocos das outras eclusas

intermediárias no trecho da hidrovia.

Para estimar a previsão de chegada, ainda são necessárias mais duas informações, a

velocidade média e a distância entre a embarcação e seu próximo destino. Com isso, calcula-

se o tempo necessário para alcançar o destino da embarcação e consequentemente sua

previsão de hora chegada. O diagrama de bloco para o cálculo da velocidade média é

mostrado na Figura 2.13.

Figura 2.13 - Diagrama de blocos para o algoritmo de cálculo de velocidade média.

Fonte: O autor.

O cálculo da velocidade é realizado através do deslocamento entre as duas últimas

posições da embarcação e o intervalo de tempo entre elas. Antes do cálculo da velocidade, o

sistema verifica se e embarcação não está parada.

A distância da embarcação até seu próximo destino é encontrada na quilometragem do

checkpoint. Por exemplo: quando uma embarcação se encontra próxima ao checkpoint do

quilometro 5 do reservatório de Bariri, sabe-se então, que a embarcação está a cinco

quilômetros da eclusa de Bariri. Caso a embarcação possua como destino a eclusa de Barra

Bonita, basta subtrair 5 quilômetros da quilometragem total do reservatório de Bariri. Assim,

como o trecho deste reservatório possui 60 quilômetros, a distância entre a embarcação e a


eclusa de Barra Bonita será de 55 quilômetros. A Figura 2.14 mostra um mapa com os

checkpoints do reservatório de Bairi.

Figura 2.14 - Checkpoints do reservatório de Bariri.

Fonte: Software Google Earth.

Observa-se na Figura 2.14, que os marcadores vermelhos indicam as eclusas de Bariri e

Barra Bonita, os marcadores em amarelo são os checkpoints utilizados pelo sistema neste

reservatório.

Determinada a distância ao próximo destino e a velocidade média da embarcação, o

sistema estima o tempo necessário e a hora para a previsão de chegada.

Assim, é finalizado um ciclo da rotina “UpdateEmbarcacoes” mantendo as informações

atualizadas para o operador da eclusa. A cada minuto a rotina é executada novamente.

O envio de coordenadas de cada embarcação deverá ser feita a cada 15 minutos. O

Sisnavega, já em fase de testes no Centro de Operações da Geração e Eclusas da AES-Tietê,

em Bauru, tem como previsão, o monitoramento de 30 embarcações para o ano de 2012.

2.7.4 - O formulário de previsões de chegada (form_previsao)

O Centro de Operações da Geração e Eclusas, em implantação na AES-Tietê, visa a

operação remota das cinco eclusas sob a responsabilidade da empresa, na hidrovia Tietê-

Paraná. Um único operador poderá executar as operações de eclusagens utilizando o

Sisnavega como ferramenta de auxílio. Todo o processo é feito com o monitoramento de

imagem e som, através de câmeras instaladas nas eclusas.


O formulário de previsões de chegada foi desenvolvido objetivando o auxílio e

planejamento do operador, fornecendo uma visão global das próximas transposições de

barragens. A Figura 2.15 apresenta o formulário de previsões de chegada.

Figura 2.15 - Formulário de previsões de chegada.

Fonte: O autor.

De acordo com a Figura 2.15, observa-se que o Sisnavega apresenta uma tabela

organizada por eclusas com as estimativas de enclusagens. De fato, trata-se de um

planejamento que permite ao operador visualizar antecipadamente quando e quantas

eclusagens uma determinada eclusa deverá realizar ao longo do dia.

2.7.5 - O formulário de informações da embarcação (form_embarcacoes)

Quando uma embarcação é inserida no mapa do OpenLayers, automaticamente uma

função de “listenner” é associada ao ícone da embarcação. Este listenner é responsável por

capturar os eventos de clique sobre o ícone.

Após um clique em uma embarcação, automaticamente o OpenLayers, através do DOM,

reconhece qual embarcação foi clicada. Em seguida, uma tela com todas as informações da

embarcação é mostrada.


Os dados que o formulário apresenta são resultados dos algoritmos contidos na rotina

“UpdateEmbarcacao”. Essas informações estão armazenadas no registro da embarcação no

banco de dados. A Figura 2.16 mostra o formulário “Embarcação”.

Figura 2.16 - Formulário de informações da embarcação.

Fonte: O autor.

2.7.6 - O formulário de busca de embarcações (form_buscaembarc)

Se uma determinada embarcação não receber novas coordenadas dentro das últimas 24

horas, a mesma não é inserida no mapa. Isso elimina os ícones desnecessários no mapa, já que

muitas vezes essas embarcações se encontram paradas. No entanto, o formulário de buscas de

embarcações permite ao operador, localizar as informações de todas as embarcações de forma

manual. O formulário é apresentado na Figura 2.17.


Figura 2.17 - Formulário de buscas de embarcações.

Fonte: O autor.

Digitando o nome da embarcação na caixa de texto, o Sisnavega realiza a busca através

de comandos SQL no banco de dados Oracle. Clicando sobre a embarcação o formulário de

informações, citado anterior é executado.

Os formulários de confirmação de comunicação e registro de eclusagens estão em fase

de testes e ainda necessitam de alguns ajustes. Principalmente porque necessitam de uma taxa

maior de recebimento das coordenadas das embarcações. Atualmente as coordenadas de cada

embarcação são recebidas a cada hora, o que torna inoperável o controle da comunicação e

eclusagens através do Sisnavega.

Capítulo 3 - Ensaios hidrodinâmicos 54

3 - Ensaios Hidrodinâmicos

Grande parte da teoria sobre Análise Dimensional, exposta na primeira sessão deste

capítulo, foi baseada no livro “Fenômenos de Transportes para engenharia”, cujo autor

contribuiu muito para o sucesso deste trabalho.

3.1 - Análise Dimensional

Segundo Roma, 2003, a análise dimensional exerce um papel fundamental no

entendimento e na solução dos problemas da Mecânica dos Fluidos.

De maneira geral, a análise dimensional se interessa pelo estudo das unidades de medida

das grandezas físicas. Assim, é possível relacionar quantidades físicas quaisquer com

quantidades físicas básicas.

Contudo, pode-se dizer que as três grandezas fundamentais envolvidas em grande parte

dos problemas da mecânica dos fluidos são: massa [M], comprimento [L] e tempo [T]. Dessa

forma, uma grandeza G é expressa em função das dimensões primárias como um produto da

forma:

M .L .TA B CG

(3.1)

onde os expoentes A, B e C são números puros e [G] indica a dimensão da grandeza G.

Se a dimensão da grandeza G é representada por uma relação das grandezas primárias,

com os expoentes nulos, essa relação é unitária e o grupo é denominado adimensional, ou sem

dimensão (Roma, 2003).

Conforme a lei da homogeneidade dimensional, no caso de uma equação que expressa

um fenômeno físico, os dois membros da igualdade possuem grandezas com as mesmas

dimensões assim como todas as parcelas.

Considerando que os grupos adimensionais são formados pelo agrupamento de diversas

variáveis, logo se percebe que o número de grupos adimensionais é substancialmente menor

que o número de variáveis. Assim, um adimensional reduz consideravelmente o esforço


experimental para a determinação da relação entre as variáveis envolvidas em um

determinado fenômeno físico.

Portanto, de acordo com Roma, 2003, a lei da homogeneidade dimensional pode

facilitar o estudo de situações para as quais as variáveis envolvidas em um fenômeno físico

são conhecidas, porém sua relação é desconhecida. Tais situações são tratadas

experimentalmente e as formulações obtidas são denominadas de formulações empíricas.

3.2 - Análise Dimensional aplicada à força de arrasto.

Resumidamente, o objetivo principal do sistema de auxilio em eclusagens é

compensar, de alguma maneira, o efeito produzido pelo vento na área vélica da embarcação.

Dessa forma, analisar a força provocada e os seus efeitos na velocidade e direção da

embarcação se torna um passo imprescindível.

Além disso, a análise dimensional se torna fundamental para que experimentalmente, se

consiga relacionar os efeitos produzidos em um modelo reduzido com uma embarcação real.

Desse modo, o foco da pesquisa está na determinação da força, ou arrasto provocado pelo

vento nas estruturas de comboios fluviais. Tais resultados servirão de insumo para a

modelagem hidrodinâmica do sistema de aproximação.

De acordo com a literatura, na dinâmica dos fluidos, o arrasto é a força que faz

resistência ao movimento de um objeto sólido através de um fluido. De fato, as formas dos

corpos imersos nos fluidos, e sujeitos à força de arrasto, podem ser variadas e não

necessariamente possuem forma geométrica definida, como o caso das embarcações fluviais.

Para aplicar a análise dimensional ao estudo da força de arrasto em embarcações, as

variáveis consideradas são:

F - A força de arrasto exercida sobre o corpo.

L - Comprimento característico do corpo.

V - A velocidade do escoamento principal (distante do objeto).

- A massa específica do fluido em escoamento.

- A viscosidade absoluta do fluido.

A quantidade de adimensionais envolvidos nos fenômeno físico pode ser encontrada a

partir do Teorema dos ’s de Buckingham. A relação das variáveis para um cada deles, pode


ser determinada usando o método do sistema probásico. Tanto o Teorema dos ’s, quanto o

sistema probásico são descritos no livro usado como referência, Roma, 2003.

Aplicando os métodos da análise dimensional são obtidos dois grupos adimensionais

para o estudo do fenômeno hidrodinâmico atuante na embarcação:

1 22 2

F VLe

V L

(3.2)

A relação entre eles pode ser expressa como:

2 2

F VLf

V L

(3.3)

Dessa forma, a relação entre eles gera uma única curva, conforme exemplifica a Figura

3.1.

Figura 3.1 - Relação entre os adimensionais 1 e 2 .

Fonte: Roma, 2003.

Convenientemente, 1 é associado com energia cinética, e com a introdução de um

fator ½, é gerado o adimensional conhecido como coeficiente de arrasto (CD). O grupo

adimensional 2 é conhecido número de Reynolds.

No caso do coeficiente de arrasto, a variável L2

pode ser representada pela área vélica

AV. O comprimento característico para cálculo do número de Reynolds pode ser adotado como

1

água, D1

água, D2

óleo, D1

óleo, D2

alcool, D1

Legenda

0,2

1000 2000 3000 4000 5000

0,1

0,3

0,4

0,5


o raio hidráulico da área frontal, assim, a variável L pode ser substituída por RH. Tais

considerações levam as Equações 3.4 e 3.5.

21

2

D

V

FC

V A

(3.4)

Re HVR

(3.5)

Com H 2 VAR

p

Em que AV é a área frontal, vista na direção do vento, e p é o perímetro da área AV. Nos

ensaios em túnel de vento, a força F representa a força provocada pelo vento na embarcação e

V a velocidade do vento. As variáveis e representam, respectivamente, a massa específica

e viscosidade absoluta, ambas do ar.

Em situações reais, o vento pode atuar nas embarcações em diferentes ângulos de

incidência. Assim, é interessante decompor a ação das forças em dois eixos, lateral

(transversal) e longitudinal. A Figura 3.2 mostra as forças atuantes nas embarcações, em seus

dois eixos para um vento de incidência de 45º.


Figura 3.2 - Forças laterais e longitudinais atuantes na embarcação.

Fonte: O autor.

Analisando a Equação 3.4, nota-se que o valor do coeficiente de arrasto pode ser

determinado experimentalmente, medindo a força F e a velocidade do fluido V.

Observe que na Figura 3.2, a força F, provocada pelo vento na embarcação, foi

decomposta em duas componentes. Fx representa a projeção da força F no eixo longitudinal e

Fy representa a projeção no eixo transversal.

Claramente, percebe-se que Fy é provocada pela ação do vento na área lateral do

comboio. Já Fx, é provocada pelo vento atuante na área velica longitudinal. A Figura 3.3

mostra claramente como se distribuem as áreas de atuação do vento nos eixos laterais

(transversais) e longitudinais.


Figura 3.3 - Áreas velicas da embarcação.

Fonte: O autor.

Com a projeção da força F nos dois eixos, pode-se decompor também, os coeficientes

de arrasto e os números de Reynolds, para os eixos correspondentes. Logo, tem-se:

21

2

Yy

Y

FCD

V A

(3.6)

Re H Yy

Y

VR VA

p

(3.7)

21

2

Xx

X

FCD

V A

(3.8)

Re H Xx

X

VR VA

p

(3.9)

Onde: AY e AX são as áreas laterais e longitudinais, respectivamente. Yp e Xp são os

perímetros das áreas laterais e longitudinais, respectivamente.


Contudo, nota-se que para cada ângulo de incidência de vento os valores de coeficientes

de arrastos (yCD e XCD ) irão variar devido aos valores de FY e FX.

Analisando a Figura 3.2, os ângulos de incidência de vento igual a 90º e 270º,

intuitivamente, provocarão os maiores valores de FY, pois, neste caso, praticamente todo

vento se choca com a área lateral. Consequentemente, FX deverá apresentar valor muito

próximo de zero. Para ângulos de 0º e 180º, a situação se inverte, e a componente FX deve

atingir seu pico máximo, enquanto FY quase se anula.

3.3 - Semelhanças Hidrodinâmicas

Partindo das Equações 3.6, 3.7, 3.8 e 3,9 percebe-se que experimentalmente as únicas

variáveis envolvidas para o cálculo do arrasto e do número de Reynolds são as componentes

de forças (FX e FY) e a velocidade do vento.

Como dificilmente se consegue quantificar as forças do vento de uma embarcação real,

tendo em vista suas dimensões, os procedimentos experimentais devem representar os efeitos

do vento através de um modelo reduzido de embarcação.

Assim, a proposta deste projeto é quantificar as forças provocadas pelo vento em uma

embarcação reduzida, e com isso obter os valores dos coeficientes de arrasto. Para isso, foi

construído um túnel de vento alimentado por um grupo de ventiladores de alto desempenho.

O túnel de vento acomoda a embarcação reduzida e uma instrumentação eletrônica

realiza as medidas de forças provocadas pelo vento. Tanto o túnel, quanto a instrumentação

eletrônica, foram desenvolvidos especificamente para este projeto. O túnel de vento foi

instalado sobre um tanque de água para permitir que a embarcação flutue durantes os ensaios.

A Figura 3.4 ilustra o túnel de vento sobre o tanque. Seu desenvolvimento será abordado nos

próximos capítulos.


Figura 3.4 - Túnel de vento sobre o tanque com água.

Fonte: P&D Sisnavega

É válido mencionar, que a utilização de modelos reduzidos em ensaios hidrodinâmicos é

realizada em diversos campos da engenharia. Além disso, ela traz vantagens econômicas, já

que ensaios envolvendo um protótipo real podem ser muito mais dispendiosos

financeiramente.

Para os ensaios realizados neste projeto, é utilizado uma embarcação reduzida, em

escala 1:25, composta de duas partes: um empurrador e uma chata. Essa associação compõe

um comboio.

Reproduzir fenômenos físicos em modelos reduzidos envolve uma série de cuidados e

considerações para que os resultados obtidos sejam compatíveis com os reais.

Para que a comparação entre o modelo reduzido e o real seja razoável, é indispensável

que os conjuntos de condições sejam fisicamente semelhantes. O termo “semelhança

hidrodinâmica” envolve a semelhança geométrica, a semelhança cinemática e a semelhança

dinâmica. Todas elas devem ser atingidas nos ensaios.

Neste caso, como o modelo utilizado é praticamente uma réplica do real, com suas

dimensões reduzidas em 25 vezes, pode-se dizer que a semelhança geométrica é garantida. A

semelhança cinemática é válida, pois os fluxos dos escoamentos do fluido possuem as

mesmas características. Tanto no real quanto no modelo, o fluxo é formado pelo vento.


Como visto, a Equação 3.2 mostra que a relação dos dois adimensionais gera uma única

curva. Restringindo as condições dos experimentos, é possível obter dados de diferentes

condições geométricas (dimensões diferentes), que levam ao mesmo ponto na curva.

Ou seja, experimentos de diferentes escalas apresentam os mesmos valores para os

grupos adimensionais a eles pertinentes. Nessas condições os experimentos apresentam

semelhança dinâmica.

A Figura 3.1, indica um comportamento semelhante ao esperado para os ensaios

envolvendo o modelo reduzido. Nota-se que a partir de um determinado valor de Reynolds, o

coeficiente de arrasto se torna praticamente constante. A partir deste instante pode-se afirmar

que a embarcação real e o modelo reduzido possuem semelhança dinâmica, e por

consequência os valores dos coeficientes de arrasto são válidos para ambos os casos.

Como a tendência é que o coeficiente de arrasto se estabilize a partir de determinado

número de Reynolds, o vento induzido no modelo deve atingir intensidades suficientemente

altas. Apesar de estar relacionado com a escala do modelo reduzido, estimar o valor de

intensidade de vento necessário para que se atinja a semelhança hidrodinâmica não é uma

tarefa simples.

Entretanto, o túnel de vento pode gerar velocidades que permitam observar uma

tendência de estabilização da curva do coeficiente de arrasto. Assim com uma interpolação

dos dados, e o conceito de estabilização da curva, os valores dos coeficientes de arrasto

podem ser extrapolados.

Nos ensaios hidrodinâmicos propostos para este trabalho, serão realizadas as medidas

de forças provocadas nos dois eixos de uma embarcação em modelo reduzido. Assim, deverão

ser calculados os coeficientes de arrasto CDX e CDY. Isso vale também para o número de

Reynolds, conforme as equações 3.7 e 3.9.

Cabe ressaltar que os ensaios deverão fornecer os valores dos coeficientes de arrasto em

função do ângulo de incidência de vento, principalmente para a faixa de ângulos de 0º a 180º.

Para variar o ângulo de incidência do vento, a embarcação é rotacionada no interior do túnel.

Devido ao comprimento do modelo reduzido (em torno de 3,2 metros) e a necessidade

de encontrar as forças laterais e longitudinais, foi necessário o uso de três sensores. Dois deles

medindo as forças laterais, e um a força longitudinal.


A Figura 3.5 indica as posições dos sensores no modelo reduzido, onde são medidos os

esforços provocados pelo vento.

Figura 3.5 - Sensores S1, S2 e S3 para as medidas das forças FX e FY. Vento a 90º

Fonte: O autor.

A somatória dos sensores, S1 e S2, resulta na força FY. O sensor S3 mede a força FX.

Nota-se que o vento incidente indicado na Figura 3.4 é de 90º. Para permitir a rotação da

embarcação, os sensores são fixados em um suporte giratório. Nota-se que a embarcação, é

pressionada contra os sensores, uma vez que, se encontra sobre a água. A Figura 3.6 ilustra o

suporte onde são fixados os sensores.


Figura 3.6 - Suporte giratório para a fixação dos sensores.

Fonte: P&D Sisnavega.

A Figura 3.7 ilustra o modelo de embarcação em contato com os sensores durante um

ensaio hidrodinâmico.

Figura 3.7 - Modelo de embarcação em contato com os sensores fixados nos suporte verticais.


3.4 - Procedimentos Experimentais

Tomando como exemplo a força FY, será descrito nesta seção o procedimento para os

cálculos dos coeficientes de arrasto lateral, CDY. A curva Fy x Vv deve possuir formato

semelhante à mostrada na Figura 3.8.


Figura 3.8 - Curva Força x Velocidade do vento, esperada.

Fonte: O autor.

Nota-se que a curva apresentada possui um comportamento semelhante à função de

segunda ordem. Realizando a interpolação da curva, tem-se a linha de tendência, descrita pela

Equação 3.10:

20,0235 0,0145y V VF V V

(3.10)

onde, VV é velocidade do vento. Assim, com as equações 3.6 e 3.7, calculam-se os

coeficientes de arrasto e número de Reynolds:

2 1

2

0,0235 0,0145 0,0235 0,0145

1 1

2 2

V V Vy

Y Y

V V VCD

V A A

(3.11)

Re H Yy

Y

VR VA

p

(3.12)

Com esses dados calculados é traçada a curva CDY x Rey. Seu comportamento deve-se

assemelhar com a curva do gráfico da Figura 3.9.

y = 0,0235x2 + 0,0145x

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 1 2 3 4 5 6

Forç

a (

N)

Velocidade do Vento (m/s)


Figura 3.9 - Comportamento do coeficiente de arrasto em função do número de Reynolds.

Fonte: O autor.

Por fim, através da curva CDY x Rey é verificado o valor de tendência do coeficiente de

arrasto. Vale relembrar que o mesmo procedimento deve ser feito para o eixo longitudinal.

0

1

2

3

4

5

6

0,00E+00 1,00E+05 2,00E+05 3,00E+05 4,00E+05 5,00E+05 6,00E+05

CD

Y

Re

Capítulo 4 - Construção do túnel de vento 67

4 - Construção do Túnel de Vento

4.1 - Introdução ao túnel de vento

Os túneis de vento são estruturas para estudos dos escoamentos de ar e seus efeitos em

objetos sólidos. São comumente utilizados na determinação de parâmetros aerodinâmicos e

em estudos das forças de arrasto.

A geometria e os materiais utilizados para a construção de túneis de vento podem variar

de acordo com o que se deseja medir ou estudar.

O túnel de vento, projetado para o P&D Sisnavega, visa atender os requisitos para

realização de ensaios hidrodinâmicos em uma embarcação em modelo reduzido. Suas

dimensões e seu formato foram projetados de acordo com o modelo e espaço disponível no

Laboratório de Hidrologia e Hidrometria, da UNESP – Ilha Solteira, onde foi construído.

A maioria dos tuneis de vento são construídos para a realização de ensaios no ar, ou

seja, o objeto, ou estrutura a ser estudada, é colocado no centro do túnel sobre uma balança de

precisão que realiza as medições dos esforços provocados pelo fluxo de ar. Neste caso,

somente o vento é passado pelo objetivo no túnel.

Neste projeto, o túnel foi construído sobre um tanque d’água para que o modelo de

embarcação flutuasse, simulando a condição de navegação. Existem vantagens e desvantagens

no uso do tanque d’água. Primeiramente, com a embarcação sobre a água, a variação de sua

área vélica é feita simplesmente alterando seu peso. Com o aumento de seu peso, sua área

vélica diminui em função do aumento da área submersa.

Uma eventual desvantagem do túnel de vento sobre um taque d’água é a presença de

variáveis indesejadas nas medições, como é o caso do efeito das ondas. Porém, com uma

correta instrumentação é possível quantificar e estudar tais efeitos, podendo estes até, serem

inseridos no modelo hidrodinâmico.

Diferentemente das balanças de precisão, utilizados em túneis convencionais, os

sensores para a medição das forças neste projeto foram elaborados especificamente para a

aplicação em corpo flutuante.


4.2 - Embarcações em modelo reduzido

O dimensionamento do tanque e do túnel de vento foi realizado considerando o modelo

de embarcação reduzida, utilizada nos ensaios. O modelo foi construído em escala 1:25, sendo

constituído por duas partes. A primeira é composta de uma réplica de empurrador, e a

segunda, de uma chata, ambas típicas de comboios que trafegam pela hidrovia Tietê-Paraná.

A operação de eclusagem de um comboio, geralmente é realizada por um empurrador,

responsável pela propulsão, e duas chatas enfileiradas. Considerando os comprimentos de

18m para um empurrador e 50m para cada chata, tem-se no total um comboio com 120 metros

de comprimento.

Na escala 1:25, utilizada para os ensaios, seria necessário um modelo reduzido de

comprimento total de 4,8m. Por ser uma dimensão acima do espaço disponível para a

construção do túnel, optou-se por utilizar somente uma chata e um empurrador no modelo

reduzido. O resultado foi um comboio com comprimento total de 3,15 m. Assim, um túnel de

vento com seção de 4m seria suficiente para acomodar o modelo durante os ensaios. A Figura

4.1 mostra o modelo reduzido do comboio.

Figura 4.1 - Empurrador e chata em escala 1:25.

Fonte: O autor.

É fato, que os resultados obtidos para as medidas de forças utilizando apenas uma chata,

seriam diferentes dos resultados com duas. Entretanto, por terem geometrias semelhantes, o

uso de somente uma chata não provocará efeitos significativos nos coeficientes de arrasto,

parâmetro este, procurado pelos ensaios.


4.3 - A construção do túnel de vento e do tanque aquático

Para a construção do tanque aquático foram utilizadas vigas de madeira maciça,

constituindo um quadrado de 5m de lado. Sobrepostas, essas vigas formaram uma parede de

40 cm de altura. Posteriormente, uma manta de polietileno impermeável foi colocada sobre a

estrutura de madeira, constituindo o tanque. As figuras 4.2 mostra o tanque aquático no início

de sua construção.

Figura 4.2 - Estrutura de madeira do tanque aquático montada no laboratório.

Fonte: O autor.

Sobre o tanque, a estrutura do túnel de vento foi construída com barras de metal, chapas

metálicas, placas de acrílico e placas de madeira. Com dimensões ligeiramente menores (4m x

4m), o túnel foi projetado para ser alojado por justaposição no interior do tanque.

O túnel de vento ainda conta com uma parte recoberta com acrílico transparente,

permitindo a visualização do comboio durante os ensaios. A Figura 4.3 ilustra o túnel de

vento sobre o tanque d’água.


Figura 4.3 - Esboço em 3D do túnel de vento sobre o tanque.

Fonte: O autor.

Na entrada do túnel foi instalada uma tela de metal para melhorar a distribuição do

fluxo de vento. O grupo gerador foi disposto soprando vento através da tela de

uniformização. Conforme pode ser visto na Figura 4.4.

Figura 4.4 - Alimentação do vento com motores de 2CV fixados na entrada do túnel de vento.

Fonte: O autor.


Para a realização dos ensaios, o tanque foi preenchido com 33 cm de água. Assim, a

distância entre a lâmina d’água e o teto do túnel ficou em 40 cm.

4.4 - Ventiladores e Mapeamento do túnel de vento

Para estimar as intensidades de ventos necessárias para os ensaios, foram efetuados

testes preliminares com motores disponíveis em laboratório. Primeiramente, foi utilizado um

motor de indução trifásico de 2 CV em conjunto com uma hélice axial automotiva de alta

rotação, formando um ventilador. As velocidades de vento para este ventilador, atingiram

valores de 4 m/s ou 14,4 km/h. A figura 4.5 mostra o primeiro motor utilizado como

ventilador.

Figura 4.5 - Motor trifásico de 2 CV acoplado a hélice.

Fonte: O autor.

Intuitivamente, essa velocidade máxima de vento parecia ser suficiente para os ensaios.

Portanto, a fim de abranger toda a seção do túnel, com 1,6m² de área, foram adquiridos 4

motores de 2 CV, os quais foram fixados igualmente espaçados, na entrada da estrutura,

conforme mostra Figura 4.6. Os motores adquiridos possuem dois polos e rotação nominal de

3600 RPM, marca WEG.


Figura 4.6 - Instalação dos ventiladores na entrada do túnel de vento.

Fonte: O autor.

Com a estrutura do túnel finalizada, iniciou-se o mapeamento do vento no interior da

seção de ensaios. Para a realização do mapeamento foi utilizado um anemômetro digital

Sônico 2D. O Sônico 2D é um sensor de intensidade e direção do vento. Este tipo de sensor

consegue detectar com excelente precisão, ventos na faixa de 0 a 60 m/s. A figura 4.7 mostra

a foto do sensor.

Figura 4.7 - Anemômetro sônico 2D. Fabricante Gill Eletronics.

Fonte: O autor.

O anemômetro realiza a leitura dos valores de intensidades e direção com uma taxa de

amostragem configurada em 1 Hz. Através de uma interface RS-232 o sensor se comunica

com o computador, onde uma string com os valores medidos é processada.


Para o mapeamento do vento no interior do túnel, foram realizadas medições a cada 30

cm ao longo da lateral do túnel em duas alturas diferentes, 20 cm e 33 cm, em relação ao nível

da água, formando uma seção. O esquema da Figura 4.8 ilustra os pontos de medição para a

seção do túnel.

Figura 4.8 - Pontos de medidas para mapeamento do fluxo de vento.

Fonte: O autor.

Com o intuito de obter a curva Rotação x Velocidade de Vento, foram medidos os

valores de velocidade de vento nos pontos indicados pela Figura 4.8 em rotações de 400 a

1200 RPM, em passos de 100 RPM. A rotação de 1200 RPM foi considerada máxima devido

a corrente dos motores, monitorada pelo inversor, atingir a seu valor nominal. Sendo assim,

pôde-se concluir que o ventilador de 2 CV, com rotação nominal de 3600 RPM consegue

girar, no máximo, a 1200 RPM, em função da carga de vento deslocada pela hélice.

Para facilitar o processo de mapeamento foi desenvolvido um software para a leitura do

sensor, de forma a automatizar o processo de medidas. Para cada ponto mapeado no túnel o

software realiza 60 leituras, uma por segundo, calculando a média aritmética. Portanto, foram

coletados os 28 pontos da seção, em nove rotações diferentes, totalizando 252 medições.

O levantamento do perfil de escoamento de vento é trabalhoso, em função da

quantidade de pontos e rotações a serem medidos. Entretanto, com seu resultado é possível

não só quantificar as velocidades de vento, mas identificar problemas na estrutura do túnel ou

na posição dos ventiladores. Para cada rotação dos ventiladores foram interpolados os valores

dos pontos da seção, gerando um perfil bidimensional. As figuras 4.9 e 4.10 mostram os

perfis de vento para rotação mínima (400 RPM) e máxima (1200 RPM), respectivamente.


Figura 4.9 - Perfil de vento no interior do túnel. Rotação de 400 RPM.

Fonte: O autor.

Figura 4.10 - Perfil de vento no interior do túnel. Rotação de 1200 RPM.

Fonte: O autor.


Com os perfis de vento, calcularam-se os ventos médios para a altura de 20 cm. Acima

desta altura, o vento não exerce influência na embarcação durante os ensaios, pois em sua

maior parte, o modelo fica com altura máxima de 15 cm sobre a água.

Os valores das médias medidas deu origem ao gráfico mostrado na Figura 4.11. Com a

interpolação dos pontos, foi gerada a equação (1) que relaciona a intensidade do vento médio

com a rotação dos ventiladores no interior do túnel.

( ) 0,005( ) 0,098Vento RPM RPM (4.1)

Onde: Vento = Velocidade de vento médio, no interior do túnel (m/s) e RPM = Rotação

dos ventiladores (RPM).

Figura 4.11 - Curva para estimativa de vento em função da rotação dos ventiladores.

Fonte: O autor

Finalizado o mapeamento do túnel, iniciaram-se os ensaios hidrodinâmicos. Os

resultados destes ensaios indicaram que o vento máximo atingido pelos ventiladores (em

torno de 6 m/s) não era suficientes para a estabilização da curva do coeficiente de arrasto.


Portanto, seria necessária uma potência suficientemente maior para que os motores atingissem

ao menos 2500 RPM ou em torno de 13 m/s de velocidade de vento.

A determinação da potência dos novos ventiladores envolvia conceitos tanto da parte

elétrica e construtiva do motor, quanto de hidráulica. O estudo do comportamento da carga de

vento em função da rotação das hélices é um assunto bastante explorado. Porém, geralmente,

as equações que descrevem esses comportamentos necessitam de parâmetros como: dimensão

da hélice, número de pás, ângulo de ataque, pressão na entrada de ar do túnel, pressão na

saída, dentre outras. Por não ser, especificamente, o objetivo desse projeto a solução para a

estimativa de potência dos novos motores partiu empiricamente com os resultados do

mapeamento do túnel. Uma breve pesquisa bibliográfica somada à ajuda de especialistas da

área guiou os cálculos para estimativa de carga e o resultado foi satisfatório.

O comportamento da carga de uma bomba hidráulica é similar em muitos aspectos a um

ventilador. A principal diferença está na densidade do fluido que cada um desloca. Tomando

como base, o estudo de cargas para bombas hidráulicas, onde Macintyre (1997) faz uma

análise da relação entre potência do motor e sua rotação, e considerando o rendimento do

motor constante, tem-se que:

3

3

x xP n

P n

(4.2)

onde: xP é a potência do motor em CV a calcular. xn é a rotação em RPM que se deseja

alcançar. P é a potência em CV necessária para o motor girar a rotação n .

Portanto a potência consumida do motor que aciona uma bomba varia com o cubo do

número de rotações. Logo, se para atingir 1200 RPM, no caso dos ventiladores, foram

necessários 2 CV, então, para atingir 2500 RPM.

3 3

3 3

2500 2 250018

2 1200 1200

xx

PP CV

(4.3)

Com a Equação 4.3 foi possível estimar a potência necessária para atingir os 2500

RPM. O resultado mostrou que seriam necessários motores com potência de 18 CV.


4.5 - Melhorias na estrutura e aumento de potência do túnel de vento

Analisando os custos para a aquisição de novos motores, percebeu-se que a aquisição de

cinco motores de 15CV era mais viável que a compra de quatro motores de 20CV (motor

comercial com potência mais próxima de 18 CV). Para tanto, o túnel de vento teve sua

estrutura de entrada alterada para a acomodação e disposição da nova composição de

ventiladores.

Além do aumento na quantidade e dimensões dos motores, a potência elétrica total para

o acionamento sofreu um aumento substancial. A potência que anteriormente era de 6 kW (8

CV), aumentou para 56 kW (75 HP). Esse aumento na potência motivou a construção de um

CCM (Quadro de Acionamento de Motores) composto de cinco inversores de 15 CV, um para

cada ventilador. Para a alimentação do CCM foi necessário o uso de um transformador

trifásico dedicado, com tensão de 440 V. O quadro de acionamento pode ser visualizado na

Figura 4.12.

Figura 4.12 - CCM para acionamento dos ventiladores.

Fonte: O autor.

Aproveitando a substituição dos motores, toda a estrutura do túnel de vento foi

aperfeiçoada para facilitar e garantir maior segurança durante os ensaios. Grades metálicas de


proteção foram instaladas na entrada do túnel, para garantir a segurança durante os ensaios.

Em sua saída, foi inserida uma rampa de dispersão visando minimizar a turbulência e

contribuir para a recirculação do vento na área. A Figura 4.13 mostra a rampa de dispersão

instalada na saída do túnel de vento.

Figura 4.13 - Rampa de dispersão instalada na saída do túnel de vento.

Fonte: O autor.

No fundo do tanque foi instalada uma estrutura para o suporte dos sensores de forças.

Assim, rotacionando aquela estrutura, a embarcação gira no interior do túnel permitindo

simular o efeito do vento em diferentes ângulos de incidência. A Figura 4.14 demostra a

estrutura rotativa construída para os ensaios.


Figura 4.14 - Estrutura para rotação da embarcação durante os ensaios. Imagem em 3D.

Fonte: Relatório P&D Sisnavega 2013.

O resultado final das novas estruturas do túnel de vento pode ser observado nas Figuras

4.15, 4.16 e 4.17.

Figura 4.15 - Imagem geral superior do túnel de vento.

Fonte: O autor.


Figura 4.16 - Imagem da entrada do túnel de vento, tela de proteção dos ventiladores 15CV.

Fonte: O autor.

Figura 4.17 - Imagem da saída do túnel de vento com a rampa de dispersão.

Fonte: O autor.

O túnel de vento nessa nova configuração foi mapeado para determinação dos perfis de

velocidade do vento. Foram realizadas as medidas nos pontos indicados na Figura 4.8. Os


novos ventiladores atingiram rotações máximas de 3000 RPM, com ventos máximos em torno

de 17 m/s. Os resultados podem ser visualizados nas Figuras 4.18 e 4.19.

Figura 4.18 - Mapeamento do túnel de vento para 400 RPM, na nova configuração.

Fonte: O autor.

Figura 4.19 - Mapeamento do túnel de vento para 2700 RPM, na nova configuração.

Fonte: O autor.


Observando as figuras 4.18 e 4.19 percebe-se que as velocidades de vento na borda

esquerda apresentam valores superiores ao restante do túnel. Possivelmente, este fato pode

estar associado ao próprio sentido de rotação dos hélices dos cincos ventiladores.

Contudo, durante os ensaios, a embarcação permanece na região central do túnel, de

modo que os ventos das bordas laterais não interagem com sua estrutura.

Após o mapeamento, foi elaborada a nova curva Velocidade de Vento x Rotação,

utilizando os valores para altura de 20 cm, porém com os pontos centrais, excluindo os

valores de vento das bordas. Note que assim, as altas velocidades das bordas do túnel não

influenciam na equação do vento médio, considerando apenas os ventos que realmente estão

na faixa de interação com a embarcação. A Figura 4.20 mostra o gráfico da Velocidade de

Vento x Rotação.

Figura 4.20 - Curva Velocidade de Vento x Rotação para o túnel, na nova configuração.

Fonte: O autor.

Com a curva do gráfico da Figura 4.20 a equação para estimativa do vento médio no

interior do túnel em função da rotação dos motores fica:


( ) 0,043( ) 0,0453Vento RPM RPM (4.4)

Em que, Vento = Velocidade de vento médio, no interior do túnel (m/s) e RPM =

Rotação dos ventiladores (RPM).

Considerada a nova configuração do túnel, foram retomados os ensaios hidrodinâmicos

sobre o modelo reduzido de embarcação. Os motores atuaram até rotações máximas de 2500

RPM, suficiente para se alcançar a linha de tendência para o coeficiente de arrasto.

Capítulo 5 – Sensores de força e circuito de condicionamento de sinais 84

5 - Sensores de força e circuito de

condicionamento de sinais

5.1 - Sensores de Força

No projeto Sisnavega, todo o desenvolvimento experimental envolvendo o túnel de

vento, tanque, sensores, software e circuitos de condicionamento de sinais constituem

ferramentas para a modelagem do sistema de aproximação. Os resultados dos ensaios, em

especial os coeficientes de arrasto, serão utilizados como insumos para modelagem do sistema

de aproximação, que guiará a embarcação até a entrada da eclusa.

Diversos estudos têm sido realizados sobre a concepção e a arquitetura de túneis de

vento e plataformas para medição de força. Contudo, no presente trabalho, as estruturas do

túnel de vento e o sistema de medição de forças foram desenvolvidos de acordo com as

necessidades do projeto Sisnavega e dos recursos disponíveis em laboratório. A concepção

dos sensores e do túnel de vento nasceu de ideias que, intuitivamente, indicavam serem as

mais adequadas para a modelagem de um sistema de aproximação para embarcações na

hidrovia Tietê-Paraná.

Há, de fato, uma escassez de artigos científicos contendo dados experimentais para as

embarcações de transporte de cargas.

Particularmente, os comboios do Tietê-Paraná possuem características bem especificas

em sua geometria, não se assemelhando com a maioria das embarcações abordadas em outros

trabalhos.

Conforme a teoria abordada no Capítulo 3, os ensaios hidrodinâmicos têm por objetivo

mensurar as forças exercidas pela ação do vento na área velica da embarcação. A

determinação dessas forças associadas à parâmetros das embarcações, possibilitam obter os

coeficientes de arrasto. Estes coeficientes, quando alcançada a semelhança dinâmica entre o

modelo reduzido e a embarcação real, tornam as equações de estimativa de forças válidas para

ambos os casos.

Para a medição das forças do vento sobre a embarcação foi necessária a criação de

sensores com sensibilidade adequada e erros aceitáveis. O primeiro ensaio de forças serviu


como referência para o dimensionamento dos sensores. Inicialmente, foi usado um ventilador

doméstico juntamente com uma modelo de rebocador em escala, cujas laterais foram presas à

dinamômetros mecânicos.

Através deste ensaio, pode-se quantificar a magnitude das forças que seriam

encontradas durante os ensaios no túnel de vento. Este ensaio contou com uma estrutura

metálica quadrangular simples, onde foram fixados os dinamômetros presos à embarcação,

conforme ilustra a Figura 5.1.

Figura 5.1 - Ensaio de força utilizando dinamômetros.

Fonte: O autor.

Os dinamômetros utilizados foram construídos com molas com coeficiente elástico

igual a 10,16 N/m e permitiam a medição de forças de até 0,26 kgf. O dinamômetro pode ser

visualizado na Figura 5.2. A estrutura completa do ensaio, incluindo ventilador, anemômetro

e computador são mostrados na Figura 5.3.


Figura 5.2 - Dinamômetros mecânico com mola.

Fonte: O autor.

Figura 5.3 - Ensaio preliminar para estimativa de força provocada pelo vento.

Fonte: O autor.

Relacionando as magnitudes das forças produzidas pela ação do vento com a área vélica

do modelo reduzido, foi possível estimar as forças que o comboio seria submetido quando

atingido por ventos com velocidades superiores aqueles gerados pelo ventilador.

Para assegurar maior confiabilidade e precisão nos ensaios hidrodinâmicos havia

necessidade do uso de sensores eletrônicos. Esses transdutores deveriam possuir alta


sensibilidade para a detecção de pequenas magnitudes de força. Além disso, deveriam

trabalhar em conjunto com um hardware de condicionamento de sinais com comunicação com

o computador, para que, através de um software computacional, o processo de aquisição de

dados fosse dinâmico.

Embora tenha se procurado opções disponíveis no mercado, não foi encontrado um

sensor adequado para a medição de forças na configuração idealizada para o túnel. Dessa

forma, a solução foi o desenvolvimento de um sensor de força utilizando extensômetros

metálicos resistivos (strain gages).

O princípio de funcionamento de um extensômetro metálico resistivo é explicado por

Pallás-Areny e Webster (2000). Este sensor é essencialmente um fio metálico que possui

comprimento L, resistividade ρ e área de seção transversal A. Sua resistência pode ser

calculada pela expressão:

ρL

RA

(5.1)

Quando um fio metálico é submetido a uma força longitudinal, seu comprimento, área

da seção transversal e resistividade sofrem variações. Portanto, tem-se:

ρ

ρ

dR d dL dA

R L A

(5.2)

Como o fio metálico é longo e fino,

>>

. Sua resistividade ρ não varia com a

deformação, de modo que a Equação 5.2 pode ser simplificada por:

dR dL

R L

(5.3)

na qual dL

Lé a deformação do fio e

dR

R é a variação relativa de sua resistência elétrica.

Fazendo dL

L= ε , tem-se:


Δε R

R

(5.4)

A Figura 5.4 mostra os diversos tipos de strain gages existentes no mercado.

Figura 5.4 - Extensômetros encontrados comercialmente.

Fonte: O autor.

Define-se como Fator de Gage, simbolizado por KG, a relação entre a variação relativa

da resistência do extensômetro e sua deformação, conforme mostra a Equação (5.5):

Δ /

εG

R RK

(5.5)

Nos sensores desenvolvidos para os ensaios hidrodinâmicos, foram utilizados

extensômetros do fabricante japonês KYOWA, modelo KFG-5-120-C1-11. Sua geometria é

mostrada na Figura 5.5.


Figura 5.5 - Modelo de extensômetro KFG utilizado.

Fonte: Catálogo KYOWA.

Segundo o fabricante, os extensômetros modelo KFG são indicados para aplicações

com finalidades gerais. São fabricados com uma resina plástica de poliamida e possuem

excelente flexibilidade. Podem ser utilizados em diversos materiais.

O sensor de forças do túnel foi construído com uma base retangular de material de PVC,

onde uma haste de aço flexível foi engastada.

A haste de aço utilizada nos sensores é mesma encontrada em serras de metais. Possuem

boa resistência à flexão, não sofrendo deformações permanentes. Em seu extremo superior

foram fixados os extensômetros. O outro extremo da haste possui um furo para fixação de um

pino metálico, onde a força a ser quantificada é aplicada.

O processo de colagem dos extensômetros pode ser resumido em duas etapas. Após a

superfície ser limpa e levemente lixada, os extensômetros são cuidadosamente posicionados e

fixados através de uma resina adesiva. Na próxima etapa, a haste de aço é levada ao forno,

durante algumas horas, para a “cura” da resina adesiva.

O processo de colagem é extremamente delicado, e uma correta fixação evita

deformações indesejadas nos extensômetros.


Resumidamente, o sensor detecta, através da variação de sua resistência, a deformação

provocada na haste, em função da força exercida pela embarcação em contato com o pino.

Nas Figuras 5.6 e 5.7, pode-se observar como os extensômetros foram utilizados.

Figura 5.6 – Sensor de força com extensômetros. a) vista frontal; b) vista lateral

Fonte: O autor.

Figura 5.7 - Sensor de força, vista em 3D.



Como se observa na Figura 5.6(b), o sensor é composto de quatro extensômetros

fixados em sua haste. Dois na região frontal (R1 e R3) e dois na região posterior (R2 e R4). Os

extensômetros, representados por suas resistências, são interligados através de uma ponte de

Wheatstone, como mostra a Figura 5.8.

Figura 5.8 - Ponte Wheatstone, com quatro extensômetros ativos.

Fonte: O autor.

A Ponte de Wheatstone converte a variação das resistências em valores de tensão. Os

quatro extensômetros ativos exerce papel fundamental na compensação de temperatura e no

aumento de sensibilidade, características comprovadas por seu equacionamento.

Considerando que a ponte é excitada através da tensão Vs, qualquer variação nas resistências

irá provocar uma variação na tensão Vg. Analisando o circuito da ponte, tem-se que:

3

3 4

1R

v VsR R

(5.6)

2

1 2

2R

v VsR R

(5.7)

3 2

3 4 1 2

1 2R R

Vg v v VsR R R R

(5.8)

Como 1 3 2 4R R R R (todos extensômetros tem resistência de 120,2Ω), então uma

variação em Vg pode ser expressa como:


31 2 1 2 4

2

1 2 3 41 2

RR R R R RVg

Vs R R R RR R

(5.9)

Considerando Δ /

εG

R RK , logo:

1 2 3 44

Vg Kg

Vs

(5.10)

Note que na Equação 5.10 as deformações ( 1 2 3 4 ) possuem sinais trocados,

devido ao fato que uma deformação positiva nos extensômetros 1 e 3, provocará uma

deformação negativa em 2 e 4.

A utilização dos quatros extensômetros ativos, em ponte completa, elimina os efeitos da

variação de temperatura ambiente. A deformação sofrida pelos extensômetros frontais R1F e

R2F, devido à dilatação térmica da haste, é compensada pelos extensômetros traseiros, R1T e

R2T.

5.2 - Circuito de condicionamento de sinais

Como demonstrado, a tensão gerada pela deformação dos sensores (Vg) representa uma

parcela da tensão Vs. Assim, para a excitação da ponte de extensômetros, o valor de Vs

utilizado foi de 5V.

Para justificar a necessidade de um circuito de condicionamento dos sinais, considera-se

que o valor de Vg atinge valor máximo de 15 mV quando submetido a uma de força de

aproximadamente 30N. Este valor é superior às forças provocadas pelo vento, mesmo quando

os ventiladores operam em máxima rotação.

Se para forças de 30N os valores de tensão Vg são de aproximadamente 15 mV, então a

sensibilidade teórica S seria:

302

15N

mV

NS

mV

(5.11)


Considerando que os conversores A/D, utilizados no projeto, possuem uma faixa

dinâmica de 0 a 5 V, com 10 bits de resolução (0 a 1023). Então, o mínimo valor de tensão

detectável é de 4,88 mV. Como a sensibilidade do sensor é 2 N/mV, automaticamente o

mínimo sinal detectado pelo A/D representaria 9,76 N. Na prática, acarretaria uma imprecisão

extremamente alta. Portanto, para aumentar a sensibilidade do sensor, foi necessário

implementar um estágio de amplificação do sinal Vg.

Assim, projetou-se um hardware composto de circuitos para excitação, amplificação,

conversão A/D e interfaceamento dos sinais dos três sensores. Além do hardware, foi

desenvolvido um software para análise e tratamento dos dados que será detalhado na seção

5.5. Na Figura 5.9 mostra-se um diagrama resumindo as funcionalidades do hardware e do

software.

Figura 5.9 - Funções do hardware e software desenvolvido para tratamento dos sinais.

Fonte: O autor.

O hardware é composto de um circuito de excitação para as pontes dos extensômetros

de cada sensor da Figura 5.9. As pontes são excitadas com tensão de 5V, através de um

regulador de tensão linear 7805. O regulador recebe, como entrada, uma tensão de 12 V de

uma bateria. Capacitores foram utilizados na entrada e na saída do regulador de tensão para

melhor estabilizar a tensão de excitação.

Para o circuito de amplificação foram utilizados três circuitos integrados INA122, um

para cada sensor. O INA122 é um amplificador de precisão com características importantes

contra os efeitos da temperatura e ruídos. Além disso, não necessita de alimentação simétrica,

o que possibilita seu funcionamento apenas com uma fonte simples. No projeto, o INA122 foi

alimentado com 12V (Vcc). Na Figura 5.10 mostra-se o esquemático de ligação da placa de

condicionamento de sinais.


Figura 5.10 - Esquemático do circuito de condicionamento de sinais dos sensores.

Fonte: O autor.

De acordo com a Figura 5.10, o regulador 7805 fornece o barramento de 5V, necessário

para alimentação dos conectores J6, J7 e J8 que excitam os sensores 1, 2 e 3 com Vs.

Os conectores J3, J4 e J5 recebem os valores de tensão Vg de cada sensor. As tensões

são amplificadas através de U1, U2 e U3 (INA122). Por ser um amplificador diferencial, o

INA122 amplifica Vg e gera uma tensão de saída simples, referenciada ao GND. De acordo

com sua folha de dados, o ganho (G) do INA122 é dado pela relação entre (VO) e (VI):

200 Ω5 O

G I

VkG

R V

(5.12)

onde VI é a tensão de entrada e VO é a tensão de saída. No caso da Figura 5.10, tem-se:


IV Vg (5.13)

1, 2, 3 GR R R R (5.14)

Utilizando resistores de 680Ω, obtemos:

200 Ω5 300

680Ω

k VGV

(5.15)

As saídas dos amplificadores são disponibilizadas nos pinos do conector J2, como

indica Figura 5.10. Foram utilizados resistores de precisão de 680Ω ± 1%. Ao regulador de

tensão 7805 foi acoplado um dissipador térmico. A placa de condicionamento de sinais

finalizada pode ser visualizada na Figura 5.11.

Figura 5.11 - Placa de condicionamento de sinais finalizada.

Fonte: O autor.

5.3 - Calibração dos sensores

A placa de condicionamento de sinal foi usada para a realização da calibração dos

sensores. Utilizando o osciloscópio Tektronix TDS 220, a calibração foi feita aplicando uma

força conhecida e coletando a tensão de saída do circuito amplificador. Como os

extensômetros foram colados manualmente nas hastes metálicas, cada sensor apresentou um

pequeno offset de tensão diferente na saída.


O aparecimento de offsets, também se explica pelo uso de amplificadores e resistores

diferentes, o que pode ter gerado ganhos diferentes para cada conjunto. (INA122 + Resistor

(RG)). Entretanto, os offsets medidos não atrapalharam o funcionamento e o processo de

calibração. A curva tensão x força para cada sensor pode ser vista no gráfico superior da

Figura 5.12.

Figura 5.12 - Curvas de calibração dos sensores.

Fonte: O autor.

O importante a se obter nestas curvas força x tensão é sua inclinação. Essa derivada é

utilizada para estimar tanto o erro na aquisição do conversor A/D, quanto os limites máximos

de força que podem ser aplicadas sem danificar o conversor. Além disso, o valor da inclinação

indica a sensibilidade do sensor em N/mV.

A Figura 5.13 mostra o processo de calibração, com a adição de diferentes massas

padrão sobrepostas à haste do sensor.


Figura 5.13 - Processo de calibração.

Fonte: O autor.

5.4 - Aquisição dos dados via microcontrolador

Para a leitura dos sensores, utilizou-se a placa de desenvolvimento Arduino Uno R3. O

microcontrolador, incorporado ao Arduino UNO, é o ATMEGA328-PU. O Arduino possui

linguagem e compilador próprio, o que o torna uma ferramenta de desenvolvimento simples e

funcional.

O ATMEGA328 possui 14 pinos de I/O e 6 pinos de entradas analógicas e contém

32KB de memória Flash e 2KB de SRAM. Além disso, conta com uma capacidade de

armazenamento em memória EEPROM de 1 KB. Interligado na placa do Arduino, o

microcontrolador trabalha com um clock externo de 16 MHz e conta com os protocolos de

comunicação UART, SPI e I2C. O Arduino UNO pode ser visualizado na Figura 5.14.


Figura 5.14 - Placa de desenvolvimento Arduino Uno.

Fonte: http://www.adafruit.com/blog/2012/05/25/handy-arduino-r3-pinout-diagram/

Através de um conversor serial UART-USB, o Arduino permite a comunicação entre o

microcontrolador e o computador.

O ATMEGA328 possui um conversor A/D de 10 bits, com faixa dinâmica de 0 a 5V.

Considerando a relação entre a tensão e a força do sensor 1, conforme o gráfico da Figura

5.12, tem-se:

0,159( )CorrigidaV F

(5.16)

na qual CorrigidaV é a tensão gerada pelo amplificador em Volts e F a força em Newtons. Como

há uma tensão de offset nos sensores, então:

Corrigida Medida offsetV V V

(5.17)

Utilizando o conversor A/D do ATMEGA328, sabe-se que a relação entre o valor da

tensão (Vmedida) e o valor digital (D) é dada pela Equação 5.18:

5

1023MedidaV D

, logo: (5.18)

http://www.adafruit.com/blog/2012/05/25/handy-arduino-r3-pinout-diagram/


5

1023offset offsetV D

(5.19)

Assim,

5

1023 0,0307( )0,159 0,159 0,159

offsetcorrigida medida offset

offset

D DV V VForça D D

(5.20)

A Equação 5.20 mostra a relação entre a força medida o valor digital gerado pelo

conversor A/D. Nota-se que o conversor possui passos de 4,88 mV. Ou seja, valores de tensão

menores que 4,88 mV não incrementam o valor digital do conversor. Sendo assim, a mínima

variação do valor digital representa 0,03N de força aplicada. Logo, o erro percentual na leitura

do Sensor1 é dado pela Equação 5.21.

0,03(%) *100

Medida

NErro

Força

(5.21)

Para uma força de 1N, o erro representa menos de 3% da medida. Já para forças acima

de 10N, o erro representa, aproximadamente, 0,3%.

Como demostrado, o ATMEGA328 garante um erro muito baixo para a amplitude de

forças medidas, sendo assim, não se fez necessário o uso de conversor A/D externo de maior

resolução.

A conexão entre a placa de condicionamento de sinais e o microcontrolador foi feita

através de um cabo de três vias (conector J2, Figura 5.10). Os sinais dos três amplificadores

são ligados aos pinos de entrada do conversor A/D. Na Figura 5.14, estes pinos são

identificados como A0, A1 e A2. A Figura 5.15, mostra a caixa suporte com a placa de

condicionamento de sinal e o Arduino instalados para uso durante os ensaios.


Figura 5.15 - Placa de condicionamento de sinais interligada com o Arduino.

Fonte: O autor.

5.5 - Comunicação entre o Arduino e o computador.

A conexão entre o software e hardware, exigiu a criação de um protocolo simples de

comunicação. O protocolo é utilizado no envio de palavras (strings) ou cadeia de caracteres,

via interface serial entre o computador e o microcontrolador. Graças ao circuito integrado

FTD15

presente no Arduino, é possível realizar a comunicação serial entre o microcontrolador

(UART) e o computador (USB). O baud rate configurado para a aplicação é de 115200 bps.

O microcontrolador aguarda comandos vindos do computador para a manipulação das

informações dos sensores. Os comandos básicos utilizados no protocolo podem ser divididos

em duas categorias. A primeira categoria aborda os comandos enviados pelo computador ao

Arduino. São eles:

IDADOF – o microcontrolador inicia o processo de leitura e envio das informações.

IPARAF – o microcontrolador para o processo de envio e zera o contador de amostras.

15 Future Technology Devices International, normalmente conhecida por suas iniciais, FTDI, é

uma empresa escocesa criadora de dispositivos semicondutores, especializada em tecnologia USB. Ela

desenvolve, manufatura chips e drivers relacionados a conversão de RS-232 ou TTL para sinais USB. Fonte:

Wikipedia - http://pt.wikipedia.org/wiki/FTDI


Os caracteres I e F são apenas caracteres delimitadores que ajudam o microcontrolador

a identificar os comandos.

A segunda categoria refere-se à string com valores das tensões discretizados dos

sensores, enviadas pelo microcontrolador. Esses valores são organizados em quatro campos

separados por vírgula e agrupados com o seguinte formato:

IV1, V2, V3, AMF

O campo V1 indica tensão a tensão Vg, gerada pelo Sensor1 e discretizada pelo

conversor A/D. Analogamente, se segue para V2 e V3. Os campos V1, V2 e V3 são números

inteiros entre 0 e 1023.

O campo AM indica o valor de um contador. Para cada string enviada, o valor do

contador é incrementado. A utilidade deste contador será explicada posteriormente.

Sistematicamente, o microcontrolador aguarda o comando IDADOF. Quando recebido,

entra em “loop”, lendo e enviando os valores dos sensores. Quando o software envia o

comando IPARAF, o microcontrolador fecha o ciclo de leitura e cessa o envio das

informações e automaticamente é zerado o contador de amostras.

O ATMEGA328 possui baixa custo e mostrou um desempenho satisfatório para esta

aplicação. Alguns testes realizados indicaram que o processo de leitura e montagem da string

leva apenas 2ms. Porém, logo após o comando de envio, é preciso adicionar um atraso de

10ms, antes que o ciclo se repita. Assim, o ciclo de leitura e envio totaliza 12ms, permitindo

uma taxa de amostragem máxima para o software de 86Hz .

Caso o atraso, inserido após o envio dos dados, seja menor que 10ms, a comunicação

serial com o computador se torna muito instável, podendo até provocar travamentos no

microcontrolador. O menor valor do atraso foi encontrado empiricamente, em uma série de

testes.

Uma possível solução para o aumento da taxa de amostragem seria o envio de um

volume maior de informações por string. Ao invés de enviar uma leitura por string, o

microcontrolador poderia armazenar um grupo de mais valores e enviar o pacote ao

computador. Isso garantiria uma taxa de amostragem mais elevada ao software. Entretanto,

para esta aplicação, os 86Hz alcançados, conseguiu suprir satisfatoriamente as necessidades


do projeto. É importante compreender, que essa taxa de amostragem é válida para cada

sensor, visto que as strings transportam as leituras dos três sensores simultaneamente.

A Figura 5.16 mostra as informações lidas pelo microcontrolador quando enviadas para

o computador. Destaque para o formato das linhas recebidas, conforme explicado

anteriormente.

Figura 5.16 - Comunicação serial entre o hardware e o computador.

Fonte: O autor.

5.6 - O software de análise dos ensaios hidrodinâmicos.

Conforme exposto na metodologia dos ensaios, as únicas grandezas medidas no ensaio

no túnel de vento são as forças provocadas pelo vento na embarcação. Em conjunto com as

velocidades médias do vento, mapeadas no túnel, as forças permitem os cálculos dos

coeficientes de arrasto e do número de Reynolds, parâmetros essenciais para o modelamento

do sistema de aproximação.

Para facilitar a realização desses ensaios, todo o processo de aquisição e interpretação

das informações é feito via software. O software, desenvolvido exclusivamente para esta

finalidade, foi construído utilizando a ferramenta Embarcadero Delphi XE.


No início de seu desenvolvimento, o principal objetivo era a visualização gráfica das

forças aplicadas nos sensores. Porém, além da medição das forças, o software também

calcula, ao final de cada ensaio, os parâmetros hidrodinâmicos da embarcação.

Isso tudo é feito através da comunicação serial com o microcontrolador. Cada string de

dados recebida é decomposta, e a partir do valor discretizado de tensão de cada sensor, é

realizada toda a análise dos sinais. Para facilitar o entendimento, as funções realizadas pelo

software serão divididas em etapas.

Ao se executar o software, um formulário com diversas informações é disposto na tela

do computador. A Figura 5.17 mostra o formulário principal.

Figura 5.17 - Formulário principal do software para ensaios hidrodinâmicos.

Fonte: O autor.

Como o sistema foi desenvolvido para trabalhar em resolução Full HD (1920x1080), a

imagem se torna muito grande para se observar todos os detalhes através da Figura 5.17.

Sendo assim, conforme as explicações forem avançando, imagens setorizadas do software

serão mostradas, para facilitar a visualização.

Compondo a região superior do formulário, está localizada uma barra de ferramentas

com os botões de comandos. Conforme se observa na Figura 5.18.


Figura 5.18 - Barra de ferramentas do software para ensaios.

Fonte: O autor.

Da esquerda para direita, o primeiro botão, “Ativa Sensores”, é responsável pelo envio

do comando “IDADOF” para o microcontrolador. Assim que pressionado, o software inicia o

recebimento das informações em uma taxa de 86 amostras por segundo.

O segundo botão, “Desativa Sensores”, envia o comando “IPARAF” para o

microcontrolador, interrompendo o envio dos dados.

O botão, “Novo Ensaio”, abre um segundo formulário onde é possível configurar e

iniciar um ensaio. Dentre as configurações, estão a velocidade dos motores, e o número do

ensaio. Posteriormente, este procedimento será detalhado.

Os botões “Start Vento” e “Stop Vento” são utilizados para ativar/desativar o

recebimento dos valores de velocidade e direção do vento, providos pelo anemômetro. Com

essas funcionalidades, o software auxiliou no mapeamento do vento no interior do túnel,

procedimento este, descrito no Capítulo 4 deste trabalho.

O botão “Corrige Offset” exerce uma função essencial. Antes de se iniciar um ensaio, os

valores dos offsets de tensão dos sensores devem ser amostrados. Com isso, o sistema

consegue calcular adequadamente o valor das forças a partir das curvas de calibração. Quando

o botão “Corrige Offset” é acionado, é feita a leitura de 1000 amostras de cada sensor (1000

strings). Durante este procedimento, a embarcação não pode ter contato com nenhum dos três

sensores, já que o valor de offset indica o valor zero de força aplicada. Assim, para cada

sensor, o offset é tomado como a média das 1000 amostras com o sistema em “vazio”.

Mesmo não tendo força aplicada, o offset pode variar somente com a mudança de

posição dos sensores. Isso ocorre pelo fato que a calibração é feita na posição horizontal,

então, o peso do próprio pino metálico exerce uma força diretamente no eixo de detecção dos

extensômetros. Por outro lado, no interior do túnel, os sensores são fixados no suporte em

posição vertical. Neste caso, o valor da força exercida pelo pino já não atua diretamente no

eixo de detecção dos extensômetros, o que torna o offset menor.


Além da posição e do peso do próprio pino, os sensores também sofrem com os ruídos

provocados pelos inversores. Utilizados para controle de velocidade dos ventiladores, os

inversores geram interferências eletromagnéticas intensas. Tais ruídos, se não minimizados,

podem atrapalhar a precisão das medidas. Para minimizar esse efeito, cabos blindados foram

utilizados na conexão dos sensores com o hardware de condicionamento de sinais. Núcleos de

ferrite foram instalados junto às extremidades dos cabos. Todos estes procedimentos ajudaram

na minimização dos ruídos, porém o que mais surtiu efeito foi à retirada dos cabos do contato

com a água do tanque. Contudo, apesar de ainda existirem, os ruídos não afetam,

significativamente, a precisão e validade das medidas. Todavia, para cada ensaio realizado, a

correção do offset é essencial.

O último botão da barra de ferramentas, “Taxa de Amostragem”, realiza a verificação

da taxa de amostragem atingida na comunicação com o microcontrolador. Através do valor do

contador embutido na string de dados, o software calcula a real taxa de recebimento. Quando

acionado, o software salva o valor do contador da última string e, após 5 segundos, realiza

uma nova verificação. Com a diferença entre os valores do contador das strings, calcula-se o

número de amostras coletadas naquele período. É através do contador que o software verifica

se não ouve perda de informações durante a transmissão.

5.6.1 - Gráfico das forças em tempo real.

Uma vez iniciada a recepção, o software realiza a interpretação dos dados recebidos.

Num primeiro estágio, é feita a decomposição das strings, separando os valores de cada

sensor. A fim de minimizar pequenas oscilações, a cada cinco amostras recebidas, o software

calcula uma média. Com os valores médios, são estimadas as forças em cada sensor através

das curvas de calibração. As equações de conversão de tensão para forças dos três sensores

são:

1 1 10,0307( )offsetForça D D (5.21)

2 2 20,0373( )offsetForça D D (5.22)

3 3 30,0280( )offsetForça D D (5.23)


na qual, Doffset são os valores de offset, coletados através do botão “Corrige Offset”. Desta

forma, o software consegue plotar 17 valores de força por segundo (86Hz/5). A Figura 5.19

mostra os gráficos de força durante um ensaio hidrodinâmico.

Figura 5.19 - Forças do vento na embarcação. Sensores 1 e 2, laterais.

Fonte: O autor.

A cada 300 valores de forças, o software limpa a área do gráfico. Assim, quando o

sinal alcança a extremidade direita, ele é deslocado de volta à extremidade esquerda,

provocando efeito similar ao da tela de um osciloscópio.

5.6.2 - Configurações dos parâmetros para os ensaios.

Para a realização dos ensaios, vários parâmetros devem ser configurados para que o

software consiga calcular corretamente os valores dos coeficientes de arrasto e número de

Reynolds. Portanto, uma aba no formulário principal foi desenvolvida para que as

configurações e parâmetros envolvidos possam ser inseridos ou alterados. A Figura 5.20

mostra a aba de configuração do software.


Figura 5.20 - Formulário de parâmetros e configuração do software.

Fonte: O autor.

Conforme a Figura 5.20, observa-se o grupo de configuração das portas seriais. No

campo “Porta 2D Sônico” são definidas a porta de comunicação serial e o baudrate para a

conexão com o anemômetro.

No campo “Porta StrainGage” são definidas a porta serial e o baudrate para a conexão

com o Arduino para a recepção dos dados dos sensores.

Os grupos “Sensor 1”, “Sensor 2” e “Sensor 3” permitem os ajustes manuais do offsets

e do coeficiente angular da curva de calibração. Os coeficientes angulares, conforme visto

anteriormente, são utilizados para o cálculo da força em função da tensão gerada pelos

sensores. Dessa forma, caso algum sensor se danifique, não é necessário alterar o código fonte

do software para inserir os dados de um novo sensor substituto. Os valores de offset são

atualizados a cada procedimento de correção, realizado através do botão “Corrige Offset”.

O grupo “Equação do vento” permite a alteração da função utilizada pelo software para

a estimativa do vento médio em função da rotação dos ventiladores. Essa equação é definida

de acordo com o mapeamento do túnel. Com essa flexibilidade, se uma alteração estrutural no

túnel obrigar a realização de um novo mapeamento de vento, essa curva pode ser alterada

facilmente. Além disso, conhecendo a rotação dos ventiladores não há a necessidade de

monitorar o vento em tempo real durante o ensaio.

O grupo “Embarcação” reúne os valores das variáveis usadas para os cálculos dos

coeficientes de arrasto e número de Reynolds. Dentre elas, estão as dimensões reais do


modelo reduzido. Com os valores do calado do empurrador e da chata, o software calcula a

área vélica lateral e longitudinal do comboio. Isso é feito através de uma função desenvolvida

especificamente para o modelo reduzido, relacionando área vélica em função de calado.

5.6.3 - Análise dos ensaios de forças.

Vale lembrar que a somatória das forças medidas pelos sensores 1 e 2 compõe a força

total lateral provocada pelo vento na embarcação, enquanto as medidas de força do sensor 3

compõe diretamente a força longitudinal.

O fato de o modelo reduzido flutuar sobre a água e encostar livremente nos sensores,

somado ao estado de agitação d’água atuando sobre a superfície líquida, provoca o

aparecimento de oscilações na estrutura do comboio cujas forças são capturadas pelos

sensores. Essas oscilações resultam num sinal de força semelhante ao de uma senoíde. Isso se

explica pelo efeito de reação do sensor quando submetido a uma força.

Em outras palavras, a embarcação, pelo efeito do vento, é pressionada contra o sensor

fletindo sua haste metálica. Se a força aplicada manter a mesma intensidade, o sensor manterá

sua haste flexionada e a força amostrada será constante. Em função das oscilações geradas na

água e as pequenas variações de pressão do ar, a reação da haste perante a força aplicada,

empurra a embarcação, afastando-a do sensor. Esse efeito é semelhante ao de uma mola, já

que a haste metálica, operando em sua região elástica, tende a retornar a sua posição inicial.

Diante disso, foi necessário elaborar uma maneira de quantificar a força aplicada nos

sensores, mesmo sobre a ação desse efeito. Primeiramente, considerou-se que a força aplicada

no sensor pode ser representada pelo valor médio do sinal, o que intuitivamente pode parecer

correto. Porém, com uma análise mais refinada, uma nova abordagem pôde ser feita para

solucionar essa questão.

Observando o comportamento dos sensores durante os ensaios, algumas considerações

podem ser feitas. Quando a força detectada em um sensor atinge o valor zero, conclui-se que a

embarcação não está em contato com o sensor. Esse efeito aparece normalmente em baixas

velocidades de vento. A forma de onda do sinal de força, para este caso, é pulsada, alternando

entre valores de pico e zeros. A Figura 5.21 mostra esse comportamento.


Figura 5.21 - Forma de onda de força detectada na embarcação.

Fonte: O autor.

No caso do sinal da Figura 5.21, tomar o valor médio da onda, pode não representar

adequadamente o correto valor da força aplicada. Basta analisar que na média, os valores de

zero, atenuam as forças máximas (picos). Portanto, os instantes em que a embarcação não toca

o sensor também são levados em consideração. Deve estar claro que, se a embarcação não

sofresse oscilações provocadas pela água (ondas) e que o fluxo de vento fosse uniforme ao

longo da área velica, a embarcação não se afastaria em nenhum momento do sensor, e

logicamente, a força não atingiria o valor zero.

Cabe ressaltar, que a embarcação desloca a haste dos sensores apenas alguns

milímetros, sendo assim, visualmente, é quase imperceptível detectar os instantes em que a

embarcação não está em contato com o sensor.

A fim de garantir uma análise mais fiel ao fenômeno físico, implantou-se um algoritmo

de detecção de picos. Desta forma, a força resultante é considerada como a média dos picos

dos sinais. A Figura 5.22 mostra os picos identificados de um sinal.

Figura 5.22 - Detecção de picos de forças.

Fonte: O autor.


O software consegue identificar um pico a partir da derivada ou taxa de variação, entre

uma amostra atual e uma passada. Para cada amostra recebida é feita uma comparação entre o

valor atual e o anterior. Caso o valor atual for maior que o anterior, o sistema associa um

status de subida ao sinal. Caso o valor atual seja igual ao anterior, o sistema associa um status

de parada. Quando o valor atual é menor que o anterior, o sistema associa um status de

descida.

Porém, na prática, é necessário considerar uma margem de variação mínima para a

detecção dos status de subida, descida ou parado. Essa taxa de variação é definida pelo

módulo da diferença das duas amostras analisadas.

Por exemplo, utilizando uma variação de 0,3N o sistema só associa o status de subida

quando a amostra atual for pelo menos 0,3N maior que a amostra anterior. Isso segue para a

detecção de descida. Quando a variação entre as amostras for menor que 0,3N, o sistema

associa o status de parada ao sinal. A Figura 5.23 exemplifica o entendimento, através de um

exemplo de sinal capturado.

Figura 5.23 - Funcionamento do algoritmo de detecção de picos.

Fonte: O autor

Observe pela Figura 5.23, que o status do sinal pode variar a cada amostra recebida. A

variação entre a amostra 0 e 1 foi superior a 0,3 N, assim, no instante do recebimento da

amostra 1 o sistema associa o status de subida. Já a variação entre as amostras 2 e 3 não é

superior a 0,3N , sendo assim, logo após receber a amostra 3, o sistema associa o status de


parada. Isso se repete para todas as amostras do ensaio. Observa-se que na amostra 5 foi

detectada uma descida, e como o status anterior era de parada, o sistema registra naquele

instante uma nova descida. Posteriormente, as amostras 6, 7,8 e 9 não representam uma nova

descida, apenas uma continuação daquela detectada anteriormente. A marcação ou status de

nova descida deixa de ser verdadeira quando após uma descida, o sinal volta a subir, o que

ocorre, por exemplo, na amostra 9.

A taxa de variação é um parâmetro que permite adaptar a detecção de picos para sinais

de baixas e altas amplitudes. Para ventos de baixa intensidade, as amplitudes de forças

atingidas são relativamente baixas, assim, deve se utilizar uma baixa taxa de variação. Em

altas rotações, onde os sinais atingem amplitudes altas, pode-se aumentar a taxa de variação

para que somente variações significativas sejam detectadas como picos.

A partir da detecção de uma nova descida, o software busca o valor da amostra anterior,

e identifica um pico. Durante o ensaio, as duplas (número da amostra, valor de pico) são

inseridas em listas individuais para cada sensor. Se um pico de 10N do sensor 1 é identificado

na amostra 150, o sistema lança em sua lista a dupla “150,10”. O intuito de se registrar valor

do pico juntamente com o número da amostra será compreendido posteriormente. A Figura

5.24 mostra um exemplo das listas de picos dos três sensores, durante um ensaio.

Figura 5.24 - Exemplo de picos detectados nos sensores.

Fonte: O autor.

Conforme citado no início desta seção, a força lateral é composta pela somatória das

forças dos sensores 1 e 2. Para fins experimentais, o software armazena tanto a média dos

sinais quanto as médias dos picos de cada sensor. Contudo, uma consideração importante

deve ser feita na composição da força total lateral.


Quando se observa, simultaneamente, os sinais dos sensores 1 e 2, percebe-se que eles

oscilam defasadamente. Quando a haste flexionada de um sensor empurra a embarcação

contra o vento, a força medida pelo outro sensor, no mesmo eixo lateral, sofre uma alteração.

Isto se torna mais compreensível recordando que no eixo lateral, os dois sensores exercem a

função de pontos de apoio para a embarcação. Assim, se um dos sensores reagir com força

contrária a da atuação do vento, a tendência é que o outro sensor tenha uma flexão ainda

maior. Ou seja, para manter a somatória dos dois constantes, um alívio de carga em um,

provocará um aumento de carga no outro. Esse comportamento, similar a uma gangorra é

detectado pelo defasamento entre os sinais dos sensores. A Figura 5.25 mostra os sinais dos

sensores durante um ensaio. Os sensores 1, 2 e 3 estão representados pelas cores, azul,

vermelho e roxo, respectivamente.

Figura 5.25 - Forças medidas para os sensores 1, 2 e 3.

Fonte: O autor.

Após análises, conclui-se que a melhor representação para a força total lateral seria a

soma dos picos, dos sensores 1 e 2, que ocorressem ao mesmo instante. Ou seja, neste caso, a

força provocada pelo vento na embarcação empurra simultaneamente os dois sensores até

valores máximos. Identificando o máximo de força em cada um deles, a força lateral total será

composta pela soma do pico do sensor1 com o pico do sensor2. Este evento é identificado

como pico simultâneo.

Em virtude das variações do fluxo de ar e das ondas geradas sobre a água, esses eventos

ocorrem com frequências variadas e dependem da velocidade do vento e da incidência de

ondas na embarcação.

O aumento da rotação dos ventiladores faz com que as forças oscilem com mais

frequência e, consequentemente, os picos simultâneos são detectados mais rapidamente.

O que se verifica na detecção de picos simultâneos é o número da amostra associada a

cada um deles. Por exemplo, se um pico do sensor 1 ocorrer na amostra 80 e um pico do

sensor 2 ocorrer na amostra 80, entende-se que foram simultâneos. Porém, em intervalo


temporal, a distância entre duas amostras consecutivas equivale a menos de 60ms, o que,

relativamente, é um curto espaço de tempo. Aumentando a tolerância para um intervalo de

180ms, o software busca picos simultâneos ocorridos entre 3 amostras. Aqui se encerra as

funcionalidades do contador de amostras (incluído nas strings). Só a partir dele é que se pode

analisar os sinais dos três sensores na mesma base de tempo.

Na Figura 5.26, pode-se observar uma simulação explicativa para detecção de picos

simultâneos com tolerância máxima entre picos de 60ms (1 amostra).

Figura 5.26 - Detecção de picos simultâneos.

Fonte: O autor.

Conforme a Figura 5.26, a variação de tempo entre a ocorrência dos picos detectados

nas amostras 4 e 6 foi de 120ms. Esse valor é superior ao máximo tolerado (60ms). Sendo

assim, este evento não foi detectado como pico simultâneo. Já entre as amostras 13 e 14, a

variação de tempo é de 60ms entre os picos dos sinais dos sensores 1 e 2, indicando um pico

simultâneo.

Para o valor da força longitudinal, é a feito a média dos picos detectados no sensor 3.

Neste caso, o software também armazena os valores médios de força do sinal do sensor 3.

5.6.4 - Início de um novo ensaio.

De acordo com a metodologia envolvida na detecção de picos, o início de um ensaio

exige a configuração de três parâmetros importantes. O primeiro deles é a distância máxima


entre picos. Este valor define quantas amostras entre os picos dos sensores 1 e 2 são aceitas

para se considerar um pico simultâneo. Usualmente, utiliza-se o valor de três amostras. O

segundo parâmetro é o número de eventos de picos simultâneos, que delimita a duração do

ensaio. Ele indica quantos picos simultâneos devem ser detectados para a finalização do

ensaio. O terceiro, e último parâmetro, é a taxa de variação para detecção de picos, associada

à sensibilidade da detecção de picos.

Para garantir a consistência dos resultados, foi definido que os ensaios hidrodinâmicos

devem ser repetidos 5 vezes para cada rotação selecionada dos ventiladores. Os cinco ensaios

garantem um número de dados suficiente para a extração do valor médio da força do vento na

embarcação.

O início do ensaio hidrodinâmico é feito através do botão “Novo Ensaio”. Um

formulário de configuração, Figura 5.27, é mostrado ao usuário.

Figura 5.27 - Formulário de configuração no início do ensaio.

Fonte: O autor.

Neste formulário, o usuário seleciona a rotação dos ventiladores. Automaticamente o

software indica qual o vento médio no interior do túnel. Logo após, define-se qual o número

do ensaio (1 a 5). Se a opção “Ensaio Contínuo” for selecionada, o software realizará os

cincos ensaios para a rotação definida, sem a necessidade de intervenção do usuário. Caso a

opção não seja selecionada, o software realizará somente um ensaio, de acordo com o número

selecionado.


5.6.5 - Registro dos ensaios hidrodinâmicos.

A cada ensaio finalizado, o software automaticamente armazena os resultados em um

arquivo do Microsoft Excel. Cada ensaio é salvo em uma planilha com uma nomenclatura

pré-definida. Por exemplo, o ensaio número 4, da rotação 1400 RPM, será salvo em uma

planilha nomeada por “1400_4”. As informações que os ensaios armazenam podem ser

visualizadas na planilha de exemplo, mostrada na Figura 5.28.

Figura 5.28 - Arquivo de resultados de um ensaio realizado em 25/02/2013

Fonte: O autor.

Capítulo 6 – Análise dos resultados 116

6 - Análise dos resultados

Diversos ensaios preliminares foram realizados para o aperfeiçoamento do túnel de

vento e instrumentação (Software e Hardware). Após a concepção de uma metodologia bem

definida, da maturação da instrumentação eletrônica e da análise dos sinais, foi dado início ao

processo de coleta de dados.

Os primeiros ensaios foram realizados para ângulo de incidência de vento igual a 90º.

Com este ângulo, os ventos provocam o aparecimento somente de forças laterais na

embarcação.

Como é sabido, as componentes de forças laterais (FY) podem provocar efeitos

indesejáveis durante a navegação, provocando alterações de rota e consequentemente, a perda

do controle da embarcação por parte dos comandantes. Estes efeitos aumentam o risco de

acidentes durantes as manobras de aproximação em pontes e em entradas de eclusas.

Considerando estes aspectos, os ensaios realizados para o desenvolvimento do modelo

hidrodinâmico terão como principal alvo, os coeficientes de arrasto laterais (CDy).

6.1 – Coeficientes de arrastos laterais para ângulos de incidência de vento igual a 90º

Inicialmente, foram realizados três ensaios para o ângulo de incidência de 90º, nos dias

15, 16 e 17 de abril do ano de 2013. Os três experimentos foram feitos com as mesmas

condições de contorno, ou seja, com a embarcação na mesma posição e com o nível da água

mantido em 33 cm no túnel de vento.

Os resultados brutos dos ensaios hidrodinâmicos podem ser visualizados nas planilhas

do APENDICE B. Eles estão organizados em tabelas com os valores médios dos cincos

ensaios de cada rotação. Todos os ensaios analisados partiram da rotação mínima de 500 RPM

dos ventiladores, atingindo 2600 RPM máximos, sempre com incrementos de 100 RPM.

As curvas Força x Velocidade do Vento, dos três ensaios, foram plotadas no mesmo

gráfico para verificação de repetitividade dos valores, conforme mostrado na Figura 6.1.


Figura 6.1 - Força x Velocidade do Vento. Valores dos três ensaios para ângulo de 90º.

Fonte: O autor.

Conforme esperado pela teoria, as curvas possuem tendência polinomial de segunda

ordem. Tomando a média de força para cada rotação (vento) foi plotado uma nova curva,

representando a média dos três ensaios. Assim, foi levantada a linha de tendência para as

forças. A Figura 6.2 mostra os dados médios dos ensaios, bem como sua linha de tendência.


Figura 6.2 - Forças médias e equação de ajusta da linha de tendência.

Fonte: O autor.

Observa-se, na Figura 6.2, que a linha de tendência pode ser representada pela Equação

6.1.

2( ) 0,31* 0,19* 0,2Força Vento Vento Vento (6.1)

Na qual a força é dada em Newtons (N) e o Vento em m/s. Com base na Equação 6.1,

foram realizados os cálculos para o coeficiente de arrasto (CDy) e número de Reynolds (Rey),

conforme mostra a Figura 6.3.


Figura 6.3 - Coeficiente de Arrasto para ângulo de incidência do vento de 90º.

Fonte: O autor.

A curva apresentada na Figura 6.3 indica que o valor do coeficiente de arrasto tende a

se estabilizar próximo a 1.35 (adimensional) para vento máximo de 12 m/s. Este valor

representa o coeficiente de arrasto lateral (CDy) que pode ser utilizado para estimar a forças

provocadas pelo vento numa embarcação real. Neste caso pode-se afirmar que a semelhança

hidrodinâmica entre o modelo e a embarcação real está muito próxima.

6.2 - Coefieicnetes de arrastos laterais para todos os ângulos de incidência de vento.

Seguindo a mesma metodologia, realizaram-se os ensaios a fim de encontrar os

coeficientes de arrasto para todos os ângulos de incidência de vento entre 0º a 180º. Isto se

justifica pelo fato de que, para cada ângulo, as áreas vélicas da embarcação se “alteram” em

relação à direção de incidência do vento. Consequentemente, existirão coeficientes de arrasto

para cada um deles.

Os resultados das curvas Força x Velocidade do Vento, para todos os ângulos, podem

ser analisados na Figura 6.4. Já as curvas interpoladas podem ser visualizadas na Figura 6.5.


Figura 6.4 – Curvas de forças para todos os ângulos de incidência de vento.

Fonte: O autor.


Figura 6.5 - Curvas de forças interpoladas para todos os ângulos de incidência de vento.

Fonte: O autor.

Cabe salientar, que os ensaios para ângulos de 10º e 170º não obtiveram resultados

satisfatórios em função da posição crítica em que o modelo de embarcação é disposto junto

aos sensores. Nestes ângulos, a embarcação “escorrega” paralelamente aos sensores,

comprometendo as medidas. Todavia, por serem ângulos onde as forças laterais (Fy) possuem


as menores magnitudes, foram adotados para os coeficientes de arrasto, valores médios

(interpolados).

Nos ângulos de 0º e 180º, as componentes de forças laterais (Fy) não possuem

magnitudes consideráveis, assim foram consideras como zero.

A partir dos resultados (Figura 6.5) foram determinadas as curvas dos coeficientes de

arrasto laterais em função do número de Reynolds. Os resultados podem ser observados na

Figura 6.6.

Figura 6.6 - CDy x Rey

Fonte: O autor.

Analisando as curvas individualmente, determinam-se os valores dos coeficientes de

arrasto laterais. Desta forma, relacionou-se, em uma só curva, os valores de CDy com os

ângulos de incidência do vento, conforme Figura 6.7.


Figura 6.7 - Coeficientes de arrasto laterais em função do ângulo de incidência do vento.

Fonte: O autor.

O gráfico da Figura 6.7 se torna o produto final dos ensaios hidrodinâmicos, uma vez

que relaciona todos os valores dos coeficientes de arrasto laterais em função dos ângulos de

incidência do vento na embarcação.

6.3 - Analise comparativa dos resultados.

Apesar de grande parte da metodologia utilizada neste trabalho possuir caráter

exclusivo, os resultados obtidos (Figura 6.7) se aproximaram de ensaios realizados em outros

trabalhos.

Wnek e Paço (2010) realizaram ensaios em túneis de vento em um modelo de

embarcação petrolífera, conforme Figura 6.8. Neste caso, (como é mais comum nesses

ensaios) não foi utilizado o modelo sob um tanque de água, evitando assim, qualquer os

efeitos da agitação de ondas. O modelo teve sua área vélica submetida a ventos incidindo

entre 0 º e 360 º. Os resultados experimentais para os coeficientes de arrasto laterais,

apresentados por Wnek e Paço (2010) podem ser visualizados na Figura 6.9.


Figura 6.8 - Modelo reduzido de uma embarcação petrolífera.

Fonte: Wnek e Paço (2010)

Figura 6.9 – Coeficientes de arrasto laterais - Wnek e Paço (2010).

Fonte: Wnek e Paço (2010)


Nihei, et al. (2010), em seu estudo experimental, muito semelhante ao proposto neste

trabalho, descrevem os efeitos dos ventos sobre navios de carga transportador de automóveis.

O modelo utilizado nos ensaios é visualizado na Figura 6.10. Neste caso, o autor apresenta

uma comparação entre um modelo teórico de estimativa de forças e os resultados de ensaios

experimentais. A semelhança entre o trabalho de Nihei (2010) e este, está na realização dos

ensaios hidrodinâmicos com o modelo sobre a água, conforme mostra o esquema da Figura

6.11. Os resultados para os coeficientes de arrastos laterais podem ser visualizados na Figura

6.12.

Figura 6.10 – Modelo de navio de carga transportador utilizado por Nihei (2010).

Fonte: Nihei (2010)

Figura 6.11 – Esquema para os ensaios propostos por Nihei (2010).

Fonte: Nihei (2010).


Figura 6.12 - Coeficientes de arrasto laterais obtidos por Nihei (2010).

Fonte: Nihei (2010).

Analisando os resultados obtidos por outros autores, percebe-se que os valores obtidos

nos ensaios realizados neste trabalho são coerentes, principalmente em magnitude dos

coeficientes de arrasto. Isso garante a exatidão na instrumentação desenvolvida neste trabalho,

uma vez que as dimensões das áreas vélicas dos modelos de embarcações são semelhantes e

assim como as forças provocadas pelo vento.

Como é esperado, a relação CDy x Ângulo de Vento, para cada tipo de embarcação,

deverá apresentar curvas diferentes, em virtude de suas particularidades estruturais e

geométricas.

Capítulo 7 – Conclusões 127

7 - Conclusões

O software de rastreamento de embarcações possui relevada importância na organização

e gestão do tráfego hidroviário. Suas funcionalidades, além de auxiliar o monitoramento das

embarcações, agregam segurança à hidrovia.

Com os algoritmos de previsão de chegada é possível criar premissas para elaboração de

um sistema de otimização do uso das eclusas, tornando o trafego mais rápido e eficiente. Os

benefícios financeiros que este sistema pode gerar são imensuráveis, principalmente agora,

com o constante aumento do número de embarcações na hidrovia Tietê-Paraná.

Além disso, futuramente, os algoritmos do sistema de rastreamento poderão compor o

sistema embarcado de auxilio em operação de eclusagens, gerando em tempo real,

informações relevantes aos navegantes, dentre elas: tempo de chegada a eclusas, boias de

sinalização, informações climatológicas, etc.

Em relação à plataforma eletrônica para ensaios hidrodinâmicos pode-se afirmar que os

esforços para a construção do túnel de vento e de sua instrumentação foram recompensados

de forma satisfatória. Apesar de rara, a configuração túnel-tanque se mostrou adequada para o

estudo dos efeitos do vento em modelos de embarcações.

Os resultados obtidos nos ensaios serão utilizados no modelo hidrodinâmico de

estimativa de forças em embarcações reais. Este modelo irá compor o S.E.C.A.E (Sistema

eletrônico computacional de auxílio em eclusagens) , proposto pelo P&D Sisnavega.

A análise dos resultados torna evidente a exatidão das medidas e do cálculo dos

coeficientes de arrasto, que deverão representar adequadamente o comportamento do vento

em uma embarcação real, típica da hidrovia Tietê-Paraná.

Através deste estudo serão determinados os limites de velocidades de vento que

inviabilizam uma manobra ou aproximação de uma embarcação em eclusas ou pontes. Assim,

órgãos competentes, poderão utilizar estes resultados como base para a normatização das

condições mínimas de navegação na hidrovia. Assunto este, já discutido em comitês da

hidrovia Tietê-Paraná.

Capítulo 7 – Conclusões 128

Por fim, ressalta-se a importância das pesquisas envolvendo tanto o monitoramento,

quanto a hidrodinâmica das embarcações. Somente com base nestes trabalhos, sistemas

inteligentes serão desenvolvidos para minimizar erros humanos e assegurar condições de

navegabilidade e segurança, tanto para as embarcações quanto para as estruturas presentes na

hidrovia.

Referências 129

Referências

AMORIM, A. E.; TROVATI, L. R.; MENDONÇA, E. T., Caracterização dos acidentes em

comboios da hidrovia Tietê-Paraná. In: SEMINÁRIO DE TRANSPORTE E

DESENVOLVIMENTO HIDROVIÁRIO INTERIOR - SOBENA HIDROVIÁRIO, 7, 2011,

Porto Alegre. Anais... Porto Alegre: Sobena, 2011. p. 1-8.

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flooded water on vehicle deck. In: INTERNATIONAL SOCIETY OF OFFSHORE AND

POLAR ENGINEERS, 20, 2002, Kitakyushu. Proceedings of the… Kitakyushu: ISOPE,

2002. p. 1-7, 2002. Disponível em: < http://www.nmri.go.jp/ocean2/staff/fujiwara_t/KT-

07.pdf>. Acesso em: 15 jan. 2013. p. 1-7, 2002.

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MACINTYRE, A. J. Bombas e instalações de bombeamento. Rio de Janeiro: Guanabara

Dois, 1980. 667 p.

NIHEI, Y.; LI, Q.; IKEDA, Y., An experimental study on wind loads acting on a trimaran

PCC. Journal of Marine Science and Application, Osaka, v. 9, n.2, p. 121–128, 2010.

PADOVEZI, C. D. Conceito de embarcações adaptadas à via aplicado à navegação

fluvial no Brasil. 2003. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo,

2003.

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Wiley, 2001. 587 p.

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acting on ships. In: Journal of the Society Naval Architects of Japan, Shibadaimon, v. 183,

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WNĘK, A.; PAÇO, A. Numerical and experimental analysis of the wind forces acting on

LNG carrier. In: EUROPEAN CONFERENCE ON COMPUTATIONAL FLUID

DYNAMICS - ECCOMAS CFD, 5, 2010, Lisboa. Conference of the... Lisboa: CFD, 2010.

Disponível em: < http://202.114.89.60/resource/pdf/4767.pdf>. Acesso em: 18 nov. 2013.

Apêndice A 130

Apêndice A

CÓDIGOS FONTES DAS PRINCIPAIS ROTINAS DO SISNAVEGA.

unit Unit_funcoes;

interface

uses

Windows,SysUtils, StrUtils, DateUtils, Math, MSHTML, Dialogs, Graphics,

Messages, Variants, Classes, Controls, Forms,

Grids, DBGrids, DB, StdCtrls, ExtCtrls, DBClient, cefvcl, IniFiles,

Registry;

function DefineDistanciaDestino(reservatorio , status_embarc : integer) :

integer ;

function DefineDestino(reservatorio , status_embarc : integer) : string ;

function StatusEmbarcacao(lat1,long1,lat2,long2 : real): integer;

function PosicionaChegada(eclusa, cmd: string; data_hora: tdatetime):

integer;

function PrevisaodeChegada(tempo: real): tdatetime;

function calcDistanciaMetros(LatIni, LonIni, LatFim, LonFim: Extended):

Extended;

Function Arredondar(value: double; casas: integer): double;

function ConverteTempo(tempo: real): string;

function ConverteTempoExt(tempo: real): string;

function TrocaVirgPPto(Valor: string): String;

function SpanOfNowAndThen(const ANow, AThen: tdatetime): tdatetime;

function DaySpan(const ANow, AThen: tdatetime): double;

Function DifMinutos(dtAnterior, dtAtual: tdatetime): integer;

function BinToInt(value: String): LongInt;

Function DifHora(Inicio, Fim: String): String;

function TrocaPtoPVirg(Valor: string): String;

function GetElementIdValue(WebBrowser: TChromium; TagName, TagId,

TagAttrib: string): string;

function VerificaSenhaConfig(senha_config : string) : boolean;

procedure DrawMapa();

procedure UpdateEmbarcacoes();

procedure OrdenarDataSet(var Tabela: TClientDataSet; Campos: String; Tipo:

TIndexOptions);

procedure DesenhaPrevisaoChegada(data: tdatetime);

procedure RemoveTodasImagens(nome: string);

procedure RemoveImagens(nome: string);

// Procedimentos Form_login

procedure LerConfiguracoes();

procedure Login();

var

rota: boolean;

ref1, ref2: string;

distancia1, distancia2: real;

cp_mais_proximo: string;

lat_ref: array [1 .. 2] of real;

long_ref: array [1 .. 2] of real;

ncp_mais_proximo: integer;

Apêndice A 131

velocidade, tempo_estimado: real;

distancia_total, distancia_2cp: real;

latitude, longitude: array [1 .. 2] of real;

datahora: array [1 .. 2] of tdatetime;

minutos: integer;

Distancia: real;

d1, d2: real;

// Variáveis de Login

roda_software: boolean;

cor: integer;

porta: string;

host: string;

database: string;

webpage: string;

teste_internet : string;

//Variaveis utilizadas na rotina UpdateEmbarcacao

embarc_latitude, embarc_longitude, embarc_velmedia, embarc_distdestino,

embarc_tempochegada: real;

embarc_posatual, embarc_destino: string;

embarc_datahora, embarc_prevchegada: tdatetime;

embarc_status : integer;

menor_distancia: real;

distancia_cp: real;

lat_cp, long_cp: real;

reservatorio : string;

implementation

uses unit_previsao, unit_dm, unit_earth, unit_ini;

Function VerificaSenhaConfig(senha_config: string): boolean;

var

Reg: TRegistry;

senha_reg : string;

begin

result := false;

Reg := TRegistry.Create;

Try

Reg.RootKey := HKEY_CURRENT_USER;

Reg.OpenKey('Software\Sisnavega', True);

If Reg.ValueExists('PASS_CONFIG') then

begin

senha_reg := Reg.ReadString('PASS_CONFIG');

end

Else

begin

//ShowMessage('Primeira acesso! Utilize a senha fornecida na

Documentação Técnica');

Reg.WriteString('PASS_CONFIG', 'p&dsisnavega');

senha_reg := 'p&dsisnavega';

end;

Finally

Reg.Free;

end;

if (senha_config = senha_reg) then

result := true;

if (senha_config <> '') and (senha_config <> senha_reg) then

Apêndice A 132

result := false;

end;

procedure LerConfiguracoes;

var

ArqConfig: TIniFile;

begin

dm.con.Disconnect;

form_princ.WindowState := wsMaximized;

form_princ.Caption := 'Sisnavega - UNESP - AES Tietê';

ArqConfig := TIniFile.Create(ExtractFilePath(Application.ExeName) +

'config.ini');

host := ArqConfig.ReadString('Servidor', 'hostname', '');

porta := ArqConfig.ReadString('Servidor', 'porta', '');

webpage := ArqConfig.ReadString('Servidor','servidor_web','');

teste_internet := ArqConfig.ReadString('Servidor','internet_teste','');

if (host = '') or (porta = '') or (webpage = '') then

begin

MessageDlg('Erro nas configurações do sistema. Por favor revise o arquivo

"config.ini"', mtError, [mbOK], 0);

Application.Terminate;

end;

ArqConfig.Free;

end;

procedure Login();

begin

dm.con.Disconnect;

dm.con.Server := host;

dm.con.Port := Strtoint(porta);

dm.con.Username := form_ini.edt_usuario.Text;

dm.con.Password := form_ini.edt_senha.Text;

roda_software := false;

try

dm.con.Connect;

roda_software := true;

except

MessageDlg

('Erro na autenticação ou conexão com o banco de dados. Tente

novamente',

mtError, [mbOK], 0);

roda_software := false;

end;

if roda_software = true then

begin

dm.query_barcos.Active := true;

//dm.query_ref.Active := true;

dm.query_autotrac.Active := true;

dm.query_checkpoints.Active := true;

//dm.query_confcom.Active := true;

//dm.query_ecl.Active := true;

//dm.query_eclempchatas.Active := true;

Apêndice A 133

dm.cds_barcos.Active := true;

dm.cds_CheckPoints.Active := true;

raio := false;

contagem := 20;

form_princ.Timer_clock.Enabled := true;

first_update := true;

status_barcos := true;

form_ini.Hide;

form_princ.Show;

form_princ.SetFocus;

form_ini.timer_internet.Enabled := false;

end;

end;

procedure RemoveImagens(nome: string);

var

i: integer;

begin

for i := 0 to form_previsao.ComponentCount - 1 do

begin

if form_previsao.Components[i] is TImage then

if form_previsao.Components[i].Name = (nome) then

begin

form_previsao.Components[i].Free;

break;

end;

end;

end;

procedure RemoveTodasImagens(nome: string);

var

i, j: integer;

label Inicio;

begin

Inicio:

for i := 0 to form_previsao.ComponentCount - 1 do

begin

if form_previsao.Components[i] is TImage then

for j := 1 to 23 do

if form_previsao.Components[i].Name = (nome + inttostr(j)) then

begin

form_previsao.Components[i].Free;

goto Inicio;

end;

end;

end;

procedure DesenhaPrevisaoChegada(data: tdatetime);

var

Btn: TImage;

data1 : string;

data2 : string;

formato: string;

sql : string;

begin

//form_previsao.lista_bab.Items.Clear;

//form_previsao.lista_bar.Items.Clear;

Apêndice A 134

//form_previsao.lista_ibi.Items.Clear;

//form_previsao.lista_pro.Items.Clear;

//form_previsao.lista_nav.Items.Clear;

RemoveTodasImagens('ImgBAB');

RemoveTodasImagens('ImgBAR');

RemoveTodasImagens('ImgIBI');

RemoveTodasImagens('ImgPRO');

RemoveTodasImagens('ImgNAV');

sql := '';

dm.query_barcos.Close;

dm.query_barcos.SQL.Clear;

formato := 'DD/MM/YYYY HH24:mi:ss';

data1 := FormatDateTime('dd/mm/yyyy', data) + ' 00:00:00';

data2 := FormatDateTime('dd/mm/yyyy', data) + ' 23:59:59';

sql := Format('Select * From "embarcacoes" where "previsao_chegada"

between ' + 'to_date(%s, %s) AND to_date(%s, %s)', [QuotedStr(data1),

QuotedStr(formato),QuotedStr(data2),QuotedStr(formato)]);

dm.query_barcos.SQL.Add(sql);

form_previsao.Label1.Caption := FormatDateTime('dd/mm/yyyy', data);

dm.query_barcos.Open;

dm.query_previsoes.Close;

dm.query_previsoes.SQL.Clear;

dm.query_previsoes.sql.Add('select *from "previsoes"') ;

dm.query_previsoes.Open;

dm.query_previsoes.first;

while not dm.query_previsoes.Eof do

dm.query_previsoes.Delete;

if dm.query_barcos.RecordCount >= 1 then

begin

dm.query_barcos.First;

while not dm.query_barcos.Eof do

begin

dm.query_previsoes.Insert;

dm.query_previsoesEmbarcacao.Value := dm.query_barcosNome.value ;

dm.query_previsoesEmpresa.Value := dm.query_barcosEmpresa.Value;

dm.query_previsoesEclusa.Value := dm.query_barcosDestino.Value ;

dm.query_previsoesChegada.Value :=

dm.query_barcosprevisao_chegada.Value;

dm.query_previsoes.Post;

if dm.query_barcosDestino.value = 'Ecl.BAB' then

begin

RemoveImagens('ImgBAB' + inttostr(PosicionaChegada('BAB', 'nome',

dm.query_barcosprevisao_chegada.AsDateTime)));

Btn := TImage.Create(form_previsao);

Btn.Parent := form_previsao;

Btn.Name := 'ImgBAB' + inttostr(PosicionaChegada('BAB', 'nome',

Apêndice A 135

dm.query_barcosprevisao_chegada.AsDateTime)); // Dá um nome ao

botão

Btn.Picture.LoadFromFile(ExtractFilePath(Application.ExeName) +

'\imagens\ok.png');

Btn.Left := PosicionaChegada('BAB', 'left',

dm.query_barcosprevisao_chegada.AsDateTime);

Btn.Top := PosicionaChegada('BAB', 'top',


Btn.AutoSize := true;

end;

if dm.query_barcosDestino.value = 'Ecl.BAR' then

begin

RemoveImagens('ImgBAR' + inttostr(PosicionaChegada('BAR',

'nome',



// Da o valor especificado a variavel do tipo TButton


// O botão aparece no formulario,você pode colocá-lo dentro de

Btn.Name := 'ImgBAR' + inttostr(PosicionaChegada('BAR', 'nome',


botão


'\imagens\ok.png');

Btn.Left := PosicionaChegada('BAR', 'left',


Btn.Top := PosicionaChegada('BAR', 'top',



end;

if dm.query_barcosDestino.value = 'Ecl.IBI' then

begin

RemoveImagens('ImgIBI' + inttostr(PosicionaChegada('IBI', 'nome',






Btn.Name := 'ImgIBI' + inttostr(PosicionaChegada('IBI', 'nome',


botão


'\imagens\ok.png');

Btn.Left := PosicionaChegada('IBI', 'left',


Btn.Top := PosicionaChegada('IBI', 'top',



end;

if dm.query_barcosDestino.value = 'Ecl.PRO' then

begin

RemoveImagens('ImgPRO' + inttostr(PosicionaChegada('PRO', 'nome',




Apêndice A 136



Btn.Name := 'ImgPRO' + inttostr(PosicionaChegada('PRO', 'nome',


botão


'\imagens\ok.png');

Btn.Left := PosicionaChegada('PRO', 'left',


Btn.Top := PosicionaChegada('PRO', 'top',



end;

if dm.query_barcosDestino.value = 'Ecl.NAV' then

begin

RemoveImagens('ImgNAV' + inttostr(PosicionaChegada('NAV', 'nome',






Btn.Name := 'ImgNAV' + inttostr(PosicionaChegada('NAV', 'nome',


botão


'\imagens\ok.png');

Btn.Left := PosicionaChegada('NAV', 'left',


Btn.Top := PosicionaChegada('NAV', 'top',



end;

dm.query_barcos.Next;

end;

end;

end;

procedure OrdenarDataSet(var Tabela: TClientDataSet; Campos: String;

Tipo: TIndexOptions);

var

i: integer;

nome: String;

begin

// Fazer um loop nos index já criados

for i := 0 to Tabela.IndexDefs.Count - 1 do

begin

// Verificar se já existe um index com os dados que pedimos

if (Tabela.IndexDefs.Items[i].Fields = Campos) and

(Tabela.IndexDefs.Items[i].Options = Tipo) then

begin

// Se sim, setar o index no DataSet e sair da procedure

Tabela.IndexName := Tabela.IndexDefs.Items[i].Name;

exit;

end;

end;

Apêndice A 137

// Se não existem index criados ou nenhum deles é o que foi requisitado..

// Criar um nome identificador do index

nome := 'Index' + inttostr(Tabela.IndexDefs.Count + 1);

// Criar o index

with Tabela.IndexDefs.AddIndexDef do

begin

Name := nome;

Fields := Campos;

Options := Tipo;

end;

// Setá-lo no ClientDataSet

Tabela.IndexName := nome;

end;

function DefineDestino(reservatorio , status_embarc : integer) : string ;

begin

if reservatorio = 0 then

begin

if status_embarc = 1 then

result := 'Ecl.BAB';


result := 'DES';

end;


begin


result := 'Ecl.BAR';


result := 'Ecl.BAB';

end;


begin


result := 'Ecl.IBI';


result := 'Ecl.BAR';

end;


begin


result := 'Ecl.PRO';


result := 'Ecl.IBI';

end;


begin


result := 'Ecl.NAV';


result := 'Ecl.PRO';

Apêndice A 138

end;


begin


result := 'Ecl.TRI';


result := 'Ecl.NAV';

end;

end;

function DefineDistanciaDestino(reservatorio , status_embarc : integer) :

integer ;

begin


begin


result := ncp_mais_proximo;


result := -1;

end;


begin




result := 60 - ncp_mais_proximo;

end;


begin





end;


begin





end;


begin





end;


begin


Apêndice A 139




end;

end;

procedure UpdateEmbarcacoes();

begin

// AtualizaCoordenadas;

dm.query_barcos.Close;

dm.query_barcos.SQL.Clear;

dm.query_barcos.SQL.Add('select * from "embarcacoes" ');

dm.query_barcos.Open;

dm.query_barcos.First;

while not dm.query_barcos.Eof do

begin

//Variaveis utilizadas na rotina UpdateEmbarcacao

embarc_latitude := -1;

embarc_longitude := -1;

embarc_velmedia := -1;

embarc_distdestino := -1;

embarc_tempochegada := -1;

embarc_posatual := '';

embarc_destino := '';

embarc_datahora := now;

embarc_prevchegada := now;

embarc_status := -1;

menor_distancia := -1;

distancia_cp := -1;

lat_cp := -1;

long_cp := -1;

reservatorio := '';

dm.query_autotrac.Close;

dm.query_autotrac.ParamByName('mct').value :=

dm.query_barcosmct.AsString;

dm.query_autotrac.ParamByName('l1').value := 1;

dm.query_autotrac.ParamByName('l2').value := 2;

dm.query_autotrac.Open;

if dm.query_autotrac.RecordCount > 0 then

begin

dm.query_autotrac.First;

embarc_latitude := dm.query_autotracIIPOS_Latitude.AsFloat;

embarc_longitude := dm.query_autotracIIPOS_Longitude.AsFloat;

embarc_datahora := dm.query_autotracIIPOS_TimePosition.AsDateTime;

latitude[1] := dm.query_autotracIIPOS_Latitude.value; // Ultima Lat

longitude[1] := dm.query_autotracIIPOS_Longitude.value; // Ultima Long

datahora[1] := dm.query_autotracIIPOS_TimePosition.value; // Ultima

DataHora

Apêndice A 140

dm.query_barcos.Edit;

dm.query_barcosLatitude.Value := embarc_latitude;

dm.query_barcosLongitude.Value := embarc_longitude;

dm.query_barcosdata_hora.Value := embarc_datahora;

dm.query_barcosprevisao_chegada.Clear ;

dm.query_barcosDist_destino.Clear; ;

dm.query_barcosTempoChegada.Clear ;

dm.query_barcosDestino.Clear;

// INICIO - Define qual reservatório mais próximo da embarcação.

OrdenarDataSet(dm.cds_CheckPoints, 'Reservatorio', []);

dm.cds_CheckPoints.First;

menor_distancia := 999999999999;

while not dm.cds_CheckPoints.Eof do

begin

distancia_cp := calcDistanciaMetros(embarc_latitude,

embarc_longitude,

dm.cds_CheckPointslatitude.value,

dm.cds_CheckPointslongitude.value);

if distancia_cp < menor_distancia then

begin

ncp_mais_proximo := dm.cds_CheckPointsKm.value;

menor_distancia := distancia_cp;

reservatorio := dm.cds_CheckPointsReservatorio.AsString;

end;

dm.cds_CheckPoints.Next;

end;

if (menor_distancia <= 2000) then // Se a embarcacao estivar a menos

de 2000 metros do checkpoint, então ela está na hidrovia

embarc_posatual := reservatorio

else // Senão , a embarcação não está na

hidrovia.

embarc_posatual := 'OUT';

dm.query_barcosPosicaoAtual.AsString := embarc_posatual; // Atualiza

o reservatório da embarcação no banco de dados

// FIM - Define qual reservatório mais próximo da embarcação.

dm.query_barcos.Post;

end;

if dm.query_autotrac.RecordCount = 2 then

begin

dm.query_barcos.Edit;

dm.query_autotrac.last;

latitude[2] := dm.query_autotracIIPOS_Latitude.Value ; // Penultima

Lat

longitude[2] := dm.query_autotracIIPOS_Longitude.Value ; //

Penultima Long

datahora[2] := dm.query_autotracIIPOS_TimePosition.Value ; //

Penultima DataHora

form_princ.Memo1.Lines.Add(embarc_posatual + ' - ' +

inttostr(embarc_status));

// INI - Detecta Status da Embarcacao - Parado, Subindo ou descendo o

rio

if embarc_posatual <> 'OUT' then

Apêndice A 141

embarc_status :=

StatusEmbarcacao(latitude[1],longitude[1],latitude[2],longitude[2])

else

embarc_status := 0;

dm.query_barcosStatus.Value := embarc_status; // Atualiza o status

da embarcação no banco de dados

// FIM - Detecta Status da Embarcacao - Parado, Subindo ou descendo

o rio

form_princ.Memo1.Lines.Add(embarc_posatual + ' - ' +

inttostr(embarc_status));

form_princ.Memo1.Lines.Add('--------------');

// INI - Determina o destino da embarcação

case AnsiIndexStr(embarc_posatual, ['Barra Bonita', 'Bariri',

'Ibitinga', 'Promissao', 'Nav', 'TresIrmaos']) of

0: embarc_destino := DefineDestino(0, embarc_status);






-1: embarc_destino := 'Indefinido';

end;

dm.query_barcosDestino.AsString := embarc_destino; // Atualiza o

status da embarcação no banco de dados

// FIM - Determina o destino da embarcação

// INI - Determina a velocidade da embarcação

d1 := calcDistanciaMetros(latitude[1], longitude[1],latitude[2],

longitude[2]);

distancia := abs(d1) ;

minutos := difMinutos(datahora[1],datahora[2]);

embarc_velmedia := Round(((Distancia / 1000) / (minutos / 60)) * 100)

/ 100;

dm.query_barcosVelMedia.AsFloat := embarc_velmedia; // Atualiza a

velocidade da embarcação no banco de dados

// FIM - Determina a velocidade da embarcação

// INI - Determina a distancia do próximo destino e previsão de

chegada

if (embarc_destino <> 'Indefinido') and (embarc_status <> 0) then

begin

case AnsiIndexStr(embarc_posatual, ['Barra Bonita', 'Bariri',

'Ibitinga', 'Promissao', 'Nav', 'TresIrmaos']) of

0: embarc_distdestino := DefineDistanciaDestino(0, embarc_status);






end;

embarc_tempochegada := Round((embarc_distdestino / embarc_velmedia) *

100) / 100 ;

embarc_prevchegada := PrevisaodeChegada(Round(embarc_tempochegada *

100) / 100);

end

else

begin

dm.query_barcosprevisao_chegada.Clear;

Apêndice A 142

dm.query_barcosDist_destino.Value := 0;

dm.query_barcosTempoChegada.Value := 0;

dm.query_barcosVelMedia.Value := 0;

dm.query_barcosDestino.Value := '';

end;

dm.query_barcosprevisao_chegada.Value := embarc_prevchegada ;

dm.query_barcosDist_destino.Value := embarc_distdestino ;

dm.query_barcosTempoChegada.value := embarc_tempochegada ;

dm.query_barcos.Post;

// FIM - Determina a distancia do próximo destino e previsão de

chegada

end;

DrawMapa;

dm.query_barcos.Next;

end;

dm.query_barcos.Refresh;

end;

procedure DrawMapa();

var

descricao : string;

begin

try

descricao := 'Teste';

first_update := false;

if dm.query_barcosStatus.value = 1 then

form_princ.Web2.Browser.MainFrame.ExecuteJavaScript

('add_barco("' + dm.query_barcosNome.value +

'","./img/sobe.png",' +

TrocaVirgPPto(floattostr(dm.query_barcosLatitude.value)) + ',' +

TrocaVirgPPto(floattostr(dm.query_barcosLongitude.value)) + ', "'

+

descricao + '", ' + inttostr(dm.query_barcosmct.value) + ')', '',

0);




'","./img/desce.png",' +



+


0);




'","./img/parado.png",' +



+


Apêndice A 143

0);

except

begin

form_princ.Timer_clock.Enabled := false;

form_princ.Timer_Reconnect.Enabled := true;

form_princ.Label3.Font.Color := clRed;

dm.con.Connected := false;

end;

end;

end;

function GetElementIdValue(WebBrowser: TChromium;

TagName, TagId, TagAttrib: string): string;

var

Document: IHTMLDocument2;

Body: IHTMLElement2;

Tags: IHTMLElementCollection;

Tag: IHTMLElement;

i: integer;

begin

Result := '';

if not Supports(WebBrowser, IHTMLDocument2, Document) then

raise Exception.Create('Invalid HTML document');

if not Supports(Document.Body, IHTMLElement2, Body) then

raise Exception.Create('Can''t find <body> element');

Tags := Body.getElementsByTagName(UpperCase(TagName));

for i := 0 to Pred(Tags.length) do

begin

Tag := Tags.item(i, EmptyParam) as IHTMLElement;

if Tag.id = TagId then

Result := Tag.getAttribute(TagAttrib, 0);

end;

end;

function TrocaPtoPVirg(Valor: string): String;

var

i: integer;

begin

if Valor <> '' then

begin

for i := 0 to length(Valor) do

begin

if Valor[i] = '.' then

Valor[i] := ',';

end;

end;

Result := Valor;

end;

Function DifHora(Inicio, Fim: String): String;

Retorna a diferença entre duas horas

var

FIni, FFim: tdatetime;

begin

FIni := StrTotime(Inicio);

Apêndice A 144

FFim := StrTotime(Fim);

If (Inicio > Fim) then

begin

Result := TimeToStr((StrTotime('23:59:59') - FIni) + FFim)

end

else

begin

Result := TimeToStr(FFim - FIni);

end;

end;

function ProcuraReservatorio(lat1,long1,lat2,long2 : real ): string;

begin

OrdenarDataSet(dm.cds_CheckPoints, 'Reservatorio', []);

dm.cds_CheckPoints.First;

menor_distancia := 999999999999;

while not dm.cds_CheckPoints.Eof do

begin

distancia_cp := calcDistanciaMetros(embarc_latitude, embarc_longitude,

dm.cds_CheckPointslatitude.value, dm.cds_CheckPointslongitude.value);

if distancia_cp < menor_distancia then

begin

ncp_mais_proximo := dm.cds_CheckPointsKm.value;

menor_distancia := distancia_cp;

reservatorio := dm.cds_CheckPointsReservatorio.AsString;

end;

dm.cds_CheckPoints.Next;

end;

embarc_posatual := reservatorio;

end;

function StatusEmbarcacao(lat1,long1,lat2,long2 : real ): integer;

var

d1, d2 : real;

begin

result := -1;

d1 := calcDistanciaMetros(-20.650709, -51.554601, lat1, long1) ;

d2 := calcDistanciaMetros(-20.650709, -51.554601, lat2, long2) ;

if (abs(d1-d2) >= 100) and (d1 < d2) then

result := 1 ; // Sentido Montante - Jusante

if (abs(d1-d2) >= 100) and (d1 > d2) then

result := 2 ; // Sentido Jusante - Montando

if (abs(d1-d2) < 100) and ( HoursBetween(datahora[1],datahora[2])

>=1) then

result := 0; // Embarcação Parada

end;

function PosicionaChegada(eclusa, cmd: string; data_hora: tdatetime):

integer;

var

Top: integer;

Left: integer;

hora: integer;

hora_chegada: ttime;

begin

Top := 0;

hora_chegada := Timeof(data_hora);

Apêndice A 145

hora := Strtoint(FormatDateTime('hh', hora_chegada));

case AnsiIndexStr(eclusa, ['BAB', 'BAR', 'IBI', 'PRO', 'NAV']) of

0:

Top := 204 + (0 * 57);

1:

Top := 204 + (1 * 57);

2:

Top := 204 + (2 * 57);

3:

Top := 204 + (3 * 57);

4:

Top := 204 + (4 * 57);

end;

Left := 113 + (hora * 45);

Result := 0;

case AnsiIndexStr(cmd, ['left', 'top', 'nome']) of

0:

Result := Left;

1:

Result := Top;

2:

Result := hora;

end;

end;

function PrevisaodeChegada(tempo: real): tdatetime;

var

horas: integer;

minutos: integer;

resultado: tdatetime;

begin

horas := trunc(tempo);

minutos := Round((tempo - horas) * 60);

resultado := dm.query_barcosdata_hora.AsDateTime;

// ShowMessage(dm.query_barcosdata_hora.AsSQLTimeStamp.);

resultado := IncHour(resultado, horas);

resultado := IncMinute(resultado, minutos);

Result := resultado;

end;

function calcDistanciaMetros(LatIni, LonIni, LatFim, LonFim: Extended)

: Extended;

var

arcoA, arcoB, arcoC: Extended;

auxPI: Extended;

begin

auxPI := Pi / 180;

arcoA := (LonFim - LonIni) * auxPI;

arcoB := (90 - LatFim) * auxPI;

arcoC := (90 - LatIni) * auxPI;

// cos (a) = cos (b) . cos (c) + sen (b) . sen (c) . cos (A)

Result := Cos(arcoB) * Cos(arcoC) + Sin(arcoB) * Sin(arcoC) * Cos(arcoA);

Result := ((40030 * ((180 / Pi) * ArcCos(Result))) / 360) * 1000;

end;

Function Arredondar(value: double; casas: integer): double;

Apêndice A 146

Var

fracao: real;

decimal: string;

begin

try

fracao := Frac(value); // Retorna a parte fracionária de um número

decimal := (RightStr(floattostr(fracao), length(floattostr(fracao)) -

2));

// decimal recebe a parte decimal

// Enquanto o tamanho da variavel decimal for maior que o número de

casas faça

while length(decimal) > casas do

begin

// Verifica se o último digito da variável decimal é maior que 5

if Strtoint(RightStr(decimal, 1)) > 5 then

begin

// Descarta o último digito da variável Decimal

decimal := leftstr(decimal, length(decimal) - 1);

// Soma o valor número da variavel decimal + 1

decimal := floattostr(strtofloat(decimal) + 1);

end

else

decimal := leftstr(decimal, length(decimal) - 1);

// Descarta o último digito da variável Decimal

end;

Result := (int(value) + (strtofloat(decimal) / 100));

// devolve o resultado para a função

except

Raise Exception.Create('Erro no arredondamento');

end;

end;

function ConverteTempo(tempo: real): string;

var

horas, minutos: real;

begin


minutos := 60 * Frac(tempo);

Result := floattostr(horas) + ':' + floattostr(minutos);

end;

function ConverteTempoExt(tempo: real): string;

var

horas, minutos: real;

begin


minutos := 60 * Frac(tempo);

if horas > 1 then

Result := floattostr(horas) + ' horas e ' + floattostr(Round(minutos))

+

' minutos';

if horas = 1 then

Result := 'Uma hora e ' + floattostr(Round(minutos)) + ' minutos';

if horas = 0 then

Result := floattostr(Round(minutos)) + ' minutos';

end;

function TrocaVirgPPto(Valor: string): String;

var

i: integer;

begin

Apêndice A 147

if Valor <> '' then

begin

for i := 0 to length(Valor) do

begin

if Valor[i] = ',' then

Valor[i] := '.';

end;

end;

Result := Valor;

end;

function SpanOfNowAndThen(const ANow, AThen: tdatetime): tdatetime;

begin

if ANow < AThen then

Result := AThen - ANow

else

Result := ANow - AThen;

end;

function DaySpan(const ANow, AThen: tdatetime): double;

begin

Result := SpanOfNowAndThen(ANow, AThen);

end;

Function DifMinutos(dtAnterior, dtAtual: tdatetime): integer;

var

DifDias: double;

horas, dias, minutos: integer;

begin

DifDias := DaySpan(dtAnterior, dtAtual);

horas := Strtoint(FormatDateTime('h', DifDias));

minutos := Strtoint(FormatDateTime('n', DifDias));

dias := trunc(DifDias);

Result := (dias * 24) + (horas * 60) + minutos;

// ShowMessage(floattostr(result)) ;

end;

function BinToInt(value: String): LongInt;

var

i: integer;

begin

Result := 0;

// remove leading zeroes

while Copy(value, 1, 1) = '0' do

value := Copy(value, 2, length(value) - 1);

// do the conversion

for i := length(value) downto 1 do

if Copy(value, i, 1) = '1' then

Result := Result + (1 shl (length(value) - i));

end;

end.

Apêndice B 148

Apêndice B

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Ensaio realizado no dia 15/04 para o ângulo de 90º.

Rotação Vv Rey Fy1 Fy2 Fy(P) Fy(M) CDy(P) CDy(M) Fx(P) Fx(M) CDx(P) CDx(M)

500 2,60 37157 1,21 1,17 2,38 1,41 0,00 0,90 2,38 0,12 0,00 0,49

600 3,03 43311 1,64 1,59 3,23 2,06 0,00 0,97 3,23 0,18 0,00 0,52

700 3,46 49465 2,14 2,08 4,22 2,87 0,00 1,03 4,22 0,19 0,00 0,42

800 3,89 55619 2,78 2,70 5,48 3,72 0,00 1,06 5,48 0,21 0,00 0,37

900 4,32 61773 3,35 3,35 6,70 4,75 0,00 1,10 6,70 0,12 0,00 0,17

1000 4,75 67926 4,10 4,06 8,15 5,91 0,00 1,13 8,15 0,19 0,00 0,22

1100 5,18 74080 5,20 5,12 10,32 7,18 0,00 1,15 10,32 0,17 0,00 0,17

1200 5,61 80234 5,76 5,65 11,41 8,49 0,00 1,16 11,41 0,20 0,00 0,17

1300 6,04 86388 6,62 6,51 13,13 9,97 0,00 1,18 13,13 0,43 0,00 0,31

1400 6,47 92542 7,44 7,32 14,76 11,59 0,00 1,19 14,76 0,67 0,00 0,42

1500 6,90 98696 8,18 7,83 16,00 13,07 1,45 1,18 1,00 0,67 0,55 0,37

1600 7,33 104850 9,63 9,32 18,96 14,95 1,52 1,20 1,29 0,94 0,63 0,46

1700 7,76 111004 10,86 10,50 21,36 16,80 1,53 1,20 1,15 0,70 0,51 0,31

1800 8,19 117158 12,03 11,43 23,45 18,72 1,51 1,20 0,78 0,40 0,31 0,16

1900 8,62 123312 13,28 12,87 26,14 20,70 1,52 1,20 0,80 0,39 0,28 0,14

2000 9,05 129466 14,71 14,12 28,83 22,93 1,52 1,21 1,43 0,96 0,46 0,31

2100 9,48 135620 15,99 15,37 31,37 25,37 1,51 1,22 1,91 1,38 0,56 0,41

2200 9,91 141774 17,66 16,91 34,57 27,49 1,52 1,21 2,25 1,66 0,60 0,45

2300 10,34 147927 19,53 18,45 37,98 31,02 1,53 1,25 1,86 1,35 0,46 0,33

2400 10,77 154081 21,17 19,60 40,77 33,73 1,52 1,25 2,20 1,59 0,50 0,36

2500 11,20 160235 22,47 21,09 43,56 36,50 1,50 1,25 2,23 1,61 0,47 0,34

2600 11,63 166389 24,33 22,35 46,68 39,01 1,49 1,24 2,76 2,12 0,54 0,41

Apêndice B 149



500 2,60 37157 1,12 1,10 2,23 1,42 1,42 0,90 0,14 0,01 0,54 0,02

600 3,03 43311 1,61 1,56 3,18 2,03 1,49 0,95 0,09 -0,02 0,26 -0,06

700 3,46 49465 2,06 2,01 4,07 2,77 1,47 1,00 0,00 -0,12 0,00 -0,26

800 3,89 55619 2,67 2,59 5,26 3,62 1,50 1,03 -0,05 -0,15 -0,09 -0,25

900 4,32 61773 3,28 3,25 6,53 4,56 1,51 1,06 0,01 -0,19 0,02 -0,27

1000 4,75 67926 4,06 4,00 8,07 5,77 1,54 1,10 0,02 -0,19 0,02 -0,22

1100 5,18 74080 4,92 4,68 9,60 7,04 1,54 1,13 0,13 -0,19 0,13 -0,19

1200 5,61 80234 5,70 5,46 11,17 8,22 1,53 1,13 0,14 -0,17 0,12 -0,14

1300 6,04 86388 6,75 6,49 13,24 9,66 1,57 1,14 0,16 -0,15 0,11 -0,10

1400 6,47 92542 7,48 7,25 14,74 11,23 1,52 1,16 0,61 0,22 0,38 0,14

1500 6,90 98696 8,41 8,12 16,53 12,94 1,50 1,17 0,75 0,42 0,41 0,23

1600 7,33 104850 9,66 9,24 18,91 14,69 1,52 1,18 1,22 0,79 0,60 0,39

1700 7,76 111004 11,15 10,53 21,67 16,68 1,55 1,19 1,31 0,84 0,57 0,37

1800 8,19 117158 11,69 11,34 23,03 18,86 1,48 1,21 1,49 1,12 0,59 0,44

1900 8,62 123312 13,53 12,71 26,24 21,06 1,52 1,22 1,49 1,11 0,53 0,39

2000 9,05 129466 14,74 13,76 28,51 22,84 1,50 1,20 1,54 1,09 0,50 0,35

2100 9,48 135620 16,33 14,74 31,07 25,33 1,49 1,22 1,70 1,15 0,50 0,34

2200 9,91 141774 17,77 16,33 34,11 27,59 1,50 1,21 2,03 1,46 0,55 0,39

2300 10,34 147927 19,44 17,28 36,73 30,43 1,48 1,23 1,89 1,41 0,47 0,35

2400 10,77 154081 20,57 18,72 39,29 33,20 1,46 1,23 2,04 1,44 0,47 0,33

2500 11,20 160235 22,15 21,05 43,20 35,25 1,49 1,21 2,14 1,52 0,45 0,32

2600 11,63 166389 22,93 21,63 44,56 36,71 1,42 1,17 2,37 1,66 0,46 0,32

Apêndice B 150



500 2,60 37157 1,27 1,22 2,49 1,40 1,59 0,89 -0,08 -0,19 -0,32 -0,75

600 3,03 43311 1,65 1,57 3,22 2,04 1,51 0,96 -0,04 -0,17 -0,12 -0,48

700 3,46 49465 2,11 1,98 4,10 2,83 1,48 1,02 -0,06 -0,16 -0,12 -0,36

800 3,89 55619 2,71 2,64 5,34 3,69 1,52 1,05 0,05 -0,12 0,09 -0,20

900 4,32 61773 3,34 3,25 6,59 4,74 1,52 1,10 0,16 -0,07 0,23 -0,10

1000 4,75 67926 4,24 4,07 8,31 5,87 1,59 1,12 0,24 0,01 0,28 0,01

1100 5,18 74080 5,09 4,81 9,90 7,19 1,59 1,16 0,30 0,00 0,30 0,00

1200 5,61 80234 5,72 5,66 11,38 8,43 1,56 1,16 0,42 0,04 0,35 0,03

1300 6,04 86388 6,72 6,50 13,22 9,93 1,56 1,17 0,29 -0,05 0,21 -0,04

1400 6,47 92542 8,00 7,56 15,56 11,56 1,60 1,19 0,36 -0,04 0,23 -0,02

1500 6,90 98696 8,78 8,47 17,25 13,13 1,56 1,19 0,34 -0,05 0,19 -0,03

1600 7,33 104850 9,95 9,63 19,58 14,91 1,57 1,20 0,54 0,09 0,27 0,04

1700 7,76 111004 10,91 10,32 21,23 17,01 1,52 1,22 0,78 0,33 0,34 0,14

1800 8,19 117158 12,11 11,62 23,73 18,67 1,52 1,20 1,27 0,76 0,50 0,30

1900 8,62 123312 13,96 13,25 27,21 21,24 1,58 1,23 1,26 0,68 0,45 0,24

2000 9,05 129466 14,97 14,31 29,28 23,41 1,54 1,23 1,03 0,56 0,33 0,18

2100 9,48 135620 16,04 15,56 31,60 26,18 1,52 1,26 1,10 0,59 0,33 0,17

2200 9,91 141774 17,74 16,39 34,13 28,47 1,50 1,25 1,29 0,78 0,35 0,21

2300 10,34 147927 19,34 17,96 37,30 30,80 1,51 1,24 1,67 1,15 0,41 0,28

2400 10,77 154081 21,00 19,38 40,38 33,54 1,50 1,25 1,92 1,40 0,44 0,32

2500 11,20 160235 22,07 20,16 42,23 36,10 1,45 1,24 1,79 1,29 0,38 0,27

2600 11,63 166389 24,21 21,94 46,15 38,37 1,47 1,22 1,94 1,29 0,38 0,25

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