Pratique Unidade 1 Exercício

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INTRODUÇÃO À MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS DINÂMICOS
Olá, estudante!
Este é o momento em que você colocará a mão na massa. Na proposta abaixo, você será convidado(a) a realizar uma atividade prática aplicando os conteúdos estudados até aqui. Você irá desenvolver habilidades e competências importantes para seu desenvolvimento profissional. Preparado(a)?
Antes de iniciar, veja a seguir as habilidades contempladas nessa prática:
	modelagem de um sistema hidráulico simples;
	resolução de problemas (capacidade de identificar os defeitos, analisar as informações existentes, a fim de encontrar soluções para solucioná-los).
A água é um elemento vital para o ser humano e insumo primário na geração de energia em relação às hidrelétricas. Portanto, o controle desse tipo de sistema é uma constante em nossas vidas. Mas não somente nas hidrelétricas está presente a ação gravitacional da água como também nas casas, prédios, indústrias: o controle do consumo, desperdício e reaproveitamento é uma constante.
Para Correia Junior, Lopes e Santos (2015), o sistema de abastecimento de água corresponde a uma estrutura robusta dotada de sistemas e instalações hidráulicas, cuja característica principal é conduzir a água até o destino final ou até o consumidor. Ainda, esse sistema é composto por um reservatório e pela rede de distribuição. É por meio da rede de distribuição que as concessionárias de água a conduzem para a casa de todos.
Assim, o controle da distribuição de água em reservatórios deve ser elaborado. Outro caso semelhante é a necessidade de controle de um reservatório de água em prédios, denominado caixas-d’água.
A NBR 5626 corresponde a uma normativa da ABNT cuja característica é definir os requisitos de projeto, execução, operação e manutenção de instalações hidráulicas prediais, no que tange a água fria e a água quente (ABNT, 2020).
Portanto, é necessária uma pesquisa que seja estruturada por meio de linguagem técnica, em que o estudante deverá realizar a análise de um sistema de caixa-d’água que possui uma bomba para abastecer o reservatório, um solenoide associada a uma válvula para escape de água e, na casa, um chuveiro. Ainda, é preciso indicar os possíveis parâmetros de análise e construir um modelo que indique o funcionamento deste sistema de controle de caixa d’água.
https://catalogcdns3.ulife.com.br/content-cli/ENG_MODESI_21/unidade_1/pratique_compartilhe/index.html#
Figura - Reservatório de caixa-d’água
Fonte: Elaborado pelo autor.
#PraCegoVer : a imagem representa o sistema solicitado no exercício. O primeiro item da imagem corresponde à simbologia de “bomba”, contendo uma seta da esquerda para direita. O segundo item é o “Reservatório ou caixa d’água”, é representado por um cilindro de cor branca com silhueta preta; à direita do segundo item, há a representação de uma “Válvula solenoide”, que pode ser descrita como dois triângulos equiláteros em que uma das pontas do primeiro triângulo toca a ponta do outro triângulo; por fim, há uma conexão com o “Chuveiro”, representado por uma resistência elétrica dentro de um retângulo.
VAMOS PRATICAR
É importante levar em consideração que todos os dispositivos ou locais podem ser modelados, inclusive em nossas casas. Realize a modelagem de um sistema de caixa d’água, levando em consideração os dispositivos associados: bomba d’água que abastece o reservatório, válvula solenoide para escape de água e chuveiro. Leve em consideração também os tipos de variáveis no que tange o deslocamento de água, vazão e temperatura, por exemplo. Vale lembrar que os elementos utilizados neste enunciado permitem um controle de diversas variáveis possíveis além destas informadas. Ao final, disponibilize seu trabalho no fórum da seção.
Caro estudante,
Para desenvolver esta proposta de pesquisa, você deve estar atento a todos os elementos que fazem parte do sistema.
Bomba: impacta no sistema de duas maneiras, sendo ela ligada ou não; ainda, a vazão é dada em metros cúbicos por segundo (m³/s);
Tubulação: restrição devido ao diâmetro pode impactar na vazão da água que flui da bomba para o reservatório. Esta mesma condição ocorre do reservatório para a válvula solenoide e da válvula solenoide para o chuveiro.
Reservatório: a caixa d'água possui limitações quanto ao dimensionamento, visto que ela apresenta o volume disponível para armazenamento de fluido.
Válvula solenoide: provoca o fechamento ou a abertura da fluidez da água do reservatório para o chuveiro, impactando na velocidade e na quantidade de água conduzida para o chuveiro.
Chuveiro: representado por uma resistência elétrica e devido a quantidade de água em contato com a resistência elétrica, aquece a água, apresentando outra grandeza física do sistema.
Portanto, para facilitar os cálculos e o desenvolvimento, você pode deixar todos os componentes em função da vazão do sistema e realizar a função de transferência da saída (temperatura no chuveiro) sobre a entrada (vazão do sistema), como apresentado na equação 1.
 
Resposta:
Modelagem e Simulação do Sistema de Caixa D'água:
A água é um recurso vital e o controle eficiente dos sistemas hidráulicos, como caixas d'água, é fundamental para o abastecimento adequado. Nesta proposta, abordaremos a modelagem de um sistema de caixa d'água, considerando uma bomba, uma válvula solenoide e um chuveiro.
Componentes do Sistema:
Bomba d'Água:
A bomba é responsável pelo abastecimento do reservatório. A sua ação pode ser modelada como uma função de transferência, considerando o estado ligado/desligado e a vazão em metros cúbicos por segundo (m³/s).
Tubulação:
As tubulações representam restrições ao fluxo de água, impactando a vazão do sistema. O diâmetro das tubulações pode afetar a vazão da bomba para o reservatório, do reservatório para a válvula solenoide e desta para o chuveiro.
Reservatório:
O reservatório possui um volume limitado para armazenamento de água. O seu dimensionamento é crítico para garantir o abastecimento adequado.
Válvula Solenoide:
A válvula solenoide controla a abertura ou fechamento do fluxo de água do reservatório para o chuveiro. A sua atuação impacta na velocidade e quantidade de água conduzida.
Chuveiro:
O chuveiro é representado por uma resistência elétrica. A quantidade de água em contato com essa resistência influencia a temperatura da água, introduzindo outra variável no sistema.
Parâmetros de Análise:
Estado da Bomba (Ligada/Desligada):
Define a condição de funcionamento da bomba, influenciando diretamente na vazão do sistema.
Diâmetro das Tubulações:
O diâmetro das tubulações afeta a restrição do fluxo de água, impactando na vazão em diferentes partes do sistema.
Volume do Reservatório:
O volume máximo do reservatório é um parâmetro crítico para garantir o abastecimento contínuo sem transbordamento.
Tempo de Abertura da Válvula Solenoide:
Define a duração em que a válvula solenoide permanece aberta, afetando a quantidade de água direcionada ao chuveiro.
Resistência Elétrica do Chuveiro:
A resistência elétrica do chuveiro é um fator determinante na temperatura da água e, consequentemente, na saída do sistema.
Modelo do Sistema:
A função de transferência pode ser expressa como:
T(s) =  Temperatura Chuveiro (s) / Vazão do sistema (s)
​Onde: 
T(s) é a função de transferência,
Temperatura Chuveiro (s) é a temperatura no chuveiro em função do tempo, e
Vazão do sistema (s) é a vazão do sistema em função do tempo.
Simulação:
Utilizando ferramentas de simulação, podemos explorar diferentes cenários, ajustando os parâmetros e observando o comportamento do sistema em resposta a mudanças nas condições operacionais.
Conclusão:
A modelagem e simulação do sistema de caixa d'água oferecem insights valiosos para otimizar o controle, eficiência e sustentabilidade no uso da água. Esta prática proporciona uma compreensão prática das complexidades envolvidas na gestão de sistemas hidráulicos.
O controle do sistema pode ser realizado por meio de um sistema de automação que
monitora as variáveis do sistema e atua sobre os dispositivos de controle.
Por exemplo,o sistema de automação pode monitorar o nível de água no reservatório
e, quando este atingir um valor mínimo pré-definido, a bomba d'água é acionada. O
sistema também pode monitorar a vazão do chuveiro e, quando esta atingir um valor
máximo pré-definido, a válvula solenoide é acionada para liberar água do reservatório.
Notamos que a pressão da água é uma variável contínua que representa a pressão da
água no reservatório, assim como também a quantidade da água é uma variável