Adequada operação do sistema para análise de desempenho exige monitoramento à altura, sobretudo, apropriada aquisição de dados, seleção de faixas de frequência e amplitude correspondente e definição de parâmetros operacionais como vazão de efluente e ar de flota- ção. O último considera-se de grande relevância para análise comparativa.
O controle e monitoramento do processo envolve várioas sistemas: Sistema de ater- ramento particular, sistema de tratamento (Vibrauto-flot), sensores de deslocamento e acelera- ção, dispositivos de controle e aquisição de sinais analógicos e digitais, mesa inercial, contro- ladores de vazão, minicompressor e alimentador gravitacional com homogeneizador. A Figu- ra 3.32, mostra o sistema particular de aterramento com duplo arame de alumínio (ϕ = 6,23 mm). Na extremidade instalou-se um eletrodo medindo 1000 mm de comprimento. Construiu- se o aterramento para conter interferência da rede elétrica em sinais digitais aquistados, cau- sada por elevada diferença de potencial (ddp = 70 Volts) entre terra e neutro na rede. A medi- da empregada abaixou a diferença de potencial para, 2,0 Volts, 50% abaixo da recomendação normativa para sistemas de aterramento. A Figura 3.33 mostra o conjunto de aquisição, acon-
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dicionamento e processamento digital de sinais. Compõe-se de osciloscópio (ETM3) ao cen- tro, fonte controldora e variadora de tensão e corrente (ETM4), à direita; gerador analógico de função (ETM21), fonte estabilizada de tensão (ETM5) e microscópio digital (ETM15), à es- querda. Medições da fonte (ETM4) permitem calcular a potência instantânea consumida.
Figura 3.32 Sistema de aterramento. Figura 3.33 Conjunto de monitoramento, processamento e aquisição de sinal digital.
O gráfico que se mostra através da Figura 3.35 é a curva característica da fonte Minipa (ETM4), obtida para controle operacional do sistema vibratório.
Figura 3.34 Curva de calibração da freqüência absoluta do motor em Hertz [Hz] em função da voltagem da fonte de alimentação, em Volt [V].
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A curva da Figura 3.35 permite-se selecionar a frequência de excitação operacional com base na leitura da voltagem instantânea medida através de osciloscópio. A Tabela 3 do Apêndice mostra medições de voltagem e frequência absoluta do eixo motor em desbalance- amento rotativo.
A captura de imagens congeladas do comportamento do fluído em vibração foi obti- da com auxílio de estroboscópio (ETM17) mostrado na Figura 3.34. Frequências do processo vibratório são impostas por motor em desbalanceamento rotativo (ETV4) e (ETV8).
Figura 3.35 Estroboscópio Frata utilizado para congelamento de imagem do sistema em vibração.
A base inercial do sistema constitui-se de mesa em madeira (ETV13) pesando aproxi- madamente, 1.177 N, suportada por amortecedores de vibração em borracha natural (Vibras- top), Figura 3.36, e parafuso de nivelação. Engastes em aço fixam-na à parede (Figura 3.37).
Figura 3.36 Amortecedores de vibração da mesa inercial.
Figura 3.37 Engaste de apoio da mesa i- nercial.
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Para aquistar sinal de deslocamento foi utilizado transdutor de deslocamento (LVDT – ETM6), sensor de relutância variável amplamente utilizado na indústria. Sinais de aceleração foram aquistados com acelerômetro (ETM8), do tipo piezo-elétrico bidimensional para capta- ção de sinais de aceleração em direções ortogonais, mostrados, respectivamente, através das figuras, Figura 3.38 e Figura 3.39. A Figura 3.40 (a) mostra a curva de calibragem do LVDT e a Figura 3.40 (b), a curva de calibragem do acelerômetro.
Figura 3.38 Posicionamento do sensor LVDT para captação de sinal de desloca-
mento na posição DIRXY1.
Figura 3.39 Acelerômetro ADXL202 na posição DIRXY2.
(a) (b)
Figura 3.40 Curvas de sensibilidade dos sensores LVDT e acelerômetro: a) Curva carac- terística do LVDT DG 5.0 (Extraída e adaptada de: dos Reis (2007); b) Curva de cali-
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O acelerômetro utilizado pode ser visto através da Figura 3.39. O sensor foi calibrado por comparação de sinais gerados com calibrador de acelerômetro de frequência constante (159,3 Hz – ETM9). O dispositivo é mostrado através da Figura 3.38, em segundo plano, por trás do LVDT. O processo de calibragem consistiu em confrontar o sinal captado com sinal harmônico, de mesma frequência, gerado por gerador de sinal analógico (ETM21),aquistado com auxílio de osciloscópio (ETM3), mostrados através da Figura 3.33. A curva de calibra- gem do acelerômetro é mostrada através da Figura 3.40 (b).
Acelerômetros ADXL202 limitam-se à aceleração máxima (2g), isto é, aproximada- mente 19,62 m/s2. O acelerômtro utilizado possui placa de amplificação para possibilitar leitu- ra de sinais de baixa amplitude. Fez-se necessário calcular o fator de amplificação (Ganho da placa) mostrado através das figuras, Figura 3.41 (a) e (b). A figura, Figura 3.41 (a) mostra a imagem da tela do osciloscópio. O sinal em amarelo (9,6 V pico-a-pico) é a resposta amplifi- cada à entrada do sinal em verde (640 mV pico-a-pico) gerado por gerador de função. Análi- ses mostram que o fator de amplificação, ou ganho, é de 15 vezes.
Falou-se anteriormente que a aquisição de sinais de deslocamento se realizou com au- xílio de sensor de relutância, LVDT (ETM6). Embora não se tenha procedido, é possível re- construir sinal de deslocamento através de acelerômetros. No entanto, o produto (X0ω2) não pode ser utilizado devido à aceleração não ser constante. Obviamente, a reconstrução do sinal mediante aplicação da transformação inversa de Fourier dará resultados biasados. O problema
(a) (b)
Figura 3.41 Gráfico de sinais de entrada e saída da placa do acelerômetro em que se i- lustra a amplificação do sinal gerado em 15 vezes: a) Imagem gerada da tela do oscilos- cópio para determinação do ganho da placa de amplificação; b) Gráfico de sinais gera- dos pelo gerador analógico de função em confronto com o calibrador de acelerômetro.
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da introdução de erro se deve à conjunção de refinadas taxas de evolução diferencial de um sinal de aceleração no domínio do tempo, com taxas relativamente grosseiras de resolução no domínio da frequência.
A predeterminação de taxas de amostragem no domínio do tempo e da frequência pa- ra reconstruir sinais de alta frequência no domínio do tempo e sinais de baixa frequência no domínio da frequência produz erros na aquisição e armazenagem, devido à perda de significa- tivas componentes de Fourier do sinal. Uma proposta de contornar o problema por ajuste de curva em torno de significativas componentes de frequência é apresentada por Han (2010) com resultados satisfatórios. Neste trabalho sinais obtidos com acelerômetro foram utilizados tão só para avaliação da dinâmica do sistema e dos modos de vibrar.
Como parte integrante do conjunto periférico de operação e controle, foi construído um sistema de alimentação, descarga e coleta do efluente tratado para análise química. Um sistema pneumático de produção de ar comprimido com controle de pressão e vazão de ar foi construído para realização de processos de flotação a ar induzido.
O processo de alimentação de efluente oleoso é gravitacional contínuo e compõe-se basicamente de um reservatório em vidro (ETV6) mostrado através da Figura 3.43. Proveu-se o sistema de motor e impelidor para homogeneização, com capacidade máxima de rotação de 880 rpm. Um registro geral de esfera, de aproximadamente 12,23 mm de diâmetro interno, e uma válvula controladora de vazão (Figura 3.42) adaptada de uma válvula de agulha (ETM12), foi instalado. Para adequado controle operacional, a válvula controladora foi devidamente graduada e aferida por medição direta (Fox & McDonald, 1988) com auxílio de uma proveta de 500 mℓ (ETM22). Válvula e proveta são vistas através da Figura 3.42.
Através da Figura 3.43, mostrada na página seguinte, ilustra-se o conjunto de alimen- tação e cotas hídricas. Parâmetros hídricos a exemplo de altura manométrica e nível mínimo permissível de descarga de efluente do reservatório para abastecimento da cubra são aponta- dos. Deve-se procurar manter o nível do reservatório homogeneizador entre marcas indicadas e referenciadas por (∆V) para evitar variação expressiva de vazão (Limite máximo de 4%). A Figura 3.44, mostra o gráfico do comportamento da vazão para vários níveis do re- servatório de abastecimento e homogeneização. Pode-se constatar que acima de 350 mℓ vari- ações não variam mais que 4%. Este limite foi observado em todos os experimentos através de realimentação de efluente, sempre que o nível se aproximava do valor limite. No Apêndice encontram-se tabelas, Tabela 5 (a), (b) e (c) com valores medidos para aferição do controlador de vazão.
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Figura 3.42 Sistema de calibragem do con- trolador de fluxo de efluente.
Figura 3.43 Sistema de alimentação gra- vitacional de efluente e homogeneização.
O processo de medição direta foi realizado com auxílio de cronômetro (ETM1) e pro- veta Pyrex (ETM22), ilusrado através da Figura 3.42.
Figura 3.44 Vazão de efluente em função da graduação do controlador para distintas alturas manométricas em termos de volume vertido.
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Definiu-se a escala de graduação para abertura da válvula de 1 a 24. A partir da vigé- sima divisão não mais se verificaram variações de vazão, ou seja, a saturação da válvula dá-se após a vigésima divisão. Valores obtidos de vazão se definiram como vazão nominal de eflu- ente (Qn). Para ensaio os seguintes valores foram selecionados: 3,5 mℓ/s; 7,5 mℓ/s e 10 mℓ/s. Para produção de ar comprimido construiu-se um sistema utilizando-se minicompres- sor automotivo (ETV3) e controlador de vazão de ar (ETM13) a válvula de agulha. O controla- dor de vazão de ar foi construído e aferido. A curva de comportamento da vazão pode-se ver adiante através da Figura 3.47. Ductos de condução de ar feitos de mangueira cristal (ϕ = 6 mm) e conexões foram utilizados. Para conduzir o ar pressionado ao volume de efluente no interior da cuba, realizaram-se perfurações na coluna (ETV5) ilustrada através da Figura 3.14 e Figura 3.15, e perfurações ortogonais no pistão de base da cuba, da base até a superfície in- terna, se encontra instalada a conexão de tomada de ar da manga de flotação (ETV10).
O processo de fabricação da manga de flotação é mostrado através da Figura 3.45 (a),
(a) (b) (c)
Figura 3.45 Processo de construção da manga de flotação do sistema (Vibra-flot): a) Torneamento da barra de caulim/filito; b) Elementos acabados; c) Manga de flotação.
(b) e (c). Torneou-se uma barra circular em caulim e filito, estampou-se a calota esférica em chapa zincada (ASTM 879/0,6 mm) e realizou-se a montagem com adesivo industrial.
A aferição da válvula controladora de vazão de ar fez-se com auxílio de um rotâmetro (ETM11). A pressão monitorou-se através do manômetro do compressor. Estes elementos po- dem ser vistos através da Figura 3.46 (a) onde figuram o rotâmetro à direita, o compressor e válvula, à esquerda. O sistema de flotação a ar induzido pode ser visto em perfeito funciona- mento através da Figura 3.46 (b). A vazão de ar que se utilizou foi 0,184 m3/h (51,11 mℓ/s), à pressão, 1,41 atm (138.274 N/m2). Valores selecionados mantiveram-se como parâmetros o- peracionais constantes durante os ensaios com flotação a ar induzido. Critérios de seleção le-
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varam em conta, fluxo de bolhas de ar de pouca turbulência, relativamente denso, uniforme de modo a evitar transbordamento ou geração de espuma.
(a) (b)
Figura 3.46 Sistema de produção de ar comprimido e controle: a) Sistema de produção de ar comprimido para flotação; b) Sistema de flotação a ar induzido em perfeito
funcionamento.
A Figura 3.47 mostra a curva de calibragem do regulador de vazão de ar. A tabela de medição pode ser vista no Apêndice, Tabela 4.
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O sistema de descarga de efluente tratado é mostrado através da Figura 3.48 (a). A cuba de tratamento dispõe de ducto de descarga para canalizar o efluente tratado ao funil coletor em vidro com alongador e respiro para ar (ETV15).
O sistema de descarga e coleta construiu-se isoladamente, com borracha, para evitar risco de ruptura do funil em vidro. Dessa forma se permitiu descarregar o efluente tratado diretamente no reservatório acondicionador para análise química. O reservatório em vidro (Capacidade 1.000 mℓ) foi graduado por aferição direta em subdivisões de 50 mℓ no intervalo de 150 a 850 mℓ. Quando o volume excedia esse valor (925 mℓ por exemplo) em alguns casos, fez-se extensão da régua de aferição com auxílio de régua graduada. A descarga foi monitorada por cronômetro digital (ETM1) para cálculo da vazão efetiva de efluente (Qef).
(a) (b)
Figura 3.48 Sistema de descarga e coleta de efluente tratado: a) Sistema de descarga de efluente tratado; b) Reservatório âmbar graduado coletor de efluente tratado.