Introdução
A vazão é o parâmetro crucial dentro da área industrial, além de ter relação com a qualidade dos produtos, seus custos, matérias-primas, dentre outros. Por definição, a vazão significa o tempo que um fluido (líquido ou gás) demora para escoar \cite{tipos}, e interfere na:
- transferência de movimento: classificação de regime laminar ou turbulento;
- transferência de calor: eficiência de troca térmica;
- transferência de massa: tempo de residência ideal para uma máxima troca mássica.
Para calculá-la, desenvolveu-se o medidor de vazão. Suas aplicações variam em sistemas simples, como medidores de vazões de água em residências, e em sistemas mais complexos, como medidores de fluidos em escala industrial \cite{tipos}. No momento da escolha de um medidor, algumas condições devem ser analisadas, como a disponibilidade de peças para reparo, o conhecimento dos colaboradores em relação à calibração e manutenção, as falhas documentadas, os custos da instalação e da manutenção, dentre outras \cite{vazo}.
Ao escolher um dispositivo mais barato, um erro na medição de vazão pode ser gerado, pois determinados sensores não operam adequadamente. Logo, para uma melhor precisão, deve-se ter percepção geral da futura aplicação, além da natureza do processo do fluido e instalação \cite{vazo}.
Existem diferentes tecnologias para os medidores de vazão, por exemplo, diferencial de pressão, eletromagnéticos e hélice, desempenhando funções nos setores de saneamento, óleo e gás, química, alimentícios, energia, irrigação e papel/celulose \cite{cientifica}.
Os modelos de medidores de vazão eletromagnéticos podem ser construídos em aço inoxidável e propileno, assim como os medidores de vazão de água e os ultrassônicos. Esses materiais são resistentes à temperatura, pressão e produtos químicos \cite{contech}.
A importância da medição do fluxo de um fluido surgiu na antiguidade com navegadores, cerca de 5000 a.C. Para que a criação de um plano de navegação fosse possível, medidas de fluxo de ar e água foram determinadas \cite{vazo}.
Com relação à tubulação e onde se instala os medidores de vazão, características como direção, tamanho, material, acessibilidade, válvulas, perda de carga devem ser consideradas, além das vibrações, campos magnéticos, força elétrica, dentre outras \cite{vazo}.
De acordo com Trielli \cite{vazoa}, o funcionamento de um medidor de vazão pode ser classificado por:
- Pesagem: a vazão pode ser determinada pelo fluxo de massa que atravessa a seção durante um intervalo de tempo, necessitando de uma balança e um cronômetro. Porém, possui restrições como a demanda de se desvio do fluxo e a medição não sair instantaneamente, visto que é preciso um tempo para que a amostra seja colhida.
- Efeito da força de arrasto: a força de arrasto é proporcional ao quadrado da velocidade média de escoamento na seção. Essa leitura é realizada pelo dispositivo chamado de Rotâmetro;
- Equação da energia: através da alteração da seção onde se ocorre o escoamento, pode-se verificar variações nos termos da equação da energia. Os medidores mais comuns para essa categoria são: vertedouro, aplicado para medição em canais abertos; placa de orifício, onde se ocorre uma variação de pressão forçada; bocal, também chamado de Venturi curto; e tubo Venturi, com o mesmo intuito da placa de orifício, gerar uma diferença de pressão.
Werner Siemens criou o dínamo em 1856, com intuito inicial de substituir as baterias, que eram todas não recarregáveis, nos sistemas telegráficos. O invento logo foi aprimorado, em 1867, com a adaptação de um sistema de auto excitação. Então, o princípio de reversibilidade foi enunciado, comprovando que o mesmo aparelho poderia atuar como motor ou gerador \cite{eltrica}.
O dínamo é um aparelho gerador elétrico de corrente contínua, convertendo energia mecânica em energia elétrica. Um exemplo de sua aplicação, é na conversão de energia causada pela ação do vento nas pás de hélices acopladas no dispositivo. Industrialmente, o dínamo converte energia mecânica em elétrica por indução eletromagnética. Além disso, a energia mecânica pode ter origem de fontes calóricas, com base no princípio de máquinas a vapor, como a locomotiva \cite{Mantovani_2011}.
A dependência da indução eletromagnética para a conversão se energia mecânica em elétrica é fundamentada na Lei de Faraday da indução associada com a Lei de Ampère. A energia mecânica envolvida no sistema provém da rotação do eixo do dínamo, fazendo com que a intensidade de um campo magnético gerado por um ímã permanente oscile no tempo. Assim, conforme a Lei de Faraday da indução, leva-se à indução de tensões nos terminais dos enrolamentos em volta do ímã \cite{eltrica}.
Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis foram os pesquisadores responsáveis pela criação do Arduino, no ano de 2005. O objetivo era construir um aparelho que fosse de baixo custo, funcional e fácil de programar, sendo acessível a estudantes e projetistas iniciantes \cite{filipeflop}.
O Arduino é uma plataforma de computação física de fonte aberta, utilizando uma placa simples de entrada/saída. Pode ser aplicado para desenvolver projetos interativos independentes, ou conectado a programas de computador. Além disso, as placas de Arduino podem ser preparadas manualmente, ou compradas pré-montadas.
Esse programa se difere de outras plataformas do mercado pelos seguintes fatores: é um ambiente multiplataforma; pode ser executado no Windows, Macintosh e Linux; é um ambiente de desenvolvimento fácil de ser utilizado; pode ser programado com um simples cabo USB, sem necessidade de uma porta serial; é um hardware e software de fonte aberta; o hardware tem baixo custo e, então, seus possíveis erros não causarão grandes prejuízos; e foi criado em um ambiente educacional, ideal para iniciantes que precisam de rápidos resultados.
Esse trabalho consiste em mensurar e analisar a vazão de uma corrente de um fluido gasoso, em uma tubulação. A resposta do sistema se dá, primeiramente, através da energia mecânica causada pela movimentação de uma hélice, seguida da transformação dessa energia para uma corrente elétrica que é analisada pelo programa do Arduino, para finalmente resultar no acionamento dos LEDs (Light Emitting Diode) dependendo do valor da vazão medida.