Question

Estudo e implantação de um novo sistema de tratamento de resíduos.

Situação-problema: Estudo e implantação de um novo sistema de tratamento de resíduos
A EngAlpha é uma empresa de pequeno porte especializada em criar soluções em engenharia. Nesse cenário, você recebeu uma demanda de uma cidade localizada em uma região do interior do Brasil, que deseja melhorar a infraestrutura de saneamento básico da cidade, e para isso, pretende implantar um novo sistema em sua estação de tratamento de esgoto. O objetivo é promover uma melhoria do tratamento do esgoto líquido produzido na cidade antes de encaminhá- lo a um rio nas proximidades do município.
Antes de implementar esse processo, a estação de tratamento da cidade deseja conhecer o volume de esgoto gerado na cidade, o qual deverá passar pelo tratamento. Nesse sentido, a empresa na qual você atua foi contratada para auxiliar no dimensionamento dos tanques de tratamento e em outras etapas fundamentais à implantação desse novo sistema.
A proposta é realizar, inicialmente, a medição do volume de água que escoa em um cano, em determinada etapa do tratamento do esgoto, utilizando um sensor. O sinal do sensor será coletado por um sistema de aquisição de sinais. Para evitar ruídos de baixa frequência na aquisição, será utilizado um filtro passa alta, conforme apresentado pela Figura 01. Um filtro é qualquer combinação de elementos passivos e/ou ativos projetados para selecionar ou rejeitar uma faixa de frequências
Figura 01: Circuito elétrico que compõe o sensor capacitivo
Analisando o comportamento desse circuito mediante as condições estabelecidas, é possível identificar a quantidade de líquido que escoa pelo cano ao longo do tempo, o que possibilita dimensionar a estação de tratamento de resíduos.
Você e sua equipe foram indicados pela empresa para realizar os estudos solicitados pela estação de tratamento, nos quais vocês precisarão empregar os conhecimentos construídos ao longo do semestre e cumprir as tarefas propostas em cada etapa dessa problematização.
Após os estudos e a execução de cada etapa do trabalho, você e sua equipe deverão apresentar um relatório para a empresa contendo todos os dados obtidos e interpretando os resultados com vistas a aplicá-los na resolução dos problemas associados à implantação do novo sistema de tratamento de resíduos.
Agora, é com vocês!
O desafio é apresentar os estudos necessários à implantação do novo sistema de tratamento de resíduos. Para isso, um estudo sobre o funcionamento do filtro deve ser realizado. Posteriormente, uma análise sobre a perda de carga do escoamento deve ser considerada. Ainda, deve-se compreender sobre as características dos sensores, dos tipos de sinais e da exatidão dos equipamentos de medidas. Com base no problema descrito, elaborem um relatório, a ser encaminhado à estação de tratamento, no qual deverão constar obrigatoriamente os estudos desenvolvidos com base nas etapas descritas a seguir.

Tarefa 1:
Analise novamente o circuito presente na Figura 01. Considere os seguintes dados em relação aos elementos que compõem o circuito: R = 100 Ω, C = 1 mF e L = 100 mH. Para que seja possível investigar o escoamento e, por sua vez, dimensionar os tanques e as demais informações solicitadas pela estação de tratamento, você e sua equipe precisam, inicialmente, realizar um estudo teórico com relação ao circuito do filtro. Nesse sentido, para essa primeira etapa é necessário executar os dois passos apresentados a seguir:
Passo 1: Empregando as leis de Kirchhoff, construa o sistema de equações diferenciais ordinárias que modela o circuito ilustrado na Figura 01, a respeito da corrente no indutor e da tensão sobre o capacitor, considerando os dados informados anteriormente. Faça uma descrição detalhada do processo de obtenção das equações diferenciais ordinárias que governam o problema.
Passo 2: Represente o sistema de equações diferenciais ordinárias obtido no passo 1 em sua forma matricial e obtenha sua solução geral por meio do método dos autovalores e autovetores, a qual apresenta informações a respeito da corrente através do indutor e da diferença de tensão através do capacitor. Descreva detalhadamente todos os cálculos necessários para a obtenção da solução geral para o sistema de equações diferenciais ordinárias lineares, indicando os conceitos empregados em cada etapa e os procedimentos empregados ao longo dessa resolução. Se preferir, insira valores iniciais (ex: iL(0)=0 e Vc(0)=10) e obtenha a solução para essas condições.

Answer 1

Resposta:

Trabalho buscaremos reconhecer e modelar problemas, equacionar soluções, pensar estrategicamente, transferir e generalizar conhecimentos, associando os conhecimentos teóricos com situações práticas, provenientes de atividades executadas diariamente pelos profissionais da área. E assim desenvolver a iniciativa, criatividade e determinação, bem como a vontade de aprender, abertura às mudanças e consciência da qualidade.

Explicação:

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