UNICAMP Faculdade de Engenharia Mecnica FEM PROJETO FINAL: AQUECEDOR SOLAR DE BAIXO CUSTO COM CONTROLE DE TEMPERATURA ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO PROFESSOR:DR. AUTELIANO ANTUNES DO SANTOS JR. ALUNOS:CARLOS CAETANO DE ALMEIDARA 002844 GUSTAVO BORGES VITORINORA 043888 HELI FRANCISCO GENTIL GENARIRA 043978 RENATO SUEKICHI KUTEKENRA 046149 SAMUEL ARAJORA 046422 Campinas 2009 2 Dedicatria Dedicamos este trabalho s nossas famlias e a todos que contriburam de alguma forma para a sua concluso. 3 Agradecimentos Este trabalho no poderia ser concretizado sem a ajuda de muitas pessoas. AgradecemosaDeus,quetantasoportunidadesdeconhecimentoe responsabilidades nos propiciou, oferecendo-nos todas as condies necessrias. Agradecemos ao Prof. Auteliano por toda ateno prestada e pela motivao dadaatodooprojeto,desdesuaconcepoatasanlisesfinais. AFaculdadedeEngenhariaMecnicaeseusdirigentes,queofereceram condies para a efetiva formao profissional. 4 Imagine-se na cadeira de balano aos 95 anosrefletindo sobre a vida. Em que gostaria de pensar ? Nas oportunidades aproveitadas ou nas que voc deixou passar ? Sharyn Wolf 5 Sumrio Dedicatria.................................................................................................. 2 Agradecimentos......................................................................................... 3 Sumrio ........................................................................................... 5 Captulo 1 - Identificao de Oportunidades .................................. 8 1. Introduo ...................................................................................... 8 1.1 Identificao de oportunidades ........................................................ 8 1.1.1 Turbina de Tesla ......................................................................... 8 1.1.2 Aquecedor Solar de Baixo Custo .................................................. 8 1.1.3 Energia Solar Fotovoltaica ........................................................... 9 1.1.4 Motor Stirling............................................................................. 9 1.1.5 Indicador de Vazamentos de gua ................................................ 9 1.1.6 Sistema de Aproveitamento do Ciclo de Refrigerao ................... 10 1.1.7 Economia de Energia nos Elevadores .......................................... 10 1.1.8 Diviso do Valor gasto de gua num Condomnio........................ 10 1.1.9 Mquina de Lavar Roupa Modificada para Reuso de gua ............ 11 1.1.10 Chuveiro a carto .................................................................... 11 1.2 Avaliao e priorizao de projetos................................................ 12 1.2.1 Estratgia competitiva ............................................................... 12 1.2.2 Nicho de mercado ..................................................................... 12 1.2.3 Anlise tcnica e financeira........................................................ 13 1.2.3.1 Anlise das Clulas Fotovoltaicas............................................. 13 1.2.3.2 Anlise do Motor Stirling........................................................ 14 1.2.3.3 Anlise do Aquecedor Solar .................................................... 14 1.2.4 Anlise de Mercado................................................................... 15 1.3 Alocao de mo de obra.............................................................. 15 1.4 Descrio da Misso .................................................................... 16 1.5 Cronograma de Atividades............................................................ 17 1.6 Reflexes sobre a Etapa de identificao de oportunidades. .............. 18 Captulo 2 - Planejamento do Produto: Definio das Necessidades....................................................................................................... 19 2.1 Introduo .................................................................................. 19 2.2 Extrao de Informaes dos Usurios ........................................... 19 6 2.3 Interpretao dos dados em termos de necessidades dos possveis usurios ........................................................................................... 20 2.4 Classificao da importncia das necessidades ................................ 25 2.5 Reflexes sobre a Etapa de Definio das Necessidades ................... 27 Captulo 3 - Estabelecendo as Especificaes Desejadas............. 28 3.1 Introduo .................................................................................. 28 3.2 QFD........................................................................................... 29 3.2.1 Definio de Objetivos .............................................................. 30 3.2.2 Levantamento de Informaes Sobre Concorrentes ....................... 30 3.2.3 Especificaes do Projeto........................................................... 31 3.2.4 Casa da Qualidade..................................................................... 31 3.3 Reflexes sobre a Etapa de Estabelecimento das Especificaes Desejadas......................................................................................... 33 Captulo 4 - Planejamento do Produto: Gerao de Conceitos e Solues 34 4.1 Introduo .................................................................................. 34 4.2 Especificao e Decomposio do Problema................................... 35 4.3 Busca por Solues Externas......................................................... 38 4.3.1 Patentes ................................................................................... 38 4.3.2 Benchmarking .......................................................................... 41 4.3.3 Busca por Solues Internas....................................................... 51 4.4 Solues para Subfunes Crticas................................................. 51 4.4.1 Solues para Subfunes no Crticas ........................................ 53 4.5 Organizaes de idias ................................................................. 54 4.6 Esboo do Sistema....................................................................... 62 4.7 Reflexes sobre a etapa de gerao de Solues .............................. 64 Captulo 5 Seleo de Solues ................................................. 65 5.1 Introduo .................................................................................. 65 5.2 Metodologia................................................................................ 65 5.3 Matriz de Filtragem de Conceitos .................................................. 66 5.4 Matriz de Ponderao................................................................... 68 5.5 Aceitao do Produto pelo Consumidor.......................................... 69 5.6 Reflexes sobre a etapa de Seleo de Solues .............................. 71 Captulo 6 Arquitetura do Produto, Simulao dos Subsistemas e Especificaes Finais do Projeto .................................................. 72 6.1 Introduo .................................................................................. 72 6.2 Metodologia................................................................................ 72 7 6.3 Estabelecimento da Arquitetura..................................................... 73 6.4 Obteno das Especificaes Finais do Projeto................................ 77 6.4.1 Modelo do Sistema de Controle .................................................. 77 6.4.2 Modelo da Coleta da Energia Solar ............................................. 91 6.4.3 Modelo do Sistema de Armazenamento ....................................... 93 6.5 Modelo de Custo ......................................................................... 94 6.5.1 Reflexes sobre o modelo de custo.............................................. 96 6.6 Anlise de custos e DFM.............................................................. 97 6.6.1 Custos de materiais e montagem................................................. 97 6.6.2 Reavaliao dos custos de materiais e montagem.......................... 99 6.6.3 Implicaes do DFM no restante do projeto ............................... 101 6.6.4 Reflexes sobre o DFM........................................................... 102 6.7 Anlise Econmica .................................................................... 102 6.8 Reflexes sobre a etapa de Arquitetura do Produto, Simulao dos Subsistemas e Especificaes Finais do Projeto .................................. 104 Captulo 7- Desenhos detalhados................................................ 105 7.1 Introduo ................................................................................ 105 7.2 Desenhos dos Componentes........................................................ 105 Captulo 8- Consideraes Finais ............................................... 118 Referncias .................................................................................... 119 8 Captulo 1 - Identificao de Oportunidades 1. Introduo Nestaseoserabordadaaelaboraodaspossibilidadesdeoportunidadepara produtosaseremcomercializadosfuturamente.Paraisso,serutilizadaumametodologia paraescolherumaoportunidadebaseadonocontextodeEconomiadeEnergiaem Edificaes visando ajudar setores de baixa renda. 1.1 Identificao de oportunidades OtemadoprojetoEconomiadeEnergiaemEdificaes.Comoosprojetos apresentadospossuemsuatecnologiadesenvolvida,nossaoportunidadeuma implementaodemelhoriasemprodutosjexistentes.Foramelaboradasasseguintes propostas: 1.1.1 Turbina de Tesla Diferentedaturbinaconvencional,nessemodeloaproveitadooefeitodecamada limite em vez de se usar o movimento do fluido para girar as ps. Pode trabalhar tanto com fluidosaaltastemperaturasquantocomvapor,semmudanasnaconstruo.Paraotema propostoaTurbinadeTeslapodeserusadaparareaproveitamentodefluidosqueseriam descartados em edificaes, tais como leos usados para frituras de alimentos [3]. 1.1.2 Aquecedor Solar de Baixo Custo Umsistemabsicodeaquecimentodeguaporenergiasolarcompostode coletoressolares(placas)ereservatriotrmico(boiler).Asplacassoresponsveispela absoro da radiao solar. O calor do sol,captado pelas placas, transferido paraagua quecirculanointeriordetubulaesdoaquecedorsolar.Oreservatriotrmicocomo umacaixadguaespecialquecuidademanterquenteaguaarmazenadanoaquecedor 9 solar.Ainda,oreservatriotrmicopodevircomumsistemadeaquecimentoeltrico auxiliar(paradiascompoucosol).Aaplicaoseriaaeconomiadeenergiausadaem aquecimento de gua para banho e outras utilidades. 1.1.3 Energia Solar Fotovoltaica Diferente dos sistemas solares para aquecimento de gua, os sistemas fotovoltaicos noutilizamcalorparaproduzireletricidade.Interpretandoapalavra;"photo"significa "produzidopelaluz,"eosufixo"voltaico"refere-sea"eletricidadeproduzidaporuma reaoqumica."Atecnologiafotovoltaicaproduzeletricidadediretamentedoseltrons liberadospelainteraodaluzdosolcomcertossemicondutores,talcomoosilciono painelfotovoltaico.Estaenergiaconfivelesilenciosa,poisnoexistemovimento mecnico.Omovimentodoseltronsformaeletricidadedecorrentedireta.Oelemento principalaclulasolar.Vriasclulassoconectadasparaproduzirumpainel fotovoltaicoemuitospainisconectadosformammdulofotovoltaico.Umsistema fotovoltaicocompletoconsistedeumpainelouummduloconectadoauminversorque converteaeletricidadedecorrentediretaemcorrentealternadaquecompatvelcomo sistemadaredeeltrica.Aeconomiaenergticadesseprojetoalcanadaatravsda converso de energia solar em eltrica. 1.1.4 Motor Stirling Dispositivo que opera pela compresso e expanso de um gs quente. O Stirling tem aflexibilidadedefuncionarcomqualquerfontedecalor,almdepossuiraltaeficincia. Devidoaessascaractersticas,omotorapresentacompatibilidadecomfontesdeenergia alternativas e renovveis (mais detalhes em [1] e [2]). 1.1.5 Indicador de Vazamentos de gua umsistemaintegradodemonitoramentodaredeedetecodefugasdegua, baseadonaleituradesensoresdepressoevazo,quepermiteobterreaisganhos econmicos reduzindo as perdas de gua, os consumos no faturados e as avarias na rede. 10 Oobjetivofundamentaldoprojetopromoverousoeficientedaguanossetores urbano, agrcola e industrial, minimizando as suas perdas. 1.1.6 Sistema de Aproveitamento do Ciclo de Refrigerao Nosprocessosdecondicionamentodoar,utiliza-seocicloderefrigerao,ondea carga energtica retirada do ambiente,em parte, desperdiada. Em umoutro processo, o hidroaquecimento,omesmocicloutilizado,masoarfrionoaproveitado,sendo dissipado para o ambiente.Observa-sequetantonosistemadecondicionamentodearcomonosistemade aquecimentodeguatratadosutilizamosomesmocicloparaobterdiferentessadas.O projeto une esses dois sistemasreaproveitando energia e obtendo tanto aquecimento como refrigerao simultaneamente ou individualmente de acordo com o desejado. 1.1.7 Economia de Energia nos Elevadores Umaboamedidadeeconomiadeeletricidaderelacionadaaoselevadoresestna trocadosistemadecomandoparaumcomputadorizado.Essesistemapodegeraruma economia de 40% no consumo. Verificar o estado do quadro e das instalaes eltricas relacionadas ao elevador. Ailuminaodacabinetambmpodesercontroladanosistemaautomtico, fazendo com que as luzes se acendam apenas quando se chama o elevador. 1.1.8 Diviso do Valor gasto de gua num Condomnio um equipamento eletrnico que far a leitura do consumo de gua total e de cada usuriogerandoumacontainterna,quepoderseremitidafazendoquecadaumpagueo que usou efetivamente evitando o rateio.Odispositivoformadoporummedidoreletrnicoinstaladoemcadaumadas casaseapartamentos,osoftwareresponsvelpelocontroledosgastosinstaladoemum 11 PC. Esse sistema confivel porque todos os dados so feitos de forma eletrnica evitando erro humano. 1.1.9 Mquina de Lavar Roupa Modificada para Reuso de gua Amquinadelavarroupasumdosmaisimportanteseletrodomsticosdeuma residncia, desde sua criao vem sendo aperfeioada para realizar lavagens mais eficientes e ser mais autnoma possvel. Alguns usurios para racionalizar o uso da gua armazenam a gua utilizada pela mquina no enxge para utiliz-la na prxima lavagem. Esta prtica visa economia de gua, devido ela ser suficientemente limpa para uma primeira lavagem. O objetivo facilitar esta prtica. A economia de gua chega 50%, e coincide com a atual mentalidade de uso racional dos recursos hdricos.Aprincipalmodificaosernaadoodeummotorprojetadopararealizaras funes de agitao e centrifugao, sem a necessidade de polias e correias. 1.1.10 Chuveiro a carto Oconsumodeenergiaeltricaeodesperdciodeguacrescemgradativamente. Grandesdesperdiadoresdeguasoosclubeseacademias,ondehumagrande rotatividade de pessoas utilizando os chuveiros e duchas o dia inteiro. Com esse propsito, ochuveiroacartotemafinalidadedecontrolarotempodebanho,proporcionando,de imediato,significativaeconomianoconsumodeeletricidadeegua.Oprodutouma excelentealternativaparaqualquerestabelecimentoqueregistrediariamenteumelevado nmerodebanhos.Oinventofuncionardaseguinteforma:primeiro,oresponsvelpelo estabelecimento escolhe quanto tempo de banho ser disponibilizado ao cliente. Este tempo digitado em um terminal instalado ao chuveiro. Na hora do banho, o usurio ser avisado dequantotempoterereceberumcartoque,aoserintroduzidonoterminal,ligaro chuveiro.Aregulagemdatemperaturaedaquantidadedeguafeitanormalmentepelo usurio.Faltandodoisminutosparaesgotaroprazo,oaparelhoavisaapessoa,emitindo umsinalsonoro,queserrepetidoquandofaltar60,30e10segundos.Ocarto inutilizado automaticamente assim que o chuveiro desligar. 12 1.2 Avaliao e priorizao de projetos Dentreaspropostasexibidas,analisamosalgunscritriosparadefinirqualoprojeto maispromissor.Oscritriosestabelecidosparadefiniodoprojetoforam:Estratgia Competitiva, Nicho de Mercado e Anlise Tcnica e Financeira. 1.2.1 Estratgia competitiva Lideranaemtermosdecusto:oferecimentodeprodutosacustosbaixospara garantir a acessibilidade dos consumidoresFoconoconsumidor:estabelecimentodeumalinhadiretadecomunicaoentre empresa e consumidor atravs de reunies programadas a representantes de clientes, visitas a comunidades atendidas e pronto atendimento em caso de reclamaes. Nessaetapadoprojetopodemosdescartarasseguintesoportunidades:turbinade Tesla,indicadordevazamentosdeguaeeconomiadeenergianoselevadores.Poisas concepes destesprojetos tero um valoraltoeno temosacerteza de disponibilizar um produtoquelidereomercadoemtermosdecustoelideranaemtecnologia.A oportunidadedeeconomiadeenergianoselevadoresamaisdifcil,pois,poderemos concorrercomempresasquefabricamoelevadorejinsiramosistemadeeconomia energia nos seus produtos, restando a ns apenas concorrer na manuteno e instalao do sistema em elevadores antigos, restringindo nosso mercado. 1.2.2 Nicho de mercado Sistemapblicoquevisadiminuirademandaporenergiaeltricaeguanas residncias.Consumidoresdebaixarenda,cujascontasdeenergiaeltricaedeguaso uma parte considervel do oramento da famlia e que no se inserem na faixa de consumo que subsidiada pelo sistema pblico. Consumidores de classe mdia e alta que procuram reduzir o consumo energtico para preservar o meio ambiente. Nessaetapadoprojetopodemosdescartarasseguintesoportunidades:sistemade aproveitamentodocicloderefrigerao,divisodovalorgastodeguanumcondomnio, mquinadelavarroupamodificadaparareusodeguaechuveiroacarto.Osistemade 13 aproveitamentodocicloderefrigeraofoidestacadodevidoaonichodemercadoser pequeno e representar majoritariamente pessoas de classe mdia e alta. O projeto de diviso dovalorgastodeguanumcondomniofoidesconsideradodevidoapoucaaoconcreta nosentidodadiminuiodoconsumodegua(necessitarianessecasodecampanhas publicitrias,sendoqueoaparelhoporsisnodiminuiriaoconsumo).Osprojetos mquinadelavarroupamodificadaparareusodeguaechuveiroacartoforam descartados por abandonar o mercado de baixa renda. 1.2.3 Anlise tcnica e financeira Dentre as propostas concebidas, as proposta que mais se encaixam com o tema so a EnergiaSolarFotovoltaica,Aquecedor SolareoMotorStirling. Aseguir mostradapara cada proposta uma anlise financeira. 1.2.3.1 Anlise das Clulas Fotovoltaicas ParaconstruodoSistemadeClulasFotovoltaicaspesquisamosvrios fornecedores e chegamos aos seguintes equipamentos e custos na tabela 1: Tabela 1: Custos de implementao de clulas fotovoltaicas EquipamentosPreo (reais/unidade) Painel Fotovoltaico (130W)2150,00 Controlador de carga233,00 Inversores234,00 Bateria269,00 Existe alta competio no setor entre empresas que dominam essa tecnologia, o que torna essa ambiente desfavorvel a entrada de uma nova empresa. Ainda, devido aos custos eacomplexidadedosequipamentosmuitodifcilparaumaempresaserlderdecustos nessemercado.Almdisso,ovalordoprodutoseencontraacimadovalormximo estipulado de quinhentos reais. Assim, optamos por abandonar essa proposta. 14 1.2.3.2 Anlise do Motor Stirling Para construo do Motor Stirling [1], pesquisamos vrios fornecedores e chegamos aos seguintes equipamentos e custos na tabela 2: Tabela 2: Custos de implementao do motor Stirling Servios e MateriaisPreo (reais/unidade) Material para as peas (bronze, alumnio, ferro fundido e ao inox) 150,00 Servio de Usinagem1500,00 Apesardeservivelanalisandosomenteoscustosdemateriais,ausinagemdas peasdomotorStirlingtemocustoaltopelomontantederecursosqueogrupotempara investir em um projeto. 1.2.3.3 Anlise do Aquecedor Solar Para construo do aquecedor solar, pesquisamos vrios fornecedores (ver [4], [5] e [6]) e chegamos aos seguintes equipamentos e custos na tabela 3: Tabela 3: Custos de implementao do aquecedor solar EquipamentosPreo (reais/unidade) Aquecedor e caixa de gua (310 litros)300,00 Chuveiro30,00 Rels10,00 Eletrovlvula50,00 A soma decustos que o projeto est dentro do oramento disponvel pelo grupo. importante mencionar que existem poucas empresas que trabalham no desenvolvimento de aquecedordeguadebaixocusto.Portanto,nossogrupovgrandeoportunidadede sucesso ao ingressar nesse mercado. 15 1.2.4 Anlise de Mercado Omercadointernopossuivriasempresasquepossuemprodutosquefazemo aquecimentode gua residencial porenergia solar. A tabela 4 mostra as empresas que so regulamentadaspeloINMETROquefabricamsistemadeaquecimentosolarpara residncias. Tabela 4: Pesquisa de mercado de empresas que fabricam sistema de aquecimento de gua via energia solar EmpresasEquipamentoPreoInstalaoMaterial Hidrulico Enalter400 litros 2 placas 2,0 m2R$ 1772,00R$ 900,00- Soletrol400 litros 4 placas 1,0 m2R$ 2214,40R$ 320,00 R$522,00 Tuma Ind. Velco 400 litros 6 placas 1,0 m2R$ 2578,00R$ 300,00R$300,00 Transen400 litros 4 placas 1,0 m2R$ 1757,00R$ 320,00R$450,00 1.3 Alocao de mo de obra As tarefas sero atribudas de acordo com a especialidade de cada membro. Porm, todososmembrosparticiparodetodasasatividadesquecompemaelaboraodo projeto,assimseronecessriasreuniessemanaisecomunicaoviaoutrosmeios (internet e telefone). A alocao foi feita da seguinte forma: Carlos Caetano: Colaborador. Responsvel pela modelagem em CAD. Gustavo Borges Vitorino: Comunicador.Responsvel pelo sistema fluidotrmico. Heli F. G. Genari: Desafiador. Responsvel pela teoria de controle. Renato Suekichi Kuteken: Contribuinte. Responsvel pela programao. Samuel Arajo: Contribuinte. Responsvel pela anlise econmica. 16 1.4 Descrio da Misso A tabela 5 descreve a misso do grupo, com objetivos, descrio de produto, metas do projeto, mercados visados, comentrios e stakeholders. Tabela 5: Misso do Grupo Objetivo Desenvolver um sistema de aquecimento solar de baixo custo com controle automtico de temperatura. Descrio do Produto Umdispositivoquecaptaenergiasolaratravsdepainis,transformaemenergiatrmicae transfereparaagua.Ainda,osistemacontarcomumdispositivomecatrnicodecontrolede temperaturadaguadobanho,podendocontrolaraaberturaefechamentodasvlvulase,em caso de pouca insolao, ligar o aquecimento auxiliar. Metas do Projeto Fornecer uma soluo de baixo custo para o aquecimento de gua via energia solar e um dispositivo de aquecimento alternativo. Conquistar uma parcela de 60% do mercado relacionado. Introduo no mercado no 2Semestre de 2010. Mercado Primrio Casas populares construdas pelo governo (programa "Minha Casa, Minha Vida", CDHU, Cohab, etc.). Pessoas de baixa renda no contempladas com subsdio do governo por metas de consumo. Pessoas de baixa renda contempladas com subsdio do governo, onde o governo possui interesse em reduzir o consumo de energia eltrica. Mercado Secundrio Pessoas de classe mdia e classe alta que desejam reduzir o consumo de energia eltrica. Pessoas com interesse em utilizar fontes renovveis de energia para preservao do meio ambiente. Consideraes e Limitaes Limite de preo unitrio de cada produto, uma vez que a grande maioria dos sistemas similares no mercado apresenta altssimo custo. Sistema modular para fcil instalao e manuteno. Partes Interessadas Governo. Prof. Dr. Auteliano Antunes dos Santos Jnior. Grupos ambientalistas. Grupo Domingo na FEM. Usurios. 17 1.5 Cronograma de Atividades Est descrito na tabela 6 as etapas e os respectivos perodos de execuo do projeto. Tabela 6: Cronograma de atividades do projeto Perodos Etapas12345678 Definio de ProjetoX Lista de Necessidades

X

Especificaes Preliminares X Propostas de Soluo X Soluo Selecionada XSimulaes, Avaliaes e Anlises X Desenho de Componentes e SistemasXProjeto Final X Elaborao de Relatrio XXXXXXXX Perodo 1: de 14 a 22 de setembro de 2009 Perodo 2: de 23 a 29 de setembro de 2009 Perodo 3: de 30 de setembro a 13 de outubro de 2009 Perodo 4: de 13 a 20 de outubro de 2009 Perodo 5: de 21 a 27 de outubro de 2009 Perodo 6: de 28 de outubro a 17 de novembro de 2009 Perodo 7: de 18 de novembro a 03 de dezembro de 2009 Perodo 8: de 04 a 10 de dezembro de 2009 18 1.6 Reflexes sobre a Etapa de identificao de oportunidades. Analisandooprodutoaserdesenvolvido,temosacertezadequeosistemade aquecimentosolarecontroledetemperaturatrarbenefciossociedade.Omais importantequeesteprodutoincluir,comoconsumidores,pessoasdebaixarenda,ou seja, seremos uma das poucas marcas preocupadas com este nicho de mercado. Fazendoumaanlisedomercadoconcorrente,observamosqueexistemprodutos queapenasaquecemaguaouprodutosqueapenasfazemocontroleautomticode temperatura,pormnoexistenenhumprodutoqueuneaquecimentosolarecontrole automtico de temperatura. O produto mais prximo da nossa oportunidade aquece a gua no boiler com o uso de um resistor. Almdisso,amissoescolhidapelogrupocoerente,considerandoapropostade apelo social que o formador da disciplina exigiu. 19 Captulo 2 - Planejamento do Produto: Definio das Necessidades 2.1 Introduo Conhecerasnecessidadesdomercadoumpassoimportanteparaageraode conceitosesolues.Umconceitoumadescriodaforma,funoecaractersticas bsicas do produto.Nestecapitulobuscamosidentificarasnecessidades(explcitasoulatentes)da populao, visando projetar um equipamento de boa qualidade aos olhos dos clientes. Inicialmente iremos extrair as informaes dos usurios atravs de um questionrio contendoquestesemqueosnossospossveisconsumidoresexponhamsuasexpectativas quantoaoprodutoe,apartirdisto,saberemosasnecessidadesquenossoprodutodeve atender.Apsisto,classificaremosasnecessidadessegundoaimportnciapassadapelo consumidor. Ao final do captulo ser realizada uma reflexo sobre o mtodo utilizado. 2.2 Extrao de Informaes dos Usurios Paraextrairasinformaesdosusuriosfoielaboradaumalistacontendoseis perguntas consideradas chaves a serem respondidas pelas pessoas por e-mail. Com base nas respostas a essas perguntas podem-se encontrar as necessidades do consumidor. As questes apresentadas foram: 1 - Onde mais voc acha que o produto sugerido se encaixaria? 2 - O que voc gosta no produto que j existe? 3 - O que voc no gosta no produto que j existe? 4 - Que melhoria voc faria no produto? 5-Quaisfuncionalidades/caractersticasvocachaquedeveriamestarpresentesno produto? 6 - Voc gostaria de ter este produto em seu ambiente de trabalho?E em sua residncia? 20 2.3Interpretaodosdadosemtermosdenecessidadesdospossveis usurios Foram realizadas cerca de dez entrevistas, obtendo as seguintes respostas: 1 - Onde mais voc acha que o produto sugerido se encaixaria? Talvezumaadaptaomaisinteligentedosistemaatualpararesidnciasdealto padro. Lojasdeserviocomosalodecabeleireiro,padarias,restaurantes,entreoutros onde o consumo de energiaeltricaumfatorrelevante e degrande peso no fim doms, bem como residncias. Emaplicaesparafazendas,aquecimentodeguadepiscina,aquecimentode guaparacontroledetemperatura(aprox.35C)emsistemasdetratamentodeefluentes para manuteno do crescimento de microorganismos anaerbios. Restaurantes e lanchonetes (economiza o gs para esquentar a gua, usamos assim em casa). PrincipalmentenapopulaodeclasseC,DeE.Masacreditoquepoderiaser aplicvel em stios no interior. Emresidnciasdeclassemdia,inclusiveemcondomnios,em sanitrios/vestirios de funcionrios de empresas. Amelhoraplicaoquesetememresidncias.Paraumaaplicaoemprdios residenciais, teria que ter um conjunto de placas muito grande, bem como os recipientes de armazenamento(Boiler).Fascina-meousodestatecnologiaparaageraodeenergia eltrica,pormoscustosatravsdestesistemaparaumapequenageraoSomuito dispendiosos, ms fica ai um desafio para que vocs faam uma analise desta aplicao. Banho (economia de eletricidade) e cozinha (economia de gs) Acredito que em qualquer residncia, mesmo as de classe mdia, pois muitas esto acomodadasnoantigosistemaeltricodeaquecimentodeguaenomudampeloalto investimento necessrio. Qualquer lugar onde se use muita gua quente, residncias... 21 2 - O que voc gosta no produto que j existe? Reduo no consumo de energia Economia de energia eltrica no fim do ms Eficcia. Se mantm quente por muito tempo. Sim.Almdeproporcionareconomia,eleauxiliaaconservaodomeio ambiente. Produtoquejexiste,seriaossistemasdeaquecimentosolaresjexistentesno mercado, ou consuma da prpria energia eltrica? Em relao energia eltrica o benefcio que nos dias nublados, a gua esquenta rpido, diminuindo desperdcio. No aquecimento solar h uma grande demora, ou dependendo do n de dias sem sol, nem esquenta! Os produtos que existem com alto custo, so funcionais e atendem as necessidades uma vez que seja montado por profissionais, considerando os requisitos de posicionamento das placas em relao trajetria do sol etc. Sim, porm os canos de cobre so muito caros A economia que proporciona. Tambm h o bom sentimento de ser uma tecnologia verde.Chuveiros eltricos ou a gs? Eles funcionam... 3 - O que voc no gosta no produto que j existe? Que,senofizersol,eutenhoqueaquecer500ldeguaparatomarumbanho onde no gasto 100. Falta de controle de temperatura, onde a gua pode chegar temperaturas elevadas e provocar danos fsicos (j me queimei uma vez...). O preo. O sistema atual tem um custo muito elevado. Preo. O Kit j vem pronto. Caro Eu acho o preo muito caro, girando por volta de R$ 3.000,00. Emrelaoenergiaeltrica,nogostodocusto,ochuveiro,principalmente consome bastante energia eltrica. 22 O custo, porm o material disponvel no mercado, cobre, alumnio, etc. contribuem de forma significativa para este. O aquecimento no se mantm por mais de dois dias Oelevadocusto.Reclamariatambmdosdiasquenofazsoleporissoeleno esquenta, mas a o problema outro. Chuveiros eltricos: Se for mal instalado, choques. Eu j tomei vrios. Chuveiros a gs: Alguns demoram pra esquentar a gua. Vazamentos podem ser perigosos. 4 - Que melhoria voc faria no produto? Instalaria ele em paralelo com uma resistncia de chuveiro. Se a temperatura fosse menor do que uma dada temperatura, ele ligaria essa resistncia e aqueceria somente a gua a ser utilizada, o quanto fosse necessrio para se tomar um bom banho. Umsistemadeaquecimentoereaproveitamentodeenergiaparaosdiasmenos ensolarados Euimplantariaumsistemadeespelhosparafocalizaraluzdiretamentenofoco sobre o tubo. Um espelho comprido envolvendootubo todo. Umespelho feito com papel alumnio e estrutura de PS expandido ou poliuretano. Diminuiria o preo. Normalizanasprefeiturasaalturamnimaeainclinaodostelhadosdasnovas construes.Paraquetodasasresidnciaspudessemutilizaroequipamento.Proporuma reduodacargatributriaqueincidesobreestetipodeequipamento,visandogerar oportunidades para que as famlias inserissem estes equipamentos em seus lares.Noprodutoproposto?Umprojetocomumndeplacascondizentescomo consumofamiliar(levandoemcontaondepessoasdafamlia),paraquenohaja necessidade da utilizao do boiler em dias chuvosos, pois o consumo de energia neste caso at mais alto do que a utilizao de chuveiro eltrico. Uma das melhorias que se faz mais necessria para o sistema, esta na substituio da tubulaode cobre, considerandoo altondice de cloro que temos nagua nosdias de hoje, o qual contribui para uma possvelcorroso da tubulao. Saliento que hoje temos a tubulaodaTigreosistemaAquatermeosistemadaAmanco,pormeudesconheoo grau de eficincia. 23 Seria necessrio que a captao solar fosse aproveitada melhor com menos placas Um feedbackmais rpido do canal demistura de guas. Em algunschuveiros em minharesidncia demoram 20 segundos paramudaratemperatura se eualteroavazo de umdoscanais(quenteoufrio),issomuitodesconfortvelpoisgasta-semuitaguaat chegar na temperatura desejada. J parece interessante com o que tem. 5-Quaisfuncionalidades/caractersticasvocachaquedeveriamestar presentes no produto? Nada mais do que o sugerido Sistemadeconservaodeenergiaparadiasmenosensolarados,diaspouco ensolarados Ter relao preo/eficincia baixa.Bom isolamento trmico. Pararegiesqueeventualmentepossampassarporperodosdeescassezdaluz solar.Acreditoqueoaquecimentoagsseriaumasegundaopo,poiselamaisbarata que a energia eltrica. Custobaixo,eficincianoaquecimentodagua,facilidadedeaquisio, orientaotcnicaepraticidade/facilidadenainstalao,funcionalidade,diminuiodo consumo do recurso hdrico. Preo mais acessvel na instalao, principalmente na tubulao. Controle de temperatura seria realmente muito bom. Poderia ser barato tambm 6 - Voc gostaria de ter este produto em seu ambiente de trabalho?E em sua residncia? J tenho! Sim, em ambos. Sim, em minha residncia.Sim. 24 Todasasempresaseresidnciasdeveriamserorientadasautilizaroaquecimento solar em novos projetos. Poderiahaverumalinhaquevisasseoportunizarare-adequaodosambientes antigos aos novos conceitos de re-uso, re-utilizar, reciclar e consumir menos.J possuo na residncia e sou favorvel. Gostaria de ter este benefcio no ambiente de trabalho tambm. J tem aquecimento solar em casa. muito prtico, mas no custou barato. Sim, sim. Tomar banho sempre bom, quente ento nem se falaPossivelmente Atravs dessas respostas foi elaborado um conjunto de necessidades as quais nosso produto deve suprir. Para interpretar as necessidades dos consumidores usaram-se as cinco regrasbsicasdeinterpretao:oqu,nocomo;especificidade;positivo,no negativo; atributo do produto; evitar precisa e deve. Segue abaixo algumas necessidades encontradas: Osistemaaplica-seaousodomsticoeemlocaisondesefaznecessrioo uso de gua aquecida. O sistema reduz o consumo de energia eltrica. O sistema mantm a gua aquecida. O sistema apresenta baixo custo de implementao. O sistema utiliza fonte de energia limpa. O sistema possui por norma da prefeitura a altura mnima e a inclinao das novas construes. O sistema controla a temperatura da gua. O sistema utiliza espelhos cncavos para concentrar a luz solar. Osistematemcontroledeaquecimentoeltriconochuveiroemvezdo tonel. O sistema seguro contra choques e vazamentos de gs. O sistema garante o uso para um grande nmero de pessoas. O sistema usa tubulao de PVC. Osistemautilizacontroledevazoedetemperaturaautomatizados, garantindo tempo de resposta mais rpido e menor desperdcio de gua. 25 O sistema de fcil instalao. O sistema reutiliza gua. 2.4 Classificao da importncia das necessidades Depoisdelevantadasasnecessidades,foirealizadaumanovapesquisacomos consumidores de modo a classificar a importncia de cada uma delas. Para isso, foi pedido aosconsumidoresqueatribussempontosde1a5paracadanecessidadelistada, considerando 1 como totalmente desnecessrio e 5 como totalmente necessrio. Ao trmino dapesquisa,foielaboradaumatabela(tabela7)classificandoasnecessidadesdeacordo com sua importncia para os consumidores. Tabela 7: Classificao das necessidades de acordo com suas importncias e caractersticas NecessidadeImportncia O sistema aplica-se ao uso domstico e em locais onde se faz necessrio o uso de gua aquecida. 5 O sistema garante o uso para um grande nmero de pessoas.3 O sistema de fcil instalao.3 O sistema reduz o consumo de energia eltrica.5 O sistema apresenta baixo custo de implementao.5 O sistema usa tubulao de PVC.3 O sistema reutiliza gua.2 O sistema seguro contra choques e vazamentos de gs.5 O sistema utiliza fonte de energia limpa.3 O sistema possui por norma da prefeitura a altura mnima e a inclinao das novas construes. 1 O sistema controla a temperatura da gua.4 O sistema utiliza espelhos cncavos para concentrar a luz solar.1 O sistema mantm a gua aquecida.5 O sistema tem controle de aquecimento eltrico no chuveiro em vez do tonel. 3 O sistema utiliza controle de vazo e de temperatura automatizados, garantindo tempo de resposta mais rpido e menor desperdcio de gua. 4 Legenda:26 Caracterstica indesejvel. No compro este produto1 Caracterstica no importante, mas no me importo de t-la2 Caracterstica seria adequada, mas no necessria3 Caracterstica altamente desejvel, mas eu compraria um produto sem ela4 Caracterstica crtica. Eu no compraria o produto sem ela.5 UsabilidadeEconomiaFuncionalidadeSustentabilidadeRegulamentaoSegurana Analisandoatabela7,asnecessidadesmaisimportantesqueoprodutodeve apresentar segundo os consumidores so: Osistemaaplicvelemqualquerlocalquenecessitadeguaaquecida (Usabilidade); Osistemadeveapresentarbaixoconsumodeenergiaeltricaebaixocusto de implementao (Economia); O sistema deve ser seguro contra choques e vazamentos de gs (Segurana); O sistema deve manter a gua aquecida (Funcionalidade); Alm dessas obrigatoriedades, nosso sistema deve garantir: Controledetemperaturaevazodaguaetempoderespostabaixopara vazo e temperatura da gua (Funcionalidade). Oaspectoeconmicoserconcretizadoemumequipamentocombaixocustode instalaoeoretornodoinvestimentoserrefletidonadiminuiodacontadeenergia eltrica. A funcionalidade do produto se dar na automao da eletrovlvula que controla o fluxodeguaquenteefriaenoacionamentodochuveiro.Aseguranaestpresenteno produto devido ao acionamento ser separado do chuveiro e do uso de uma fonte de energia segura. A usabilidade se deve ao fato do produto ser de fcil instalao e na flexibilidade de aplicao. 27 2.5 Reflexes sobre a Etapa de Definio das Necessidades Asentrevistasforamfeitasutilizandoumpequenopblicoalvo(funcionriosda limpeza, do restaurante universitrio e da manuteno), porm poderamos fazer a pesquisa emoutroslocaiscomoconjuntoshabitacionais,moradiasestudantis,bairroscarentes,ou seja,talveznossoresultadopudesseabrangerummercadomaiorelevantaroutras necessidades.Alm disso, poderamos ter formulado mais questes, tornando o questionrio mais completoeconsistente,podendoassimlevantaroutrasnecessidadesquenoforam contempladas nas perguntas utilizadas. Constatamostambmqueapesquisafoiumaferramentafundamentalna identificao de muitas necessidades. Esta ferramenta trouxe vrias necessidades em que os membros do grupo no haviam pensado. 28 Captulo 3 - Estabelecendo as Especificaes Desejadas 3.1 Introduo Nocaptuloanteriorforamlevantadasnecessidadesdomercadoconsumidor.Em muitoscasosestasnecessidadessosubjetivas,assimnecessriaumaferramentaque transforme estes critrios subjetivos em parmetros mensurveis e objetivos.Paraisso,utilizaremosaferramentaDesdobramentodaFunoQualidade(QFD) paracruzarosparmetrosdaengenhariaeasnecessidadesdosclientes.Tambm,esta ferramentautilizadaparafazermosaumaavaliaodecomoosprodutosconcorrentes atendem as necessidades. OQFDummtodoquepodeserempregadodurantetodooprocessode desenvolvimentodeprodutoetemporobjetivoauxiliarogrupodedesenvolvimentoa incorporarnoprojetoasreaisnecessidadesdosclientes.Pormeiodeumconjuntode matrizesparte-sedosrequisitosexpostospelosclienteserealiza-seumprocessode desdobramentotransformando-osemespecificaestcnicasdoproduto.Asmatrizes servemdeapoioparaogrupo,orientamotrabalho,registramasdiscusses,permitema avaliao e priorizao de requisitos e caractersticas e, ao final, so uma importante fonte de informaes para a execuo de todo o projeto. AforadoQFDestemtornarexplcitasasrelaesentrenecessidadesdos clientes,caractersticasdoprodutoeparmetrosdoprocessoprodutivo,permitindoa harmonizaoepriorizaodasvriasdecisestomadasduranteoprocessode desenvolvimentodoproduto,bemcomoempotencializarotrabalhodeequipe.Outro aspecto a considerar que, por ser uma metodologia que se baseia no trabalho coletivo, os membros da equipe desenvolvem uma compreenso comum sobre as decises, suas razes e suas implicaes, e se tornam comprometidos com iniciativas de implementar as decises que so tomadas coletivamente. 29 3.2 QFD OQFD(QualityFunctionDeployment)muitoutilizadoporvriasempresas, para entender os pedidos dos consumidores.Essaferramentadaqualidadeidentificaospedidosdoconsumidoreosavaliaem umaescalanumrica,comnmerosmaisaltoscorrespondendoaospedidos"essenciais"e nmerosmaisbaixoscorrespondendoaos"bonsdeseter",apartirdessesdados,vrias opes de design so listadas e avaliadas em suas habilidades de atender as necessidades do consumidor.Cadaopodedesignvaleumpontoeaquelascomaltaspontuaesse tornamsoluespreferenciais.Tambm,essapontuaoquantificaaimportnciadas necessidades. Apsolevantamentodasnecessidadesdoconsumidor,devemosconvert-lasem especificaesparaoprojeto,taiscomofunesourequisitosemnossoproduto, juntamentecomasespecificaestcnicas,gerandoassimumaclassificao,que relacionada necessidade do consumidor com a especificao tcnica. Tabela 8: Critrios de pontuao para o QFD. Critrios de Pontuao 1 - Relao Fraca 2 - Relao entre Fraca e Mdia 3 - Relao Mdia 4 - Relao entre Mdia e Forte 5 - Relao Forte Nesteprojeto,oscritriosdepontuaoeasrelaespodemserobservadosno quadro acima, esse valores sero utilizados para classificar e quantificar cada especificao doprojeto.Oprocessodeclassificaodasespecificaesquantosuarelevncia realizado atravs de uma ponderao. Faz-se a somatria de todas as pontuaes de relao multiplicadasporsuasrespectivasimportancias,emcadameioderealizao.Istoser mostrado em mais detalhes nas prximas sees. NaconstruodoQFDimportantedefinirosobjetivos,levantarasinformaes sobreosconcorrentesetransferirasnecessidadesdosclientesparaparmetrosde engenharia. Cada um desses levantamentos discutido detalhadamente abaixo. 30 3.2.1 Definio de Objetivos importanteparaodesenvolvimentodoprojeto,queoprodutosejaeconmico, seguro,funcionalesustentvel,ouseja,quesejaproduzidodeacordocomodesejodo consumidor, garantindo assim mercado consumidor. Dentreasprincipaispreocupaesdeacordocomolevantamentodenecessidades, temos: o sistema tem queserseguro, apresentarbaixo custo de implementao emanter a gua aquecida. Dessaformairemosdesenvolveroprodutosegundooscritriosacimacitados, levando em considerao tambm outros fatores, como custo de produo. 3.2.2 Levantamento de Informaes Sobre Concorrentes Deacordocomaanlisedaconcorrnciapodemosaveriguaraviabilidadedo produto,observarospontosfalhos,acrescentarcaractersticasimportantesdos concorrentes, melhorar caractersticas positivas dos concorrentes e descartar caractersticas irrelevantes. Podemosobservarnatabela9queosprodutosdosprincipaisconcorrentes apresentamaltocustodeimplementaoalmdenooferecernenhumcontroleno aquecimento da gua. Tabela 9: Comparao entre as concorrentes 31 3.2.3 Especificaes do Projeto Dentreasespecificaesdesejadas,torna-senecessrioespecificarumafaixade valoresquesodesejveiseaceitveisnoproduto.Algunsparmetrossoapresentados, bem como seus valores na tabela 10. Tabela 10: Parmetros de projeto DescrioUnidade Valor desejvel Valor aceitvel Capacidadedeguano reservatrio m600500 N. de operaes para instalaounid12 Consumo de PotnciakWh43 Custo materialR$300350 Custo mo-de-obraR$100150 Fonte renovvel#11 Normas Municipaisunid11 Peso Mximokg3540 Tempo de Respostas1025 Aquecimento Alternativounid10 3.2.4 Casa da Qualidade A Casa da Qualidade mostrada na figura 1. 32 Figura 1: QFD Os valores da ponderao so os resultados da multiplicao escalar do vetor Grau de Importncia por cada um dos vetores de Grau de Relao de cada Meio de Realizao. Por exemplo:Para o primeiro parmetro, temos { } { } = T T0 0 4 0 0 0 0 0 2 0 0 3 0 5 3 4 3 5 1 4 1 3 5 2 3 5 5 3 3 569 33 Este valor est representado na primeira linha da ponderao. Isto importante para definirmos quais caractersticas so as principais e voltarmos nosso projeto para atender satisfatoriamente este elemento. 3.3ReflexessobreaEtapadeEstabelecimentodasEspecificaes Desejadas AnalisandooQFDapresentado,percebemosqueositensmaiscrticosquenosso produto deve atender segundo a ponderao so: 1.Custo do Material. 2.Consumo de Potncia. 3.Tempo de Resposta. 4.Aquecimento Alternativo. 5.Nmero de Operaes para Instalao. 6.Capacidade de gua no Reservatrio e Custo de mo de obra. 7.Isolamento eltrico. 8.Fonte Renovvel e Normas Municipais. 9.Peso Mximo. Deacordocomasinformaesapresentadas,sabemosquaiscaractersticasso prioritrias no desenvolvimento do produto. Ocustotambmrelevante,umavezquenossosconcorrentesapresentamcusto elevado, o que no permite o acesso do produto em larga escala em residncias populares. Verificamosquenossosconcorrentesnoestoatendendoasnecessidadesdo consumidorenemhnoprodutodelesumdiferencial,queocontroledetemperatura, presente no nosso produto, o que acaba sendo mais uma vantagem competitiva para o nosso produto. 34 Captulo 4 - Planejamento do Produto: Gerao de Conceitos e Solues 4.1 Introduo Neste captulo, utilizaremos as especificaes e necessidades definidas nos captulos anteriores para gerar conceitos de produto que atendam s exigncias dos clientes. O objetivo estruturar o problema e usar mtodos (brainstorming, pesquisa externa, combinao de conceitos) para gerar o mximo de solues possveis. Ao fim do processo, serrealizadaumaanlisedassoluesobtidasparadefinirqualcaminhoogrupode projeto dever seguir. Aqui est uma abordagem esquemtica do que ser feito neste captulo: Figura 2: Gerao de conceitos. 35 4.2 Especificao e Decomposio do Problema A partir da abordagem estruturada definida no mtodo, procedemos especificao claradoproblema.Paratanto,analisamosasnecessidadesdefinidaspreviamentee adquirimosmaisinformaessobreelasparaformularoproblemademodomais consistente. Em seguida, usamos o mtodo da decomposio funcional. Omtododadecomposiofuncionalconsisteem,dadoumproblemaaser resolvido, divid-lo em subproblemas (subfunes) especficos que descrevam as etapas do funcionamentodoproduto.Estemtodopermitecompreendermaisprofundamenteo problema a ser abordado. Abaixo (figura 3), temos diagrama funcional bsico do projeto. Figura 3: Diagrama Funcional Bsico do Projeto. A figura 4 representa a decomposio funcional do projeto em problemas menores e mais especficos. 36 Figura 4: Diagrama com Decomposio Funcional. As subfunes da figura 4 so descritas da seguinte forma: CaptarEnergianaPlaca:Mdulodecaptaodeenergiasolare transformao em energia trmica. ConverterCAemCC:Mdulodeconversodeenergiaeltricacorrente alternada em corrente contnua. AlimentaroCircuito:Recebeenergiaemcorrentecontnuanomdulo anterior e alimenta o circuito de controle. ControlarVlvulas:Recebeenergiaemcorrentecontnuanomdulode converso e atua na abertura e no fechamento das vlvulas. AlimentaroChuveiro:Forneceenergiaemcorrentealternadaparao acionamento do chuveiro. Armazenar gua na Caixa Dgua 1: Este mdulo recebe gua proveniente da fonte de abastecimento de gua da casa e das placas de aquecimento.37 PassarguapelaPlaca:Conduzaguaatravsdasplacasdomdulode captao de energia solar. Aquecer a gua: A gua que foi passada pelas placas recebe calor. Armazenar gua Quente na Caixa Dgua 1:A gua que foi aquecida pelas placas retorna unidade de armazenamento. ArmazenarguaFrianaCaixaDgua2:Estemdulorecebeguaem temperaturaambienteprovenientedafontedeabastecimentodeguada casa. Esta gua posteriormente ser utilizada para mistura com a gua quente na regulagem de temperatura. ControlaroSistema:Estemdulocontrolaaaberturaefechamentodas vlvulas e o acionamento do chuveiro. Acionar Vlvulas: Recebe o sinal de controle do mdulo anterior e promove aaberturaeofechamentodasvlvulasdemodoacontrolaravazoe conseqentemente a temperatura da gua. Acionar o Chuveiro: Recebe o sinal do mdulo de controle e liga, desliga e controla a posio (inverno, vero, ambiente) do chuveiro, caso necessrio. PassarpelaVlvula1:Recebeguaquenteecontrolaavazosegundoo sinal de controle. PassarpelaVlvula2:Recebeguaemtemperaturaambienteecontrolaa vazo segundo o sinal de controle. Convergir Fluxos no Chuveiro:Este mdulo mistura a gua proveniente da vlvula 1 e da vlvula 2. Dentreassubfunesespecificadas,tomamoscomocrticasasseguintes:Captar Energia na Placa, Armazenar gua na Caixa Dgua 1 e Controlar o Sistema. 38 4.3 Busca por Solues Externas Afimdeencontrarmossoluesparaodesenvolvimentodonossoproduto,buscamos informaesempatenteseempossveisconcorrentes(benchmarking).Tantoempatentes quantonobenchmarking,encontramossoluesparaalgumasdassubfunes,pormno todas.Aseguir,temosodetalhamentodaspatentesencontradasedosprodutosdos principais concorrentes. 4.3.1 Patentes Pesquisamos as patentes disponveis no mercado. Constatamos que vrias inovaes propostasemnossotrabalhojforamidealizadasepatenteadas.Aspatentesmais relevantes esto com seus resumos copiados abaixo. "Um chuveiro totalmente eletrnico alta durabilidade, constitudo de uma nica resistncia eltrica,semderivaes,semcontatoseltricosfixosemveis,semchavesseletivasvero (morno),inverno(quenteedesligado(fria),controladoeletronicamenteporreguladorem estado slido, que controla a carga eltrica fornecida ao chuveiro, perfazendo toda faixa de temperatura desejada pelo usurio, bem como o ligamento/desligamento do mesmo, atravs deummicrocontatosensvelacopladoaosistemademembranaqueidentificaa presena/ausnciadepressoeeletricamenteconectadaaocircuitodecomandodo regulador eletrnico liga e desliga o chuveiro eletrnico."(patente nmero PI9101097-7)(ver [7]). "Patente de um modelo de utilidade, destinado ao controle automtico e gradual de temperatura de gua liberada por chuveiros eltricos. Permitindo tambm o controle manual, reduzindo desta maneira o consumo de energia. Um sensor de temperatura "sente" as variaes climticas e, transforma-se em sinais eltricos, um outro circuito eletrnico se encarrega de ler estes sinais e dependendo de sua intensidade aplica maior ou menor potncia no chuveiro." (patente nmero MU7100681-8) (ver [8]). 39 "Umchuveiroquenasuapartesuperiorpossuiumsistemaautomticodecontatode lminas,sendoqueestaslminassoacionadasoucurto-circuitadasdeformaprogressiva deacordocomapressodeguaquepassapelochuveiro;masestaslminasaoserem acionadaselassecurto-circuitamvriostapesdeumtransformadordecorrente,queeste por sua vez fornece aochuveiro vrias intensidades de corrente correspondente ao contato dalminacurto-circuitada.Destaformapodemosterumaquecimentodesejadoeum controleautomticoparaqualquervolumeoupressodeguaquepossapassarpelo chuveiro." (patente nmero PI8705351-9)( ver [9]). ""Disposioconstrutivaintroduzidaemchuveiroeletrnico".Descreve-seapresente patentecomoumadisposioconstrutivaintroduzidaemchuveiroeletrnicoque,de acordocomassuascaractersticas,propiciaaintroduonocorpodochuveiroeletrnico (1),deumconjuntoprprioeespecficodedispositivosedisposiesconstrutivas diretamente na estrutura corporal e de aquecimento da gua, controle de entrada da gua e comando eletrnico, com vistas ageraruma completaotimizao operacional do chuveiro eletrnico(1),aliadoaumgrandeaumentodeperformancenaaplicaoeno funcionamento deste e, tendo como base a incorporao de estruturas prprias e especficas atravsdeumadisposioconstrutivadiferenciadanaestruturacorporal(2),umconjunto decontroledaentradadagua(3),umconjuntodecontroledatemperaturadagua(4)e umcomandoeletrnico(5),viabilizandoaformaodeumprodutocujasformase disposiesinternaseexternasseadaptamaosmaisdiversossistemaseltricose hidrulicos."(patentenmeroMU8500732-3)(ver[10]).

"Sistema automtico de aquecimento de gua a energia solar, sem mistura de gua fria no boiler".Patentedeinvenoparaumsistemadeaquecimentodeguaaenergiasolarno qualaguafria,queseencontraarmazenadanacaixad'gua(1),passaprimeiramente pelos coletores solares(6), onde sofre um aquecimento at uma temperatura pr-ajustada de confortoeoueconomia,nomaisalimentandooboiler(22)diretamentecomguafria,a fimdeimpedirqueatemperaturadaguajaquecidasejadiminuida,enoqual,apso enchimentototaldoboiler(22)comguaaquecidanatemperaturadeconfortoeou economia, ocorre a recirculao da gua do boiler (22) pelos coletores solares (6) a fim de absorveromximodaenergiasolardisponvelaumentandoaomximoatemperaturada 40 gua. O aquecimento de apoio, para quando a gua do boiler estiver abaixo da temperatura de conforto, feito atravs de um aquecedor de passagem automtico (25) pois desta forma reduzimos o gasto de energia com o sistema de apoio pois s aquecida a gua consumida e somente at a temperatura de conforto. Neste sistema utilizamos uma motobomba (5) com o objetivo de aumentar a rapidez do aquecimento da gua e homogeneizar a temperatura da gua dentro bolier (22). (patente nmero PI0500110-2)(ver [11]). "Sistemadearmazenamentodefluidoaquecido".Osistemapropostoconsisteem aperfeioar o sistema convencional de armazenamento de fluido aquecidos para sistemas de aquecimento,compostoporum"boiler"(1)eumafontedeaquecimento,comopor exemplo,umcaptadorsolar(2),interligadosporumatubulaodesada(3)euma tubulaoderetorno(4).Umatubulaodereposio(5)trazofluidoparao"boiler", enquanto que um tubulao de consumo (6) leva o mesmo fluido, aquecido, para os pontos de consumo.Nocaso do sistemacomcaptao solar, o aquecimentocompletamente por umafonteextradeenergia(7),comumdispositivodeaquecimento(8).Essesistema convencionalcombinadocomdispositivodeaumentodecapacidadedearmazenamento deenergiaecomtrocadoresdecalordealtaeficincia,respectivamenteoreservatriode material fundente (9) e o conjunto de tubos de calor (10). O novo sistema assim composto pretende melhorar o desempenho de armazenamento, diminuindo a temperatura de trabalho dofluidodeconsumo,oque,almdereduzirasperdasparaoambiente,melhoraa eficinciadocoletorsolaraobaixaratemperaturadeentradadomesmofluidono captador. (patente nmero PI9705937-4)(ver [12]). Coletordecaptaodecalorparaaquecimentodegua".Formadobasicamentedeum nico tubo contnuo de plstico semi-flexvel, de cor preta, na forma geomtrica espiralada, semconexesintermedirias,comafinalidadedeteromximoaproveitamentoda captaodosraiossolaresparaaquecimentodeguaeabaixocusto.(patentenmero MU8203418-4)(ver [13]). Apresenteinveno,emapenasumelementoconjugaacapacidadedecoletarenergia solar e proteger as benfeitorias das intempries (telhado). Esse coletor pode ser construdo de material metlico ou sinttico (plstico). constitudo de duas placas paralelas (1) e (2) 41 separadaspornervurasoubarras(3),unidasnasextremidadespordobras,soldaoucola. Entre as placas passa uma pelcula de gua no sentido ascendente por conveco natural ou forada.Odesenhodocoletorfoiexecutadodeformaapermitiroescoamentodeguas pluviaiseacompatibilizaocomtelhascurvas(coloniaisoudefibro-cimento).(patente nmero PI9302971-3)(ver [14]).

4.3.2 Benchmarking Almdabuscaporpatentes,realizamostambmumaavaliaodassolues propostaspelasempresasconcorrentes(benchmarking).Aseguirsoapresentadasas solues da empresasTranssen, Tuma e Enalter. Concorrente Transsen: Conjuntopr-montado,defcilinstalao,econmicoeprpriopararesidncias prontas; foi desenvolvido para instalao em pequenas residncias. Muito utilizado tambm em projetos de habitao popular. Possibilita grande economia mensal e ideal para o uso de gua quente no chuveiro. Possui grande resistncia exposio ao tempo. Indicado para o fornecimento de gua quente apenas para o chuveiro. Especificaes tcnicas: A figura (5) mostra as especificaes tcnicas do reservatrio trmico: 42

Figura (5): Especificaes tcnicas do reservatrio trmico A figura (6) mostra as especificaes tcnicas do coletor solar 43 Figura (6): Especificaes tcnicas do coletor solar Instalao: A figura (7) mostra o desenho esquemtico de instalao do coletor solar. Figura (7): figura esquemtica de instalao 44 Concorrente Tuma: Armazenadorestrmicos:projetadosdeformaaobteraltaeficinciano armazenamentodeguaquente,osarmazenadorestrmicosSOLAREMsoconstrudos emchapadeaoinoxespecialcomespessuracondizentesuacondiodetrabalhoe isolamentotrmicoemespumargidade45mmdepoliuretanoexpandido. Orevestimentoexternofeitoemchapadealumnio,oquegarante,almdeum bom acabamento, a proteo necessria para a camada de isolante trmico. A estrutura dos ps auto-portantes toda fabricada em ao. OsarmazenadoresSOLAREMpodemtrabalharexpostossintemprieseesto disponveistantoemmodeloshorizontaisquantoverticais,tendojacopladosumsistema auxiliar de aquecimento eltrico controlado por um termostato regulvel de bulbo. Coletoressolares:vidrolisodeespessuracompatvel,proporcionandoboa resistnciaquebra;serpentinaemtubosdecobre;superfcieabsorvedoraemchapasde cobrecompinturaemtintapretaespecial,dealtodesempenhoedurabilidade;isolamento trmico com 50 mm de l de vidro; caixa monobloco, supervedada, construda em alumnio liso. Aquecimentoalternativo:aragarantirquenuncahaverfaltadeguaquente,todo AquecedorSolartrazumsistemaauxiliardeaquecimento.Equandootempoficamuito nublado ou chuvoso por vrios dias, ou quando a casa recebe visitas e o nmero de banhos fica acima do dimensionamento inicial, o sistema auxiliar - que pode ser eltrico ou a gs - entra em ao. Painelsinpticodigital:Opaineldesinalizao(figura8)remotadossistemasde aquecimentosolardaTumaIndustrialpermiteomonitoramentodosestadosde funcionamento de:bombas de circulao e recirculao d'gua; resistncias de aquecimento (aquecimento auxiliar); aquecedores gs (aquecimento auxiliar). 45 Figura 8: painel digital Especificaes tcnicas: A tabela (11) mostra as especificaes tcnicas para os coletores solares: Tabela (11): especificaes tcnicas dos coletores solares A tabela (12) mostra as especificaes tcnicas para os armazenadores trmicos: Tabela (12): especificaes tcnicas dos armazenadores trmicos: 46 Instalao: A figura (9) mostra o desenho esquemtico de instalao do coletor solar. Figura (9): figura esquemtica de instalao 47 Concorrente Enalter Desde 1980 no mercado, a ENALTER produz equipamentos de qualidade feitos sob medidaparaatendersnecessidadesespecificasdecadacliente,garantindoaeles economia e conforto durante o consumo de energia. Produtos: Coletor Solar: -Classe A INMETRO-Alta eficincia energtica-Melhor custo beneficio-Leveza e praticidade -Acabamento -Resistncia Mecnica -Resistncia a corroso -Garantia de 10 anos-Vida til estimada de 20 anos Acomposiodoscoletoresemcobre, comumperfeitosistemadeisolamento associadoaumacabamentoemperfilde alumnioestruturado,garantebenefcios incomparveis a seus clientes. OcoletorsolarSimsolestdisponvelemvriasdimenses,todoscontamcoma tecnologia Enalter que garante fcil instalao e alta eficincia trmica. As especificaes do coletor solar so mostradas na tabela (13) 48 Tabela (13): especificaes do coletor solar Reservatrio Trmico: Destinados a armazenagem de gua aquecida pelo coletor, os reservatrios so fabricados em ao inox 304 e recebem um eficiente isolamento trmico para minimizar as perdas de calor para o ambiente. RESERVATRIO ECOTHERM * Cilindro interno de AISI 304 L* Revestimento externo em alumnio liso * Isolamento trmico em poliuretano 30 mm* Potncia de resistncia 3000W/220V bitola 1 1/14 * Bitola de conexo hidrulica 1 * Etiquetado pelo INMETRO * Garantia de 5 anosOpcionais: Cilindro interno de AISI 316 L Anodo de Sacrifcio 49 As especificaes do reservatrio trmico so mostradas na tabela (14) Tabela (14): especificaes do reservatrio trmico recomendadaautilizaodereservatriocomocilindrointernodeAISI316L com anodo de sacrfcio em regies litorneas. Acessrios: KitHidrulicodeInstalao:sokitspadronizadosparacadasistema.Oferecem agilidade e praticidade ao instalador, nas verses termossifo e circulao por bomba. SuporteeGrampos:sodispositivosparaafixaodoscoletoressolares,que permitem a inclinao e orientao ideal dos coletores, de forma a aumentar a captao de energia solar. Kit Nvel: permite a adaptao de qualquer reservatrio em reservatrio de nvel. O revendedor,almdeeconomizaremestocagemdeprodutos,evitacustosextrasaseu cliente em obras de elevao do telhado. Misturador Solar: Regula a temperatura da gua tornando-a ideal para seu banho ser mais agradvel. De fcil instalao no h necessidade de quebrar paredes e azulejos Controlador Diferencialde Temperatura: Controla automaticamente oacionamento e o desligamento da bomba de gua do sistema de aquecimento solar. 50 VlvulaAnti-Congelante:Emregiesmaisfrias,evitadanosnoscoletoressolares decorrentes de congelamento. Timer Digital: Uma inovao tecnolgica ENALTER que possibilita a programao automtica de 8 horrios diferentes. Ducha Ecolgica: Proporciona a voc e a sua famlia um banho mais confortvel, j que a quantidade de gua controlvel Termmetro Digital: Com um design sofisticado permite visualizar a temperatura da gua no momento de tomar o seu banho. Funcionamento do Produto: 1.TERMOSSIFO OU CIRCULAO NATURAL Aradiaosolaratingeoscoletoresque aquecemaguaemseuinterior;aquecida,esta guadiminuidedensidade,ficando"maisleve". Assim,aguamaisfriae"maispesada"empurra aguaquentequeirparaoreservatrio.Como esteprocessoconstante,d-seofluxodegua entreoreservatrioeoscoletores,resultandona chamada circulao natural ouefeito termossifo, quednomeaosistema.Nonecessrioa utilizaodebombahidrulicanestetipode sistema. 2.BOMBEADO OU CIRCULAO FORADA Nestasinstalaes,acirculaodagua promovidaatravsdeumamotobomba hidrulicaacionadaporumcontrolador eletrnico.Ocontroladortemopapelde somenteacionarabombaquandohouvergua suficientementeaquecidanocoletor,evitando seuligamentodesnecessrio.Apesardeincluir maisitensnoaspectodemanuteno,os sistemasbombeadospermitemmaiorliberdade naexecuodainstalaoefacilidadede trabalhoeminstalaesdemdioegrande porte. 51 Emambosossistemasexistemastubulaesdeinterligao,umsistemaauxiliarde energiaeumacaixadeguafria,quetemcomofunosuprirosistema,possibilitandoo consumodeguaquentecomimediatareposiodeguafria.importanteobservara alturadonveldaguadestacaixaemrelaoaoreservatriotrmico,poisesta determinarapressodetrabalhodoreservatriotrmico,dadoimprescindvelna aquisioeinstalaodeumsistemadeaquecimentosolar.Ossistemasauxiliarestma funodesuprirenergiaemperodosdebaixainsolaoouexcessodeconsumoso normalmente eltricos, a gs ou atravs de resistncia imersas no reservatrio trmico. 3.TERMOSSIFO EM NVEL Possibilitaainstalaodoreservatriotrmico nomesmonveldacaixadgua.Osistema funcionaemtermossifoenonecessria bombahidrulica.necessriosomentea adaptaodeumkitnvelnoreservatrio trmico padro. 4.3.3 Busca por Solues Internas Umavezanalisadasassoluespropostaspelaspatentesepelasempresasdoramo, partimosagoraparaabuscaporsoluesinternas.Comoproblemadivididoem subfunes,abordamosassubfunesmaisimportantes(crticas)utilizandoaferramenta Brainwriting. Alm disso, utilizamos para as subfunes no crticas solues derivadas de produtos j existentes e de idias dos membros do grupo. 4.4 Solues para Subfunes Crticas NaanlisedassubfunescrticasutilizamosaferramentachamadaBrainwriting. Essemtodoconsisteemgerarsoluesutilizandoidiasdosmembrosdogrupo.No processodecriaodessasidiascadaintegrantedogruporecebeuumafolhadepapele deveriagerar,emcincominutos,aomenostrssoluesdiferentesrelacionadascomo problemaabordadonafolha.Afolhaeraentopassadaparaoprximoparticipante,que por sua vez tambm teria cinco minutos para sugerir outras solues. Este procedimento foi repetidoatqueconsegussemosumaboaquantidadedesoluesdiferentesparatodasas subfunes crticas. 52 Depois de sugeridas as solues, as folhas foram recolhidas e suas idias foram lidas e discutidas em grupo, de modo que se realizasse a avaliao e escolha das melhores idias surgidas no processo, bem como o descarte das idias impraticveis ou absurdas. O Brainwriting uma verso silenciosa do Brainstorming. Optamos por este mtodo paraevitarqueasidiasdeumparticipantefossemsufocadasouatacadasporoutro membro do grupo, garantindo melhor aproveitamento de todas as idias geradas. Astabelas15,16e17sereferemrespectivamenteassoluesgeradasparaas funes crticas Captar Energia na Placa, Armazenar gua na Caixa Dgua 1 e Controlar o Sistema. Tabela 15: Solues para funo crtica Captar energia na placa Captar Energia na Placa Material da serpentina Revestimento da serpentina Posicionamento da serpentina Isolamento da placa coletora PlacaFluxo de gua Cobre Polmeros dopados Um cano nico com comprimento mximo Borracha Acrlico com chapas de alumnio Bombeamento PVCTinta escura Vrios canos paralelos interligados IsoporLupaTermossifo Ao Inox

Canos espalhados por todo o telhado L de vidroAletasMangueira de borracha preta

Efeito estufa do telhado Placas escuras com plstico

Tabela 16: Solues para funo crtica Armazenar gua na Caixa Dgua 1 Armazenar gua na caixa dgua 1 Isolamento da Caixa DguaAquecimento Isopor Com resistncia eltrica 53 CermicaEstufa Tinta refratriaPolmeros IsolantesConcreto refratrioEspelhado, vcuo e plsticoEspumaMadeiraEfeito estufa da lajeCortiaIsolamento a ArIsolamento multicamadasAlumnio Tabela 17: Solues para funo crtica Controle Do Sistema Controle do Sistema Sensores de tempetura ControladorAcionamento Sensor bimetlico Microcontrolador Vlvula controlada TermostatoCLP Placas que seguem a luz solar

RelsServo motores

Manual Movimentao da gua 4.4.1 Solues para Subfunes no Crticas Para as subfunes no crticas foram procuradas solues j existentes no mercado. Issonotrazriscoparaosistemaemdesenvolvimentodevidovastaquantidadede empresasquefornecemessesequipamentoseporessasfunesnoseremcrticasao projeto. A seguir so apresentadas a funes crticas para o projeto (ver tabela 18, 19, 20 e 21). 54 Tabela 18: Solues para subfuno Converter CA em CC Converter CA em CC Retificador No-controlado (diodos)Retificador Totalmente ControladoRetificador Semi-controlado Tenso de sada fixa Tenso de sada controlada, podendo ser positiva ou negativa Tenso de sada controlada mas somente positiva Tabela 19: Solues para subfuno Controlar vlvula Controlar Vlvulas Acionamento Acionamento por densidade Acionamento Eltrico Acionamento pelo prprio fluido sob presso Tabela 20: Solues para subfuno passar gua na Placa Passar gua pela placa Tubulao Tubulao de PVC Tubulao de Cobre Tubulao de Ao Inox Tabela 21: Solues para subfuno Armazenar gua Fria na Caixa Dgua 2 Armazenar gua Fria na Caixa Dgua 2 ReservatrioVlvula Controladora de Fluxo AcrlicoAcionamento Mecnico Fibra de VidroAcionamento Pneumtico AmiantoAcionamento Hidrulico 4.5 Organizaes de idias Apsidentificarmosaspossveisopesdesoluoparaassubfunescrticas, necessrio organizar estas idias para ento decidir qual ser a caminho a seguir no projeto. Utilizamos a rvore classificatria descrita na bibliografia e nas discusses em sala de aula.Estaferramentapermiteodescartedeidiasnopromissoraseidentificarsolues correlacionadas sob um mesmo tema. A seguir fizemos uma rvore para cada subfuno. Aseguirfeitaumarvoreclassificatriaparacadasubfunoedescritocomo foram feitos os cortes. 55 Captar Energia na Placa Simplificao no Material da Serpentina: Cobre:Apesardessematerialserumbomcondutortrmicoelefoidescartado devido ao seu elevado custo e por ser vulnervel a corroso.Ao Inox: Apesar desse material ser altamente resistente a corroso seu custo ainda alto para um projeto que tem um oramento baixo Simplificao no Revestimento da Serpentina: Polmero Dopado: Material de alto custo em relao tinta. Simplificao no Posicionamento da serpentina: UmCanonicodecomprimentomximo:Essasoluoficalimitadapelo comprimento do telhado da casa, ou seja, quanto maior o telhado maior poder ser o canoesuasuperfcieparaatrocadecalor.Almdisso,quantomaiscompridoo canomaiorserocusto,ouseja,ocustomuitoaltoemrelaosuperfciede troca de calor.56 Simplificao no Isolamento da Placa Coletora: L de Vidro: Alto custo em comparao ao oramento do projeto.Simplificao da Placa: AcrlicocomChapadeAlumnio:Apesardoalumnioserumbomcondutor trmico o seu preo muito alto para os recursos disponveis para o projeto. Lupa:Iracrescentarcomplexidadenaimplementaodoprojeto.Umadas principais necessidades levantadas na pesquisa de mercado. Simplificao no Fluxo da gua:Bombeamento: o preo da bomba elevado. Armazenar gua na Caixa Dgua 1 Simplificao no Isolamento:Cermica: muita dificuldade em aplicar a cermica no revestimento, custo e pesoConcreto Refratrio: alta densidade do material (peso). Talvez seja necessrio o usurio reforar a estrutura da casa (aumento do custo de implementao).57 Sistema como nas Garrafas Trmicas: Alto custo de implementao. Parede dupla embaixo da Caixa: Isolamento apenas de uma superfcie (ineficincia)Alumnio:Materialcomaltacondutividadetrmicaepssimoisolante.Apesarde existir meios de aumentar resistncia a conduo de calor, o material tem um valor muito alto.Simplificao no Aquecimento: Resistncia Eltrica: o desperdcio deenergia para aquecer a gua no boiler atravs de resistnciaeltricafoiumadasnecessidadeslevantadasnapesquisacompossveis consumidores. Controlar o Sistema Simplificao no Controlador: CLP: O custo CLP muito alto (talvez exceda os recursos do projeto) Manual:Demoraemacharacondiotimaparaofuncionamento.Issoacarreta desperdcio de energia e de gua. Placas que Seguem aLuz Solar: Alto custo de projeto e de alto risco. 58 Servomotores:Custoelevado(opreounitrioexcedeocustodoprojetoemat8 vezes) Movimentaodegua:aplantanoterbomba(foieliminadanasubfuno Captar Energia na Placa) Converter CA em CC 59 Passar gua pela Placa 60 Armazenar gua Fria na Caixa Dgua 2 61 Controlar Vlvulas: 62 Depois de feita a rvore classificatria, necessrio construir o quadro morfolgico comacombinaodassolues.Nessequadrofoicolocadoapenasasubfunescrticas ondeaspossveissoluessomaisimportantesparaoprojeto.Atabela22apresentao quadro morfolgico. Tabela 22: Quadro Morfolgico para Funes Crticas 4.6 Esboo do Sistema Apsidentificarpossveissoluespossvelimaginarumesboodoprodutoque serfabricado.Esseesbootemoobjetivodeapresentarumavisoconceitualdoprojeto doprodutoeporissonomostradospeasemdetalhesconstrutivosesimosistema completo. A figura 10 apresenta o esquemtico do sistema. 63 Figura 10: Esquemtico do produto 64 4.7 Reflexes sobre a etapa de gerao de Solues O mtodo de decomposio funcional permitiu ao grupo a compreenso do problema emrelaoaostrsfluxos:energia,materiaisesinal.Essadivisoinicialeaposterior decomposioemsubfunesforamprocessosquedesencadearamumaanliseminuciosa de cada uma das partes do projeto. Essa viso tornou possvel enxergar: 1. Cada aspecto em separado. Exemplo: a importncia de se captar a energia na placa.2.Relevnciadecadapartenofluxo.Exemplo:ocontroledosistemaprecedeo acionamento das vlvulas e do chuveiro. Apsadecomposiofuncional,procedeu-sebuscaexterna.Nessaetapa, constatou-se a existncia de patentes para vrias idias concebidas pelo grupo. O estudo dos sistemas dos concorrentes mais relevantes do mercado forneceu referncias consistentes ao projeto. Astrssubfunesmaisimportantesforamconsideradascrticasereceberamuma anlisemaisdetalhada,atravsdoprocedimentodegeraodeidiasBrainwriting.Tal mtodo foi aplicado com insucesso na primeira tentativa porque as subfunes crticas no foramcriteriosamentedefinidas.Emumasegundaiterao,assubfunesforamtomadas comocernedoprocedimentoeassubfunesforamdetalhadascomxito.Finalmente,a organizaodeidiasexecutadapormeiodarvoreClassificatriaedoQuadro Morfolgico consolidou o trabalho. 65 Captulo 5 Seleo de Solues 5.1 Introduo Apsidentificarasnecessidadesdomercadoeencontrardiferentesconceitos, atravsdebuscasexternaeinterna,definimosassoluesquesupremosanseiosdos consumidores.Oobjetivodessecaptuloselecionarosconceitosbaseadosnessas necessidadesdosconsumidores.Paraisso,serutilizadaamatrizdedecisoemduas etapas: filtragem de conceitos e matriz de ponderao. 5.2 Metodologia Inicialmente, construiremos a tabela para a filtragem de conceitos. Nessa tabela, as linhasconterooscritriosdeseleesqueforamidentificadosapartirdasnecessidades dosconsumidoresedaopiniodemembrosdogrupo,enquantoascolunascontmas possibilidadesdesoluesdesenvolvidaspelaequipeutilizandoosmtodospassadosem aula (captulo 4).Aps isso, utilizamos a ferramenta de qualidade chamada de matriz de ponderao. Nessa matriz a coluna de ponderao de critrios de seleo conter a importncia de cada critrio, ser atribuda uma nota para quantificar a importncia do critrio. Nestamatriz,ascolunassoosconceitospropostoseaslinhassooscritriosde seleo.Ser aindadefinido um conceito de referncia para queas notassejam dadasaos outros conceitos baseados na referncia.Supondoqueexistamconceitoscomasmesmasquantificaes(notas)iremos combinar as melhores notas.Aps a finalizao da matriz de deciso foi realizado um teste para verificar a aceitao do produto pelo consumidor. 66 5.3 Matriz de Filtragem de Conceitos A matriz de filtragem de conceitos uma ferramenta para escolha das melhores solues para o projeto a serem conduzido pela equipe de desenvolvimento. Primeiramente, organizamos as possveis combinaes de solues propostas no captulo anterior. A cada combinao demos o nome de conceito A, conceito B, conceito C e assim por diante. Estas combinaes esto expostas na tabela 23 Tabela 23: Exposio dos conceitos obtidos 67 Agora,comassoluesdevidamenteexpostaserotuladas,podemoscomeara montar a matriz de seleo.Dentreassoluespropostas,selecionamosoconceitoEcomoreferncia comparativaaosoutrosconceitos.Todasasoutrassoluesforamjulgadasdaseguinte forma: + melhor que a referncia no critrio observado. - pior que a referncia no critrio observado. 0 semelhante referncia no critrio observado. Depoisdefeitasascomparaes,somamosaquantidadedecritriosmelhores, piores e semelhantes de cada conceito (valores indicados nas linhas soma de +s, soma de -s e soma de 0s). Feitoisto,subtramosaquantidadedecritriospioresdaquantidadedecritrios melhores para obter a pontuao lquida. Por fim, com base na pontuao lquida, classificamos as solues em um ranking. As solues de menor classificao no ranking foram eliminadas. As demais foram avaliadas para que fosse averiguado se deveriam continuar a serdesenvolvidaspelo grupo ou combinadas entre si para obter uma soluo ainda melhor. Abaixo est a Tabela 24, com a Matriz de Filtragem de Conceitos. Tabela 24: Matriz de filtragem de conceitos. Conceitos Critrios de SeleoABCDE (Ref.)FGH Fcil Instalao++++0000 Baixo Custo de Implementao0-0-0000 Segurana0-+00-+0 Controle de Temperatura da gua e Vazo0-0-0-0- Uso para grande quantidade de pessoas00000000 Aplicao em habitaes++++0000 Economia de energia0-0-0-0- Baixa quantidade de peas+0+00-0- Dimenses reduzidas+0+00-0- Soma de '+' s42520010 Soma de '-' s04030504 Soma de '0' s53449485 Pontuao Liquida4-25-10-51-4 Posio Final26154837 Continua?SIM NO COMBINAR COMBINARSIMNO SIM NO 68 invivel fazer uma soluo apenas com rels devido dificuldade de simulao e aopreomaiselevadocomrelaoaomicrocontrolador.Porm,ousodosrelssefaz necessrionoacionamentodosistema,nopodendosertotalmentedescartado.Assim, optamos por combinar as solues C e D para mesclar o uso de rels e microcontroladores. Issopossibilitaumasoluomaiscompleta,compoucoscomponentesemelhor funcionamento. 5.4 Matriz de Ponderao A Matriz de Ponderao teve seu processo de construo semelhante ao processo de construodaMatrizdeFiltragemdeConceitos.Adiferenaconsistenaeliminaodos conceitos j filtrados na etapa anterior e na atribuio de valores e pesos para quantificar a importncia de cada critrio de seleo. Abaixo, encontra-se a Tabela 25, com a Matriz de Ponderao. Tabela 25: Matriz de Ponderao. Conceitos E (Referncia)CD (Combinado)AG Critrios de SeleoPeso ValorPonderadoValorPonderadoValorPonderadoValorPonderado Fcil Instalao5%30,1550,2540,230,15 Baixo Custo de Implementao10%30,330,330,330,3 Segurana10%30,340,430,340,4 Controle de Temperatura da gua e Vazo20%30,630,630,630,6 Uso para Grande Quantidade de Pessoas5%30,1530,1530,1530,15 Aplicao em Habitaes15%30,4550,7540,630,45 Economia de Energia25%30,7520,530,7530,75 Baixa Quantidade de Peas5%30,1540,240,230,15 Dimenses Reduzidas5%30,1540,240,230,15 PONTUAO TOTAL100% 3 3,35 3,3 3,1 RANKING4 1 2 3 CONTINUA OU NO?NO SIM NO NO 69 Com base nestas matrizes, optamos por seguir com o desenvolvimento do conceito combinadoCD,umavezqueestesemostroumelhorqueosdemaisconceitosnos critrios observados. 5.5 Aceitao do Produto pelo Consumidor Foielaborada umaapresentaoexplicando o funcionamento do produto,para isso foi utilizado o desenho esquemtico do sistema do captulo 4, bem como uma descrio do funcionamento do nosso produto: um sistema de aquecimento de gua de baixo custo para serutilizadonobanho,queusaenergiasolar,epossuicontroledetemperaturado chuveiroatravsdeumdispositivoeletrnicodecontrole.Acasanosofrergrandes modificaesemsuaestrutura,possuifcilinstalao,baixocustodemanutenoe aquisio. Paraquantificaraaceitabilidadepeloconsumidor,foisugeridoqueseescolhesse uma das seguintes opes de compra e assim podemos inferir qual seria a probabilidade de compra? Voc contribui de forma significativa no oramento familiar ? Sim,continuar com a pesquisa No, finalizar a pesquisa Eu definitivamente compraria Eu provavelmente comprariaEu talvez comprasseEu provavelmente no comprariaEu definitivamente no comprariaExiste alguma sugesto de melhoria para o produto que voc gostaria de fazer? Foramentrevistadas34pessoas,utilizandooformulrioacima.Oscritriosde seleo foram pessoas de baixa renda e que contribuem no oramento familiar. Os resultados esto apresentados na Figura 11. Resposta Eu definitivamente compraria Eu provavelmente compraria Eu talvez comprasse Eu provavelmente no compraria Eu definitivamente no compraria Resultado9%38%41%6%6% 70 Figura 11: Aceitao do produto pelo consumidor Q = N.A.P N o total de potenciais compradores, estimado em 5 milhes A a porcentagem que ter acesso ao produto, estimado em 15%.Paprobabilidadedequeoprodutosejacomprado,dadapelafrmulaseguinte, dependente do resultado da pesquisa anterior. P = 0,4.Fdef + 0,2.Fprovsendo: Fdef a frao de pessoas que com certeza comprar, ou seja: 0,09 Fprov a frao de pessoas que provavelmente comprar, ou seja: 0,38 P = 0,4*0,09 + 0,2*0,38 = 0,112 Assim, foi possvel realizar o clculo de Q Q = 5000000*0,15*0,112 = 84.000 Deacordocomametodologiaapresentada,servendidoanualmentecercade 84.000 unidades. A estimativa de R$ 50,00 de lucro, ou seja, 10% do valor do produto final. Dessa forma o lucro anual da empresa ser de R$ 4.200.000. Baseados nesses clculos, podemos observar a viabilidade da produo do produto, porm devemos salientar que, para a venda do produto, necessitamos de investimentos nas reasdemarketing,conscientizaoambientalepolticapblicanaconstruodecasas populares com o nosso equipamento. Aceitao do Produto pelo Consumidor9%38%41%6%6%Eu definitivamente comprariaEu provavelmente comprariaEu talvez comprasseEu provavelmente nocomprariaEu definitivamente nocompraria 71 5.6 Reflexes sobre a etapa de Seleo de Solues OmtododaMatrizdeSeleopossibilitouaogrupoorganizaraseleode conceitos em um processo estruturado, de modo a manter a objetividade atravs da fase de conceito do processo de desenvolvimento. Atravs do mtodo fomos capazes no apenas de decidir qual rumo tomar no projeto, como tambm de focar os interesses dos clientes nesta importante deciso. Nestaetapatambmrealizamosaavaliaodaviabilidadedoprojetoquefoi comprovada segundo com os clculos acima. 72 Captulo 6 Arquitetura do Produto, Simulao dos Subsistemas e Especificaes Finais do Projeto 6.1 Introduo Depois de selecionados e testados os conceitos com base nas opinies dos clientes, iremos neste captulo detalhar a arquitetura do produto, bem como seus subsistemas, peas e custos. Sabe-se que existem dois tipos de arquitetura: a modular e a integral. Os projetos de arquiteturamodularcaracterizam-seporpossuirblocosqueimplementamumoumais elementosfuncionaisequeinteragementresideformabemdefinida.Osprojetosem arquiteturaintegral,porsuavez,possuemblocosmultifuncionaiscujasinteraesnoso claramente definidas. Para o nosso produto optamos (na fase de gerao de conceitos) por uma arquitetura modular seccional, naqual os mdulos conectam-se entresi, sem ummdulo bsico.Esta arquiteturafoiescolhidadevidoasuasimplicidadeefacilidadedemanuteno(peas modulares so mais fceis de substituir quando apresentam falhas). 6.2 Metodologia Para estabelecer a arquitetura do projeto, iremos recorrer ao mtodo exposto durante as aulas: 1.Criar um esquema do produto; 2.Juntar os elementos em diversos blocos; 3.Criar um layout bsico tentativo; 4.Identificar interaes bsicas e incidentais. Umavezestabelecidaaarquitetura,partiremosparaaobtenodasespecificaes finais do projeto. Para isto, ser utilizada a metodologia apresentada na literatura: 1.Desenvolvimento de modelos tcnicos do produto; 2.Desenvolvimento de um modelo de custo para o produto; 3.Refino das especificaes; 4.Reflexo sobre os resultados e processos. 73 6.3 Estabelecimento da Arquitetura Na primeira etapa, foi criado um esquema do produto. O projeto foi subdividido em quinze (15) elementos: bloco de controle, entrada com interface de usurio, disjuntor, fonte, inversor para alimentao do bloco de controle, placas coletoras, tanque de armazenamento de gua quente, tanque de armazenamento de gua fria, vlvulas para controle da vazo dos tanques,relsparaacionamentodasvlvulas,relsparachaveamentodochuveiro, aquecimentoeltricoauxiliar,ducha(sadadagua),termostato(paramonitoramentoda temperatura), chassis (proteo e apoio estrutural para o sistema de controle e interface). Na figura 12, mostrado o esquema do produto na forma de diagrama de blocos. Figura 12: Esquema do produto em diagrama de blocos 74 Nasegundaetapadomtodo,relacionamososelementosdodiagramaemgrupos, observando a proximidade espacial e o compartilhamento de funes dos elementos (figura 13): Figura 13: Esquema do produto com elementos agrupados Aseguir,nafigura14,criamosumlayoutbsicotentativoapartirdosgruposde elementos organizados. 75 Figura 14: Layout Bsico Tentativo Porfim,identificamosquaisasinteraesbsicaseincidentaisqueocorrementre emblocos.Asinteraesbsicasoufundamentaissoaquelasquesedesejamqueos blocos faam. Deste modo, elas j esto apresentadas no diagrama da figura 13.J as interaes incidentais so aquelas que ocorrem de modo decorrente e que, na maioriadoscasos,soindesejveisaoprojeto.Estasinteraessoapresentadasno diagrama de interaes incidentais da figura 15, abaixo. 76 Figura 15: Diagrama de Interaes Incidentais Depoisderealizadoolayoutbsico,partimosparaafasedediferenciao.A diferenciao,assimcomotodooprocessodedesenvolvimento,visaatenders necessidades dos diferentes pblicos alvo a que se destina o produto.Umavariaoquepoderiaocorrernopblicoalvoaquantidadedepessoasem uma casa (uma casa com mais pessoas gastaria mais gua, enquanto uma pessoa que mora sozinhagastariabemmenos),esteproblemapoderiaserfacilmenteresolvidocomuma simplesmudananacapacidadenoblocodosistemadearmazenamentodegua,ouseja, disponibilizar tamanhos diferentes de tanques para atender a diferentes necessidades. Outravariaoqueocorreadisponibilidadedafontedealimentaonatenso determinada para o projeto. Este problema poderia ser resolvido com a criao de diferentes modelosparaoblocodealimentaodosistema,cadaqualprprioparaumdeterminado tipo de tenso. Assim,conclumosqueadiferenciaoocorreapenasnosdoisblocoscitados acima,demodoqueosblocosdiferenciadosdevemsermontadosnoprodutoaofinaldo Sistema de coletade energia solarSistema dearmazenamentode guaMecanismo deaquecimento auxiliarPlaca de interface com usurioCaixa protetoraMecanismo deabertura das vlvulasSada emonitoramentode gua para obanhoPlaca lgicaConjunto dealimentao dosistemaIsolamento EletromagnticoInterferncia EletromagnticaPermite a entrada de gua na caixa protetora, caso no esteja bem isoladoFuga de calor por conveco nos encanamentosFuga de calor por conveco nos encanamentosInterferncia EletromagnticaInterferncia Eletromagntica 77 processo de fabricao, ou vendidos separadamente do restante do conjunto, possibilitando ao cliente uma maior liberdade de escolha. Dadaagrandevariaonasopesdetamanhodetanqueeafacilidadede customizao com a venda de blocos diferenciados em separado, chegamos concluso de que no seria necessria a criao de diferentes plataformas. 6.4 Obteno das Especificaes Finais do Projeto Paraqueogrupopossadecidirsobreosvaloresfinaisdasmtricas,necessrio visualizarcomclarezaofuncionamentodoproduto.paraistoqueoprimeiropassoda metodologiaaplicadaconsistenodesenvolvimentodemodelostcnicos.Osmodelos tcnicospodemserdedoistiposdiferentes:modelosfsicos(prottipos)oumodelos analticos (simulaes computacionais e equaes matemticas). Devido restrio de tempo, nosso grupo optou pelos modelos analticos, por estes seremmaisrpidosdeseremimplementadosemaisflexveisquantovariaodos parmetros dos sistemas durante as fases de otimizao. 6.4.1 Modelo do Sistema de Controle Osistemadecontrolefoiimplementadoparamicrocontroladoresdotipo PIC18F452emlinguagemCeostestesforamrealizadosnoskitsdasbancadasdo laboratrio da FEM. Oscomandosdasimulaoforamenviadosdocomputadoraokitdidticoatravs doHyperterminal.Foramdefinidasseis(6)opesparaousurio:desligado,banhofrio, banho a 32C, banho a 34C, banho a 36C e banho a 38C. AcadavezqueumcomandodigitadonoHyperterminal,omicrocontrolador configuraatemperaturadesejadaepassaacompararovalorcomatemperaturadesada medidapelotermostatonaducha.Seatemperaturamedidaformenorqueadesejada,o controladoracionarosrelsdemodoafecharavlvuladeguafriaeabriravlvulade gua quente. Se a temperatura medida for maior que a temperatura desejada, o controlador faraoperaoinversa,operandoosrelsdemodoafecharavlvuladeguaquentee abrir a de gua fria. 78 Casoatemperaturamedidaaindasejamuitobaixa,mesmocomavlvuladegua quentetotalmenteaberta(oquesignificaqueatemperaturadesejadainferior temperatura da gua no reservatrio de gua quente), ento o controlador acionar os rels queiroligaroaquecimentoeltrico(chuveiro)naposioinvernoouvero,segundoo grau de necessidade do aquecimento auxiliar. AlmdoHyperterminalparadefiniraopodetemperaturadousurio,outra entrada de dados foi produzida com uma tenso varivel (controlada manualmente por um potencimetro) para simular a medio do termostato na sada da ducha.Para simular a abertura e o fechamento das vlvulas, utilizamos o ventilador do kit didtico.Convencionamos que o ventilador ligado significa quea vlvula de gua quente estabertaeadeguafriaestfechada,enquantooventiladordesligadosignificao contrrio, ou seja, que a vlvula de gua fria est aberta e a de gua quente est fechada. OdisplayLCDeosLEDsdokitforamutilizadosparaindicaroutrasinformaes comoatemperaturamedidaemgrausCelsiusnasadadegua,atemperaturaescolhida pelo usurio e a posio (desligada, vero ou inverno) do chuveiro. Figura 16: Diagrama de Blocos parcial do microcontrolador PIC18F452. 79 Afigura14mostraodiagramadeblocosparcialdomicrocontroladorutilizadono projeto.Trata-sedeumdispositivoRISCcomarquiteturaHARVARD.Dos40pinosdo chip,33sodeEntradas/Sadas(E/S)atravsdosportosPORTA,PORTB,PORTC, PORTD e PORTE direita da figura. Aconfiguraodadireodecadabitdeumportogenrico"PORTN"feita atravs do bit correspondente do registrador especial correspondente "TRISN". Atribuindo-seovalor1aumbitde"TRISN"faz-secomqueobitcorrespondentede"PORTN"seja configuradocomoentradadigitaleocircuitodesadasejacolocadonoestadodealta impedncia.Atribuindo-seovalor0aumbitde"TRISN"faz-secomqueobit correspondente de "PORTN" seja configurado como sada digital, e o contedo do latch de sadasejaconectadoaospinosselecionados.Todosospinosde"PORTN"tmum transistor de pull-up que, quando acionado, funciona como um resistor de valor elevado, e quandonoacionado,funcionacomoumcircuitoaberto.Essespull-upsso automaticamente desativados no power-on-reset ou quando os pinos so configurados como sadas. AlmdosportosdoPIC,foramtambmutilizadosnasimulaoosperifricosde ventiladorcomPWM(moduladorporlarguradepulso),ADC(conversoranalgico digital),displayLCD,LEDseoconectordeexpanso.Aseguirdetalhamoso funcionamento destes perifricos. Ventilador com PWM O sistema de ventilao consiste num cooler de PC que pode ser ativado atravs do pinoRC1domicrocontrolador.Assimcomonocasodoaquecedor,estepinopodeser configuradocomoPWM,destaforma,pode-semodularavelocidadedoventilador utilizando este recurso do microcontrolador. Nenhum jumper precisa ser configurado. Conversor A/D OmicrocontroladorPIC18F452utilizadonaplacaMduloIIpossui8canaisde conversoanalgicadigitalde10bitscada.Asentradasanalgicasdomicrocontrolador encontram-senospinosdoPORTAePORTE.Estespinospodemserconfiguradoscomo I/OsconvencionaisdigitaisouentradasanalgicasparaoconversorA/D.Esta 80 configuraodeveserfeitaviasoftware(consultaromduloA/Dnomanualdo PIC18F452). NaplacaMduloII,temosligadaprimeiraentradaanalgica(pinoRA0/AN0) um circuito para medir a temperatura ambiente. Este circuito utiliza como sensor um diodo desinal(D1)quenaplacapodeservisualizadoprximoaoresistordeaquecimentoeao ventilador.NasegundaentradaanalgicadoPIC(RA1/AN1)temosconectadoum potencimetrocapazdevariaratensodeentradaanalgicaentre0e+5V.Aterceira entradaanalgica(RA2/AN2/Vref-)noestsendoutilizado,epodeseracessadaatravs doconectordeexpanso(pino4doconectorCN1).Naquartaentradaanalgica (RA3/AN3/Vref+) tem-se uma tenso fixa em 2,5V que pode ser utilizada como referncia positiva para o conversor A/D (consultar o manual do microcontrolador). A quinta entrada analgica(RA5/AN4)utilizadacomoI/Odigitaleestconectadaaobuzzercomofoi vistoanteriormente.OsI/OsdoPORTE,RE0eRE1(AN5eAN6respectivamente)so utilizadosparaacomunicaocomoLCD(vermduloLCD)eopinoRE2(AN7)est disponvelnoconectordeexpanso(pino2doconectorCN1),sendoqueeste,podeser configurado com I/O digital ou analgico. VejaqueaplacautilizaalgunsdosI/OsdosportsAeEdomicrocontroladorde formaanalgicaeoutrosdeformadigital.Estaseleoentreoquedeveserentrada analgica e o que deve ser I/O digital, deve ser feita via software pelo usurio. Obviamente, algumas situaes no fazem sentido, por exemplo, no faz sentido configurar o pino RA0 comosadadigital,umavezqueneletemospresenteumnveldetensoentre0e+5V proporcional temperatura ambiente. Apesar desta incompatibilidade, o hardware da placa foiprevistodeformaaevitarqueumamconfiguraodosI/Osdomicrocontrolador venha a prejudicar o sistema, seja este o hardware externo ou o prprio microcontrolador. Display LCD Alfanumrico AplacaestprovidadeumLCDalfanumricopadrode16colunaspor2linhas sem backlight.A comunicao paralelacom 8 vias de dados. Alm das 8 vias de dados, mais duas vias so utilizadas para controlar o LCD, uma denominada de ENABLE e a outra de RS. AcomunicaocomoLCDsomentedeescrita,destaforma,opinodeR/Wdo LCD est diretamente ligado ao terra (GND), no permitindo a leitura do mesmo. 81 As 8 vias de dados do LCD esto ligadas ao PORTD do microcontrolador, de RD0 (LSB)atRD7 (MSB).O pino de ENABLE estconectado aopino RE1do PIC e o pino RS do LCD est conectado ao pino RE0 do microcontrolador. LEDs Os leds esto utilizando os mesmos pinos do teclado, ou seja, RB0, RB1, RB2, RB3 OBS:Devidoarquiteturadehardware,osledspermanecemlevementeacesoscasoos pinos do microcontrolador sejam configurados como entrada para o teclado. Conector de Expanso Segue abaixo (tabela 26) a pinagem do conector de expanso: Tabela 26: Resumo da pinagem do microcontrolador Pino do conector Ligao na placa Pino do conector Ligao na placa 1RD02RE2 (analgico / I/O digital ) 3RD14RA2 (analgico / I/O digital ) 5RD26RB0 (interrupo externa) (JP3->1,2) 7RD38RC2 (Capture/Compare/PWM) (JP1->1,2) 9RD410RC3 (MSSP) 11RD512RC4 (MSSP) 13RD614RC5 (MSSP) 15RD716+15V 17Terra (GND)18+5V Natabela27tem-seumresumocomapin