Após definida a estrutura funcional do produto, é gerada suas concepções. Os métodos utilizados para a realização dessa etapa foram dois e trabalhados de maneira paralela: Método dos Princípios Inventivos (MPI) Altshuller (1998) e Matriz Morfológica Back, Ogliari, et. al. (2008).
Matriz Morfológica
4.2.1
Aplicando o método da Matriz Morfológica ao banco de ensaio de torque e potência de um motor pequeno, chegou-se à matriz morfológica representada na Tabela 10: Ensaio de torque e potência de um motor pequeno Ligar e desligar o equipament o Transferir a energia Motor Acionar motor a combustão Freio Movimentar equipament o Medição de torque Medição da rotação Redução da vibração Segurança na atividade Parada de segurança
Tabela 10 - Matriz Morfológica do banco de testes para MCI.
Subfunções Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3
Botão Chave Seccionadora Rotativa
Cabo Combustível Bateria
Gasolina 4 tempos Gasolina 2 tempos Diesel
Partida Elétrica Partida a Cabo Motor Elétrico
Correntes Parasitas Corrente Contínua Corrente Alternada
Painel de botôes Computador Botoeira
Rodas Manualmente
Célula de carga Dinamômetro de Mola Sensor de Torque
Sensor indutivo Laser Contato
Coxim Isolador de Vibação Neutralizador
Gaiola de Proteção Proteção no eixo
Retirar da Tomada Botão de parada Seccionadora Rotativa
Princípios de Funcionamento Medição de Torque Medição de Rotação Redução da Vibração Segurança na atividade Parada de Segurança Movimentar o equipamento Painel de Controle Motor Ligar e Desligar o Equipamento Transferir Energia Acionar Motor a Combustão Freio
A partir da matriz morfológica foram geradas 3 concepções, Tabela 11, de possíveis combinações entre as alternativas das subfunções. Estas concepções estão fortemente ligadas às possibilidades de engenharia, isto é, as alternativas ligam-se de maneira que seja possível sua aplicação.
Tabela 11 - Concepções de Bancada de Testes Motor Estacionário baseadas na Matriz Morfológica.
Abaixo segue o esboço e o detalhamento de cada concepção gerada.
A concepção 1, Figura 24, consiste em um pórtico com alças para transporte, na sua base apresente isoladores de vibração para reduzirem a vibração da bancada e consequentemente mantê-la estável no chão. Há ancoragem por peso para manter a frequência de ressonância abaixo da frequência de trabalho. Acima do pórtico está presente o conjunto motor-freio junto a seus periféricos de transmissão é mensuração. O motor aqui é de dois tempos que possui rotação muito
Subfunções Concepção 1 Concepção 2 Concepção 3
Concepções
Gaiola de Proteção Proteção Eixo Proteção Eixo
Tomada Botão Seccionadora
Contato Sensor Indutivo Laser
Isolador de
Vibração Neutralizador Coxim
Manualemnte Rodas Rodas
Dinamômetro Sensor de Torque Célula de Carga Correntes
Parasitas Motor CC Motor AC
Painel Botoeira Computador
2 tempos Diesel 4 tempos
Cabo Elétrica Motor
Botão Chave Seccionadora
Cabo Cabo Cabo
Movimentar o equipamento Medição de Torque Medição de Rotação Redução da Vibração Segurança na atividade Parada de Segurança Ligar e Desligar o Equipamento Transferir Energia Motor Partida Motor a Combustão Freio Painel de Controle
superior as admitidas pelos freios elétricos, por este motivo é necessário um jogo de polias e correia para reduzir a rotação do motor para o freio de correntes de Foucault. O freio fica em balanço por estar preso somente a dois mancais. Ligado ao freio há um braço ligando-o ao dinamômetro de mola, este último por sua vez é responsável por mensurar o torque que se dá pelo braço de força. A partida do motor 2 tempos se dá por meio de uma corda ligada ao motor. Ligado por meio de um cabo de energia está o painel de controle com botões e mostradores com a função de controlar a frenagem do freio, alimentar o sistema e visualizar possíveis medições. Envolvendo toda a parte dinâmica há uma tela de proteção para evitar acidentes ao usuário.
Figura 24 - Concepção 1.
Esta concepção do ponto de vista financeiro seria a de menor custo caso fosse encontrado um freio por correntes de Foucault para pequenas potências. As desvantagens estão na dificuldade para mover, a não existência de rodas e o peso dificultam esta subfunção. Há também o problema da perda de eficiência do freio oriunda do seu aquecimento (em ensaios de longa duração) que leva a uma
necessidade de resfriamento forçado por água ou ar para o uso prolongado. A redução de velocidade por polias e correntes leva a uma maior inércia do conjunto dinâmico que atrapalha na precisão dos resultados de torque e num maior número de componentes para compra e manutenção, porém, um ponto positivo, não exige alinhamento entre os eixos do motor e freio
A concepção 2, Figura 25, também se trata de um pórtico, porém conta com rodas e um pórtico extra em forma de moldura onde estão assentados os componentes dinâmicos junto aos sensores. A moldura está presa ao pórtico por meio de 4 coxins com a função de redução e isolação da vibração. A base do motor, sensor de torque e rotação e freio estão fixadas à moldura e apresentam individualmente um neutralizador de vibração. O freio que é um motor de corrente contínua, está ligado ao sensor de torque e rotação e este ligado ao motor diesel, por meio de dois acoplamentos flexíveis. Para energização do freio há uma retificadora de onda ligada a este. Para o controle da bancada há uma botoeira que conta com uma partida elétrica, botão de parada de segurança, visores e botões para controlar o freio.
Figura 25 - Concepção 2.
As vantagens da concepção 2 estão na mobilidade devido à presença de um rodízio, na utilização de um sensor de torque e rotação em um único dispositivo que apesar de ter o custo elevadíssimo simplifica o projeto, na moldura separada por meio de coxins do pórtico carrinho. Isso faz com que a base com peso âncora não vibre ou reduza drasticamente a vibração do coxim para baixo, reduzindo o problema com trepidações das rodas. As desvantagens estão na ausência de motores diesel de baixíssima potência, no alto custo dos motores diesel, na baixa durabilidade dos motores elétricos com corrente contínua devido ao degaste das escovas, seu alto custo e grandes proporções, além de sua necessidade de pontes retificadoras para fornecer corrente contínua.
A última concepção, Figura 26, possui um conjunto mais compacto e com menos peças. O pórtico ancorado e a moldura se assemelham à concepção dois, excluso que esta concepção se utiliza do pórtico abaixo do coxim como mesa de controle através de um computador situado sobre esta. Aqui o freio se trata de um
motor elétrico de corrente alternada com fixação por flange. Esta flange tem a função de fixar-se a um espécie de mancal que torna possível o freio permanecer em balanço. A flange do mancal tem a função de propagar o torque por meio de um braço de força. O freio se liga ao motor de 4 tempos a gasolina por meio de um acoplamento flexível. O controle do motor é feito pelo inversor de frequência em conjunto com o computador.
Figura 26 - Concepção 3.
A terceira concepção como já foi mencionado é mais compacta que as demais. Suas vantagens residem na presença de um motor elétrico AC, na utilização de uma célula de carga que alia ótimo desempenho ao custo intermediário, no uso de um sensor laser como medidor de rotação já que este pode ser utilizado na posição desejada desde que aponte o laser para o eixo girante. O controle por inversor de frequência é extremamente flexível e permite uma variedade de ensaios além de ser capaz de partir o motor a combustão interna, é programável e tem conexão com computador. O MCI 4 tempos a gasolina tem um custo acessível e pode ser ligado diretamente ao freio desde que este seja dois polos. A desvantagem está na inércia do mancal e do motor podem prejudicar medições mais precisas e no alto custo do inversor de frequência, porém os benefícios compensam o preço.