Ministério da Educação.
Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná.
Departamento Acadêmico de Eletrônica.
Engenharia Industrial Elétrica ênfase em Eletrônica e
Telecomunicações.
LUCAS VASCONCELLOS PILKEL
SANTIAGO PEDRO TIMM SOARES
THIAGO SOARES FIGUEREDO
PROJETO FINAL
MEDIDOR DE TEMPERATURA ÓPTICO COM
IMUNIDADE À INTERFERÊNCIA
ELETROMAGNÉTICA
Curitiba – Paraná
2005
Elaboração:
Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná
Ministério da Educação e do Desporto
Departamento Acadêmico de Eletrônica e Telecomunicações
Bloco Q
80230-901 - Curitiba - PR - Brasil
Brasil, Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná.
Relatório de Projeto Final II
Curitiba, CEFET-PR, 2005.
1. Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná; Relatório.
2. Relatório de Projeto Final II dos alunos Lucas Vasconcellos Pilkel,
Santiago Pedro Timm Soares e Thiago Soares Figueredo.
LUCAS VASCONCELLOS PILKEL
SANTIAGO PEDRO TIMM SOARES
THIAGO SOARES FIGUEREDO
PROJETO FINAL
MEDIDOR DE TEMPERATURA ÓPTICO COM IMUNIDADE À
INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA
Relatório de Projeto Final II, realizado pelos alunos
Lucas Vasconcellos Pilkel, código 468100, Santiago
Pedro Timm Soares, código 468142 e Thiago Soares
Figueredo, código 468150 apresentado ao Curso de
Engenharia Industrial Elétrica ênfase em Eletrônica e
Telecomunicações, Departamento Acadêmico de
Eletrônica - DAELN do CEFET-PR - Centro Federal
de Educação Tecnológica do Paraná, Unidade de
Curitiba.
CURITIBA
2005
RESUMO
O presente relatório descreve a execução de um Projeto Final referente à disciplina
de Projeto Final II. Esse relatório apresenta inicialmente os objetivos gerais e específicos do
projeto que foi proposto, um Medidor de Temperatura com Imunidade à Interferência
Eletromagnética, que é um equipamento de medição de temperatura que utiliza uma Rede
de Bragg gravada em fibra óptica como elemento sensor. Posteriormente, são apresentadas
a motivação, metodologia empregada em seu desenvolvimento, o plano de negócios, o
descritivo técnico do medidor e o comparativo de gestão do projeto, onde estão inclusos
comparativos de prazos, de recursos, de riscos e de custos envolvidos no projeto. O
cronograma de desenvolvimento do projeto e os comparativos das atividades planejadas e
executadas são partes integrantes desta seção.
PALAVRAS CHAVE
FBG (Fiber Bragg Grating); Sensores ópticos; Redes de Bragg em Fibras ópticas
ABSTRACT
This document has for objective to present the execution of a product called
Temperature Meter with Eletromagnetic Noise Immunity. Initially, this report presents the
specific and general objectives of the Meter, a device that uses a Fiber Bragg Grating
(FBG) as a sensor. Later is presented its motivation, methodology used in its development,
business plan, technical description of the Meter and comparative degree of project’s
management, where they are enclosed comparative degrees of stated periods, resources,
risks and involved costs in the project. The project’s chronogram of development and the
comparative degrees of the planned activities and the executed ones are integrant parts of
this section.
EQUIPE
Alunos:
Lucas Vasconcellos Pilkel
Santiago Pedro Timm Soares
Thiago Soares Figueredo
Professor Orientador:
Prof. Dr. Hypólito José Kalinowski
Co-Orientador:
Dr. Jean Carlos Cardozo da Silva
Professor de Projeto Final I:
Profo Dr. Dario Dergint
Professor de Projeto Final II:
Profo Wolnei Edirley Gonçalves Betiol, M. Sc.
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................... 1
2
PLANO DE NEGÓCIOS ....................................................................................................................... 3
2.1
DEFINIÇÃO DO NEGÓCIO ................................................................................................................. 3
2.1.1 Missão ....................................................................................................................................... 3
2.1.2 Valores ...................................................................................................................................... 3
2.1.3 Diferenciais Estratégicos ........................................................................................................ 3
2.2
OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 3
2.2.1 Objetivo Geral........................................................................................................................... 4
2.2.2 Objetivos Específicos .............................................................................................................. 4
2.3
OBJETIVOS DO PRODUTO ............................................................................................................... 4
2.3.1 Objetivo Geral........................................................................................................................... 4
2.3.2 Objetivos Específicos .............................................................................................................. 5
2.4
PRODUTOS E SERVIÇOS ................................................................................................................. 6
2.4.1 Descrição dos Produtos e Serviços ...................................................................................... 6
2.4.2 Análise Comparativa ............................................................................................................... 6
2.4.3 Tecnologia................................................................................................................................. 7
2.4.4 Produtos e Serviços Futuros.................................................................................................. 7
2.5
ANÁLISE DE MERCADO .................................................................................................................... 7
2.5.1 Segmentação do Mercado ..................................................................................................... 8
2.5.2 Segmento Alvo de Mercado ................................................................................................. 10
2.5.3 Necessidades do Mercado ................................................................................................... 13
2.5.4 Tendências do Mercado ....................................................................................................... 14
2.5.5 Clientes Potenciais ................................................................................................................ 15
2.6
ANÁLISE DA INDÚSTRIA ................................................................................................................. 17
2.6.1 Principais Players .................................................................................................................. 18
2.6.2 Produtos Similares Disponíveis ........................................................................................... 19
2.7
ESTRATÉGIA E IMPLEMENTAÇÃO .................................................................................................. 25
2.7.1 Diferenciais Competitivos e Proposta de Valor ................................................................. 25
2.7.2 Estratégia de Marketing ........................................................................................................ 27
2.7.3 Estratégia e Plano de Vendas ............................................................................................. 30
2.8
GESTÃO ......................................................................................................................................... 31
2.8.1 Estrutura Organizacional ...................................................................................................... 31
2.8.2 Equipe...................................................................................................................................... 32
2.8.3 Análise de Riscos na Operação da Empresa.................................................................... 32
2.8.4 Modelo das Cinco Forças Competitivas............................................................................. 33
2.8.5 Análise SWOT ........................................................................................................................ 36
2.8.6 Análise de Riscos no Desenvolvimento do Produto......................................................... 38
2.8.7 Cronograma de Desenvolvimento do Produto .................................................................. 40
2.8.8 Análise de Custos do Desenvolvimento do Produto ........................................................ 42
2.9
PLANO FINANCEIRO ...................................................................................................................... 43
2.9.1 Tabela de Investimentos....................................................................................................... 43
2.9.2 Custos Fixos ........................................................................................................................... 44
2.9.3 Quadro de Pessoal ................................................................................................................ 44
2.9.4 Fluxo de Caixa ....................................................................................................................... 45
3
DESCRITIVO TÉCNICO ..................................................................................................................... 48
3.1
REDES DE BRAGG EM FIBRA ÓPTICA ........................................................................................... 48
3.1.1 Sistemas de Interrogação das Redes de Bragg ............................................................... 51
3.1.2 Método de demodulação por rede de referência em modo de transmissão. ............... 52
3.1.3 Sistema de demodulação de FBG utilizando três filtros passa faixa óptico. ................ 57
3.2
DESCRIÇÃO DO SISTEMA. ............................................................................................................. 60
3.2.1 Circuito emissor ..................................................................................................................... 62
3.2.2 Circuito óptico......................................................................................................................... 63
3.2.3 Referência por FBG saturada .............................................................................................. 65
3.2.4 Circuito de Demodulação. .................................................................................................... 70
3.2.5 Circuito de aquisição do sinal .............................................................................................. 71
3.2.6 Microprocessador .................................................................................................................. 73
3.2.7 Comunicação I2C .................................................................................................................. 74
3.2.8 Software de Controle............................................................................................................. 75
3.2.9 Interface Web ......................................................................................................................... 78
3.3
CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA .................................................................................................... 80
3.4
TESTES .......................................................................................................................................... 81
3.5
RESULTADOS ................................................................................................................................. 82
3.6
INOVAÇÕES DO PROJETO .............................................................................................................. 82
3.7
CONCLUSÕES ................................................................................................................................ 83
4
COMPARATIVO DE GESTÃO .......................................................................................................... 84
4.1
COMPARATIVO DE GESTÃO DE PRAZOS ....................................................................................... 84
4.1.1 Descrição das etapas da realização do projeto ................................................................ 84
4.1.2 Cronograma de realização do projeto ................................................................................ 86
4.2
COMPARATIVO DE GESTÃO DE RECURSOS .................................................................................. 89
4.3
COMPARATIVO DE ANÁLISE DE RISCOS ........................................................................................ 92
4.4
CONCLUSÕES ................................................................................................................................ 93
5
CONCLUSÃO....................................................................................................................................... 94
6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................. 96
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2 – PRODUÇÃO DE PETRÓLEO DE PAÍSES NÃO PERTENCENTES À OPEP ......................................... 11
FIGURA 4 – MERCADO DE SENSORES A FIBRA ÓPTICA. FONTE: R. WILLSH. “APPLICATION OF OPTICAL FIBER
SENSORS. TECHNICAL AND MARKET TRENDS.”PROC. SPIE VOL. 4074. PG 24-31, 2000................... 15
FIGURA 5 – DISTRIBUIÇÃO DE INVESTIMENTOS DA PETROBRÁS ..................................................................... 16
FIGURA 6 – CARGA DE PETRÓLEO PROCESSADA PELA PETROBRÁS .............................................................. 17
FIGURA 7 - KSCAN ......................................................................................................................................... 20
FIGURA 8 – IS7000.......................................................................................................................................... 22
FIGURA 9 – SI425............................................................................................................................................. 23
FIGURA 10 – SI720 .......................................................................................................................................... 23
FIGURA 11 – SM040......................................................................................................................................... 24
FIGURA 12 – SM125......................................................................................................................................... 24
FIGURA 13 - CINCO FORÇAS DETERMINANTES NA COMPETIÇÃO................................................................... 33
FIGURA 14. DESENHO ESQUEMÁTICO DE UMA REDE DE BRAGG UNIFORME E OS SINAIS INCIDENTE,
REFLETIDO E TRANSMITIDO .................................................................................................................... 49
FIGURA 15. DESENHO ESQUEMÁTICO DE UMA REDE DE BRAGG E SINAIS REFLETIDO E TRANSMITIDO QUANDO
SUBMETIDOS A DEFORMAÇÃO. ............................................................................................................... 50
FIGURA 16. RESPOSTA DE DUAS FBG QUANDO SUBMETIDAS À VARIAÇÃO DE TEMPERATURA. .................... 51
FIGURA 17. CONVOLUÇÃO DO SINAL DAS FBGS............................................................................................. 53
FIGURA 18 - SISTEMA DE DEMODULAÇÃO DE FBG POR FILTRO SINTONIZÁVEL. ............................................ 53
FIGURA 19 – CURVA DE CONVOLUÇÃO. .......................................................................................................... 54
FIGURA 20 - SISTEMA DE DEMODULAÇÃO DE FBG UTILIZANDO UM FILTRO PASSA FAIXA ÓPTICO................. 56
FIGURA 21 – ESPECTRO DA REFLEXÃO DA FBG E DA TRANSMISSÃO DO FILTRO ÓPTICO PASSA-FAIXA. ...... 57
FIGURA 22 – ESPECTRO DA REFLEXÃO DA FBG E DA TRANSMISSÃO DOS FILTROS ÓPTICOS PASSA-FAIXA 1,
2 E 3........................................................................................................................................................ 58
FIGURA 23 - SISTEMA PARA DEMODULAÇÃO DE FBG COM TRÊS FILTROS ÓPTICOS E TRÊS
FOTODETECTORES.................................................................................................................................. 59
FIGURA 24 – SISTEMA PARA DEMODULAÇÃO DE FBG COM TRÊS FILTROS ÓPTICOS E DOIS
FOTODETECTORES.................................................................................................................................. 60
FIGURA 25 – SISTEMA DESENVOLVIDO............................................................................................................ 61
FIGURA 26 - CIRCUITO ÓPTICO PARA LEITURA DE REDES DE BRAGG IMPLEMENTADO. ................................. 63
FIGURA 27 – ESPECTROS DE UMA FBG COMUM E UMA FBG SATURADA ...................................................... 66
FIGURA 28 – FBG SENSORA E BORDA DE DESCIDA DA FBG SATURADA ....................................................... 67
FIGURA 29 – ESPECTRO DE TRANSMISSÃO DA FBG SATURADA DE REFERÊNCIA.......................................... 68
FIGURA 30 – ESPECTRO DA FBG SENSORA E DA BORDA DIREITA DA FBG SATURADA................................. 69
FIGURA 31 – CIRCUITO DE DEMODULAÇÃO .................................................................................................... 70
FIGURA 32 – PÁGINA WEB DO SISTEMA .......................................................................................................... 79
FIGURA 33 – RETA DE CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA .................................................................................. 81
FIGURA 34 – HORAS DE TRABALHO - THIAGO ................................................................................................. 90
FIGURA 35 – HORAS DE TRABALHO - SANTIAGO ............................................................................................. 90
FIGURA 36 – HORAS DE TRABALHO - LUCAS ................................................................................................... 91
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – SENSORES ÓPTICOS PRA VÁRIAS APLICAÇÕES.............................................................................. 9
TABELA 2 – CRESCIMENTO DA PRODUÇÃO DE PETRÓLEO .............................................................................. 11
TABELA 3 – ANÁLISE DE RISCOS ..................................................................................................................... 38
TABELA 4 – CRONOGRAMA DO PROJETO ........................................................................................................ 41
TABELA 5 – CUSTOS DE COMPONENTES ......................................................................................................... 42
TABELA 6 – INVESTIMENTOS DA EMPRESA ...................................................................................................... 43
TABELA 7 - CUSTOS ......................................................................................................................................... 44
TABELA 8 – FOLHA DE PAGAMENTO................................................................................................................. 44
TABELA 9 – FLUXO DE CAIXA PROJETADO PARA A EMPRESA .......................................................................... 47
TABELA 10 – DADOS DA CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA ................................................................................ 80
TABELA 11 – CRONOGRAMA ATUALIZADO DO PROJETO ................................................................................. 88
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ANP – Agência Nacional do Petróleo
b/d – Barris por Dia
bpd – Barris por Dia
boed – Barris de Óleo Equivalente por Dia
CGI – Common Gateway Interface
DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol
FBG – Fiber Bragg Grating
FPF – Filtro passa faixa
FTP – File Transfer Protocol
HTTP – Hyper Text Transport Protocol
I2C – Inter – IC bus
ICMP – Internet Control Message Protocol
IP – Internet Protocol
OPEP – Organização dos Países Exportadores de Petróleo
OSA – Optical Spectrum Analizer
POP3 – Post Office Protocol version 3
PPP – Point-to-Point Protocol
RTOS – Real Time Operating System
SMTP – Simple Mail Transfer Protocol
SPI - Serial Peripheral Interface
SWOT - Strenghts Weaknesses Opportunities Threat
TCP – Transport Control Protocol
1
Introdução
Em um ambiente fabril, o conhecimento da temperatura do ambiente, de fluidos e
de equipamentos é de fundamental importância em diversos processos. Entretanto, este tipo
de ambiente costuma contar com inúmeras fontes de ruído eletromagnético, como motores,
que podem interferir nos instrumentos de medição de temperatura eletrônicos. Além disso,
em certos processos, são utilizados elementos explosivos ou altamente inflamáveis,
tornando o ambiente sensível a centelhas e fagulhas, e requerendo diversas precauções no
uso de equipamentos eletrônicos. Este projeto tem por objetivo construir um instrumento de
medição de temperatura óptico, utilizando Rede de Bragg Gravada em Fibra Óptica (FBG)
como sensor, que é, por natureza, imune a qualquer tipo de interferência eletromagnética e
totalmente isolado eletricamente, além de poder ser construído com dimensões bastante
reduzidas, adaptando-se a qualquer situação, e contar com precisão bastante elevada. Para
que melhor se adapte ao mercado, o equipamento deverá ter uma interface compatível com
padrões industriais. O projeto será financiado pela ANP (Agência Nacional do Petróleo).
Será abordado no capítulo 2 o Plano de Negócios, onde são feitos a análise
estratégica, descrição da empresa e do produto, a análise de fornecedores e o plano
operacional empresa, bem como a análise de mercado e o plano financeiro. Com os
resultados apresentados, conclui-se a viabilidade do projeto.
O capítulo 3 apresentará os aspectos técnicos relativos ao projeto. Uma introdução
às medições com sensores ópticos, o sistema implementado, bem como alguns resultados
de medições realizadas serão apresentados e comentados.
1
No Capítulo 4 será realizado o Comparativo de Gestões, onde serão comparadas as
Gestões de Prazos, Recursos e Riscos, confrontando-se as situações, ações e prazos
previstos com o que foi planejado anteriormente na disciplina de Projeto Final 1.
Por fim, no capítulo 5 são comentadas as conclusões a que chegou a equipe após o
desenvolvimento do projeto.
Para facilitar a leitura deste documento, foi incluída uma lista de abreviações.
2
2
Plano de Negócios
2.1
2.1.1
Definição do negócio
Missão
Atuar de forma segura e rentável no mercado de medições de grandeza,
provendo sistemas e instrumentos de medições modernos, robustos e confiáveis.
Desenvolver conhecimento e tecnologia capazes de suprir as necessidades dos clientes.
2.1.2
Valores
Buscar continuamente o crescimento e a diferenciação através da inovação
tecnológica, sempre atuando de forma responsável e íntegra.
2.1.3
Diferenciais Estratégicos
Desenvolver um produto de medição de simples operação e com aplicabilidade em
diversos setores da indústria, utilizando tecnologia inovadora e ainda pouco explorada, com
vantagens significativas sobre os produtos tradicionais.
2.2
Objetivos
Os objetivos do negócio são as principais metas a serem alcançadas pela empresa.
Devem servir como um indicativo de sucesso do negócio, e para tal, devem ser mensuráveis
e permitir comparação com a situação real da empresa. Todas as ações da empresa devem
ser tomadas com vistas a perseguir os objetivos aqui definidos.
3
2.2.1
Objetivo Geral
Vender cinco unidades do produto até agosto de 2006, de modo a contar com pelo
menos um grande cliente que sirva como referência em futuras negociações.
2.2.2
Objetivos Específicos
•
Construir um protótipo plenamente funcional do produto até o final de
agosto de 2005.
•
Efetuar pelo menos um teste de campo com o protótipo até outubro de
2005.
•
Otimizar o sistema de modo a cortar pelo menos 15% de custos na
produção até fevereiro de 2006.
•
Produzir uma unidade do produto final até abril de 2006 para utilização em
apresentações para possíveis clientes.
2.3
Objetivos do Produto
Estes objetivos devem guiar a concepção, o desenvolvimento e a implementação
do produto, e devem ser vistos como indicativo de sucesso do projeto, do decorrer do
mesmo. Todas as ações executadas em relação ao produto devem ter em vista estas metas.
2.3.1
Objetivo Geral
Construir um instrumento medidor de temperatura óptico, utilizando Rede de
Bragg, que seja imune à radiação eletromagnética, isolado eletricamente e de alta precisão.
4
O projeto será apresentado como Projeto Final do curso de Engenharia Industrial
Elétrica ênfase Eletrônica e Telecomunicações do Centro Federal de Educação Tecnológica
do Paraná - CEFET-PR, Unidade de Curitiba.
2.3.2
Objetivos Específicos
•
Estudar produtos concorrentes que estejam sendo usados para a mesma
finalidade.
•
Estudar a teoria que permitirá desenvolver o sistema assim como maneiras
de determinar as limitações do mesmo.
•
Estudar e procurar dispositivos que utilizem a tecnologia I2C que possam
ser facilmente integrados ao sistema.
•
Implementar circuito optoeletrônico que atuará na detecção do sinal
emitido pelo sensor.
•
Implementar a interface entre os circuitos optoeletrônico e micro
processado, sendo composta por placa de circuito impresso que suportará
os conversores A/D e D/A.
•
Integrar os circuitos citados com o micro processador, bem como
implementar as rotinas de interface com os conversores.
•
Implementar rotinas de tratamento dos sinais obtidos.
•
Desenvolver uma interface para Internet para o sistema.
•
Realização de testes e calibração do sistema em relação à variação da
temperatura.
•
Estudar as melhores interfaces para adequação dos produtos às
necessidades industriais
5
•
2.4
Estudar viabilidade de patentear o dispositivo a ser desenvolvido.
Produtos e Serviços
O nosso produto inicial será um medidor de temperatura utilizando um sistema
óptico baseado em Redes de Bragg gravadas em fibra óptica.
2.4.1
Descrição dos Produtos e Serviços
O medidor, por suas próprias características, será eletricamente isolado, além de
ser imune às interferências eletromagnéticas. Estas características o fazem indicado para
trabalhar com produtos inflamáveis como derivados de petróleo, além de ambientes com
elevado nível de ruído eletromagnético, como um ambiente fabril. As características
intrínsecas dos sistemas baseados em fibra óptica também permitem que o sensor de
temperatura esteja a distâncias elevadas do equipamento, e que este sensor tenha dimensões
muito reduzidas.
Outras características do sistema serão a saída compatível com padrão industrial
(saída em corrente de 4 a 20mA), e a possibilidade de monitoramento remoto através de
interface web.
2.4.2
Análise Comparativa
Existem diversos fabricantes atuando no mercado de medições com sistemas de
sensores ópticos, como AOS Technology Limited, Fiberpro Headquarters, Micron Optics
Inc e a brasileira Gavea Sensors Measurement Solutions.
Entretanto, os sistemas desenvolvidos por estas empresas tendem a ser de
aplicação geral, resultando em alto custo e complexidade. Além disso, os sistemas
6
geralmente não têm autonomia, sendo necessária à presença de um computador com
softwares para análise dos resultados. O sistema proposto neste plano de negócios é
autônomo, voltado para a simplicidade e o baixo custo, tendo aplicação bem específica.
Com isso, espera-se baixar substancialmente o preço final do produto, conquistando o nicho
de mercado alvo, o de medições de temperatura em usinas de refinamento de petróleo.
2.4.3
Tecnologia
A tecnologia a ser empregada é a de interrogação de Rede de Bragg gravada em
fibra óptica utilizando filtro sintonizável. Esta tecnologia é de domínio dos pesquisadores
do Laboratório de Óptica e Optoeletrônica (LOOP) do Cefet-PR.
2.4.4
Produtos e Serviços Futuros
Como produtos futuros, podem-se enumerar diversos aparelhos na área de
metrologia, pois o sistema pode ser facilmente adaptado para medir outras grandezas.
Como exemplo podemos citar medidores de vibração, deformação longitudinal,
deformação transversal, torção e curvatura. Como exemplo, os sensores podem ser
aplicados na área de transmissão de energia, na medição de esforços em cabos, na
construção civil, em medições de resistência dos materiais com vigas e outros elementos.
2.5
Análise de Mercado
A análise de mercado deve ser utilizada para visualização do posicionamento da
empresa frente aos concorrentes e possíveis clientes, identificando quais as necessidades
dos clientes ainda não satisfeitas pelos produtos já existentes, buscando um nicho de
mercado no qual a empresa possa ser inserida. Serve, ainda, para identificar exatamente o
7
segmento alvo do mercado, que será o objetivo das estratégias de venda da empresa, bem
como estudar a viabilidade da empresa, dimensionando a demanda deste segmento.
2.5.1
Segmentação do Mercado
Com o desenvolvimento das comunicações, o uso de fibras ópticas vem
sendo amplamente difundido. Devido à pequena atenuação do sinal óptico, a luz pode ser
propagada a grandes distâncias. Atualmente as comunicações ao redor do globo terrestre
estão integradas por meio de fibras ópticas. A grande aplicabilidade das fibras nas
telecomunicações propiciou o desenvolvimento de fibras ópticas de grande qualidade, bem
como fontes luminosas, fotodetectores, acopladores ópticos de alta qualidade e com preços
acessíveis.
Devido à alta aplicabilidade e a características intrínsecas destes elementos,
características essas relacionadas à imunidade eletromagnética, total isolação elétrica e
possibilidade de leituras a grandes distâncias, tornou-se viável a utilização de sensores
gravados em fibras ópticas. Desde então os sensores ópticos vêm sendo grandes fontes de
pesquisa.
Pesquisa e desenvolvimento têm andado em consonância quando tratamos de
sensores ópticos, e desta forma avanços substanciais vêm sendo obtidos. Aplicações nas
áreas automotiva, aeroespacial, militar, petroquímica, entre outras, vêm sendo
desenvolvidas e empregadas em larga escala. A tabela 1 mostra as áreas de aplicabilidade
de sensores gravados em fibras ópticas.
8
Tabela 1 – Sensores ópticos pra várias aplicações.
Aplicação
Sensor
Linha de produção automática (aço, papel,
etc...).
Controle de Processos.
Posição, espessura, velocidade.
Automotivo.
Ferramenta mecânica.
Aeroespacial.
Aquecedor, ventilador, ar-condicionado.
Petroquímica
Militar.
Geofísica
Temperatura, pressão, fluxo, análise
química.
Temperatura, pressão, torque, detecção de
gás, aceleração.
Deslocamento.
Temperatura, pressão, deslocamento,
rotação, deformação, nível de líquido.
Temperatura, pressão, fluxo.
Gases tóxicos e inflamáveis, detecção de
vazamento, nível de líquido, pressão,
temperatura.
Som, rotação, radiação, vibração, posição,
temperatura, pressão, nível de líquido.
Deformação, campo magnético.
Entre os sensores fotônicos, os sensores constituídos por redes de Bragg
gravadas em fibra óptica vêm se mostrando como uma boa alternativa para a substituição
de sensores tradicionais. A figura 1 mostra setores da indústria e sua participação no
mercado consumidor de sensores gravados em fibra.
Figura 1 – Participação dos setores da indústria, no mercado de sensores gravados em
redes de Bragg. Fonte: www.gaveasensors.com.br
9
Como se pode perceber pelo gráfico, as redes de Bragg podem ser aplicadas em
praticamente qualquer setor onde seja necessário o monitoramento de grandezas físicas que
possam ser relacionadas com deformação de materiais.
2.5.2
Segmento Alvo de Mercado
Devido ao grande crescimento que vem sendo observado na indústria petrolífera
em geral, e na brasileira em particular, e pelo fato de o produto proposto possuir
características que o tornam ideal para a aplicação em ambientes inflamáveis, à indústria
petroquímica foi escolhida como segmento alvo para o produto inicial.
Segundo projeções da OPEP [1], espera-se que durante as próximas duas décadas
continue a existir a predominância de combustíveis fósseis no atendimento à crescente
demanda por energia, com a manutenção do petróleo em seu papel predominante. Prevê-se
que a demanda mundial cresça em 12 milhões de barris por dia entre 2002 e 2010,
atingindo 89 milhões de barris por dia, um crescimento anual médio de 1,8% ao ano, sobre
o período. Durante a década seguinte, espera-se que a demanda cresça em 17 milhões de
barris ao dia, atingindo 106 milhões de barris em 2020, e outros 9 milhões, atingindo 115
milhões de barris por dia, até 2025. Quase três quartos do crescimento neste período entre
2002 e 2025 virão dos países em desenvolvimento, conforme mostra a tabela 2.
10
Tabela 2 – Crescimento da produção de petróleo
No pequeno ao médio prazo, o suprimento de petróleo por países não pertencentes
a OPEP continuará a crescer, atingindo 55 a 57 milhões de barris por dia depois de 2010,
conforme mostra o gráfico da figura 2. As fontes chave para este crescimento serão a
América Latina, África, Rússia e o Mar Cáspio.
Figura 2 – Produção de petróleo de países não pertencentes à OPEP
Dados da ANP mostram que o petróleo ocupa uma posição de destaque na matriz
energética brasileira, com aproximadamente 30% da produção de energia primária. Vemos
11
também que a produção de petróleo em 2005 vem apresentando um aumento significativo
em relação a 2004. Enquanto no ano passado foram produzidos pela Petrobrás 1,49 milhão
de barris por dia, cerca de 3% menor do que a produção nacional observada em 2003 (1,54
milhão de b/d), em 2005, a estatal já registra a produção média de 1,61 milhão de b/d. Ou
seja, um acréscimo de 8% em comparação com a média de 2004.
Segundo dados da ANP, em 2004, 74% dos 1,71 milhão b/d de petróleo utilizado
nas refinarias brasileiras era de origem nacional. Até abril de 2005, 78% dos 1,67 milhão
b/d são de origem nacional. Isto dá um aumento de 3% no processamento de petróleo
nacional, que aumentou de 1,27 milhão b/d, na média de 2004, para 1,31 milhão b/d nos
quatro primeiros meses de 2005 [2]. De acordo com a Energy Information Administration
(EIA) [3], agência de análises e estatísticas do Departamento de Energia dos Estados
Unidos, a produção de petróleo no Brasil deve dobrar até 2010, atingindo 2,8 milhões de
barris diários. Em 2020, a produção do país deve atingir 4,1 milhões de barris diários. Com
isso, segundo o estudo, o Brasil poderá se tornar quase que auto-suficiente em petróleo.
Segundo a agência, o consumo de petróleo no Brasil deve registrar uma taxa de
crescimento médio anual de 3,3% nas próximas duas décadas, atingindo 3,9 milhões de
barris por dia em 2020. O consumo diário de petróleo no país em 1999 foi estimado em 2
milhões de barris.
Ainda segundo a EIA, boa parte do interesse no setor de exportação da América
Latina está concentrado no Brasil, líder mundial em tecnologia de exploração offshore.
Estima-se que 75% das reservas totais do país poderão vir dos projetos de exploração de
águas profundas, que excedam mil metros. Especialistas do setor esperam que
profundidades que excedam 2500 metros poderão ser viabilizadas para produção dentro de
cinco anos.
12
Como visto, há dados suficientes que fundamentam a escolha do segmento alvo de
mercado como a indústria petroquímica. Entretanto, com o desenvolvimento da empresa,
novos mercados poderão ser explorados. Futuras aplicações para o produto poderão
encontrar espaço na área da construção civil, naval e aeroespacial, quando for realizada a
adaptação para medição de outras grandezas.
2.5.3
Necessidades do Mercado
A empresa busca, com seu projeto, preencher uma lacuna nos processos de
beneficiamento de petróleo. Nestes processos, é necessário conhecer a temperatura dos
diversos estágios pelos quais passa o óleo. No entanto, o óleo e seus subprodutos são
materiais altamente inflamáveis, o que exige total isolação elétrica, para impedir o risco de
explosões. Além disso, equipamentos com sensores eletrônicos podem sofrer interferência
eletromagnética de outros equipamentos presentes no ambiente industrial. Para contornar
estes problemas, devem ser utilizados encapsulamentos especiais.
Os sensores a fibra óptica não sofrem de nenhum destes problemas. Por não serem
condutores, não podem provocar explosões, e nem são vulneráveis a interferência
eletromagnética. Além disso, os sensores podem ser posicionados a grandes distâncias do
equipamento medidor, facilitando o monitoramento remoto.
As pesquisas com sensores ópticos têm tido aumento considerável no meio
acadêmico, e a proposta da empresa é trazer estes dispositivos para o ambiente industrial,
provendo as necessidades dos clientes de forma economicamente viável.
13
2.5.4
Tendências do Mercado
Sistemas de sensoriamento, com base na leitura e interrogação da variação do
comprimento de onda de Bragg, vêm sendo cada vez mais utilizados em escala industrial,
bem como nos meios científicos. Estudos estão sendo realizados e a aplicabilidade de
sensores gravados em redes de Bragg vem crescendo, bem como sua utilização em âmbito
industrial, principalmente nas indústrias petroquímicas, nas quais vem se empregando
sensores de temperatura e de pressão em poços de petróleo.
O mercado de sensores fotônicos está em franco crescimento, apesar de
representar apenas cerca de 2% do mercado de sensores no mundo. As figuras 3 e 4
mostram a participação dos sensores a fibras ópticas no mercado. Contudo, segundo
estudos da Loyola University, de Chicago, em 2010 o mercado de sensores fotônicos deverá
movimentar cifras em torno de US$ 10 bilhões por ano.
Figura 3 – Mercado de sensores fotônicos. Fonte: www.gaveasensors.com.br
14
Figura 4 – Mercado de sensores a fibra óptica. Fonte: R. Willsh. “Application of optical
fiber sensors. Technical and market trends.”Proc. SPIE vol. 4074. pg 24-31, 2000.
2.5.5
Clientes Potenciais
O principal e maior explorador do mercado de petróleo no Brasil é a Petrobrás.
Após o processo de quebra do monopólio de exploração de petróleo, a Petrobrás vem
buscando adaptar sua estratégia competitiva para o novo ambiente institucional do setor.
Esta intenção está colocada no novo plano estratégico da empresa que tem entre seus
principais objetivos garantir a liderança da empresa no mercado brasileiro e aumentar sua
rentabilidade através da ampliação de mercados, via diversificação de atividades e
internacionalização da empresa.
Para atingir esse objetivo, o Plano Estratégico divulgado em maio de 2004 [4],
prevê investimentos de US$ 53,6 bilhões entre 2004 e 2010. Desse total, US$ 46,1 bilhões
serão investidos no Brasil e US$ 7,5 bilhões no exterior, como mostra o gráfico da figura 5.
15
Figura 5 – Distribuição de investimentos da Petrobrás
Para cumprir esse nível de investimento, a Companhia deverá captar US$ 16,1
bilhões durante o período, assegurando uma alavancagem entre 25% e 35%. A expectativa
é que em 2010 a Companhia esteja produzindo 3.421 mil boed (barris de óleo equivalente
por dia), no Brasil e no exterior, com um custo de extração de US$ 3,00/bbl (barril) e US$
2,4/bbl, respectivamente. A partir de 2006, a produção de óleo leve advindo dos novos
projetos poderá chegar a 150 mil bpd.
Com os investimentos previstos na área de downstream no Brasil, de US$ 7,9
bilhões, será possível aumentar em 320 mil bpd o processamento do óleo nacional nas
refinarias da Petrobrás e atingir 1.700 mil bpd de petróleo nacional em 2010, conforme o
gráfico da figura 6.
16
Figura 6 – Carga de petróleo processada pela Petrobrás
Dessa forma, a importação de petróleo será reduzida em cerca de 170 mil bpd e as
exportações de óleo serão de 550 mil bpd. A meta da Empresa é chegar a 2010 processando
1.870 mil bpd no Brasil a um custo de refino de US$ 1,58/bbl. Cabe destacar que a
capacidade instalada das refinarias alcançará cerca de 2 milhões de bpd em 2007.
Observando as expectativas de grande crescimento no setor, com a construção de
novas refinarias e ampliação das existentes, o mercado mostra-se bastante promissor para o
segmento de instrumentação industrial.
2.6
Análise da Indústria
Para uma boa fundamentação da análise mercadológica, torna-se indispensável o
conhecimento das indústrias concorrentes já atuantes no mercado de sensores de redes de
Bragg gravados em fibras ópticas, bem como de seus produtos. Decidiu-se por focalizar a
análise nas empresas fabricantes de sistemas interrogadores e demoduladores dos
deslocamentos do comprimento de onda de Bragg.
17
2.6.1
Principais Players
2.6.1.1 AOS Technology Limited
A AOS Technology é uma empresa inglesa, formada em 1996, que se fundou a
partir de um grupo de pesquisa do British Gás Research. A empresa se destaca pela
prestação de serviços especializados na área de sensores ópticos. A empresa também
desenvolve projetos relacionados à construção de dispositivos, softwares, opto-mecanismos
entre outros. Algumas das áreas de atuação da empresa e seus produtos:
•
A família de interrogadores de redes de Bragg gravadas em fibras ópticas, o KSCAN que é líder mundial do setor.
•
Fabrica diodos laser e controladores de Peltier de alta qualidade e com baixo custo.
•
FBGs e sensores de FBGs com comprimento de ondas padrões.
•
Grande variedade de componentes ópticos passivos (acopladores, circuladores,
isoladores, etc.).
Entre seus principais compradores estão indústrias com Ford, Shell, Rolls-Royce,
Eurocopter, entre outras.
2.6.1.2 Fiberpro Headquarters
A Fiberpro é uma empresa americana localizada em San Jose, Califórnia, fundada
em 1995. É uma empresa de classe mundial em soluções para telecomunicações e no
desenvolvimento de interrogadores de redes de Bragg.
A Fiberpro possui certificação ISO9001, e vem despontando como um dos líderes
mundiais em testes e medições de campo, contando com várias patentes de produtos de alta
tecnologia.
18
2.6.1.3 Micron Optics Inc
Empresa sediada em Atlanta, Estados Unidos, a Micron Optics vem a quatorze
anos desenvolvendo soluções em sistemas de medições baseados em sensores gravados em
fibras ópticas. Seus produtos estão entre os melhores em questões de precisão, e resolução,
apresentando também um range dinâmico.
2.6.1.4 Gavea Sensors Measurement Solutions
Empresa brasileira, localizada no Rio de Janeiro. Fundada em 2003 está incubada
no Laboratório de Sensores a Fibras Ópticas da PUC-RJ, a empresa conta com
financiamento do CTPETRO, vem instalando sensores de pressão e temperatura em poços
de petróleo da Petrobrás.
2.6.2
Produtos Similares Disponíveis
Para o desenvolvimento de novos produtos, o estudo dos correntes já solidificados
no mercado, é de grande importância para o desenvolvimento de um produto de boa
qualidade e com as funcionalidades exigidas pelo mercado.
2.6.2.1 Modelo similar da AOS Technology, o KSCAN
A família de produtos KSCAN é líder mundial no mercado de interrogadores de
redes de Bragg gravadas em fibras ópticas. O sistema se caracteriza por ser multicanal e
com a leitura de múltiplas fibras. O sistema é indicado para aplicações que envolvam
grandes larguras de faixa, tais como a medição de vibrações. Contudo devido a sua grande
estabilidade térmica, pode ser usado para medições em baixas freqüências. Tipicamente
utilizado nas seguintes aplicações:
19
•
Pesquisas de supercondução magnética.
•
Monitoramento de turbinas de ar.
•
Medições em poços de petróleo.
•
Monitoramento de pontes.
•
Uso aeroespacial.
Características e funcionalidades do KSCAN:
•
Mais de dez canais de medição independentes.
•
Mas de quinze redes de Bragg em cada canal.
•
Resolução e estabilidade de sub-microstrains.
•
Não precisa de espaçamento entre as FBGs.
•
Interface com usuário através do LabVIEW.
•
Líder mundial dos interrogadores de FBGs com taxas de medição acima de 6kHz.
A figura 7 mostra o KSCAN.
Figura 7 - KSCAN
2.6.2.2 Modelo similar da Fiberpro, FBG Interrogation System IS7000
O FBG Interrogation System da IS7000 da Fiberpro, vem sendo empregado para
as seguintes aplicações:
20
•
Medições de temperatura e deformação em postes, construções elevadas, represas,
estradas e tubulações industriais.
•
Sistemas de segurança para a verificação de sobre temperaturas dos cabos dos
sistemas de distribuição de energia, sistemas de aquecimento, tubulações
industriais e monitoração de temperaturas criogênicas.
•
Aplicações ambientais como a monitoração do perfil de temperatura em lagos, rios,
mares, florestas e temperaturas atmosféricas. Monitoração de deformações em
terremotos.
As características do IS7000:
•
Alta resolução.
•
Alta precisão.
•
Sinal de saída com alta potência.
•
Alta freqüência de medição, 200 Hz.
•
Sistema modular.
•
Análises em tempo real.
•
Saída serial e USB.
•
Oito canais de medição.
•
Até 60 FBGs por canal.
A figura 8 ilustra o IS7000.
21
Figura 8 – IS7000.
2.6.2.3 Modelos similares da Micron Optics
A Micron Optics possui uma grande quantidade de sistemas de interrogação de
FBGs, as principais aplicações de seus produtos são:
•
Sensores para linhas de transmissão.
•
Aeroespacial.
•
Civil.
•
Transportes e defesa.
Características do e aplicações do si425.
•
Possibilidade da medição de mais de 512 FBGs.
•
Alta resolução.
•
Leitura rápida, 250 Hz.
•
Saída Ethernet, possibilitando o sensoriamento remoto.
•
Construído em uma placa única, visor colorido.
•
Possibilidade de customização das funcionalidades do sistema.
•
Aplicado na medição de deformações em estruturas de prédios, pontes e estradas.
•
Aplicado na verificação estrutural de aviões e navios.
•
Aplicado na monitoração de temperatura e pressão.
22
•
Aplicado na monitoração de tubulações em poços marítimos profundos de petróleo.
Figura 9 – si425
Características do si720.
•
Dois canais.
•
Mais de 100 FBGs por canal.
•
Leitura de cada sensor a 5 Hz.
•
Interface com o usuário via LabVIEW.
Figura 10 – si720
Características do si720.
•
Dezesseis canais.
•
Cento e vinte e oito FBGs por canal.
23
•
Gabinete Modular.
•
Saída Ethernet.
•
Usado em situações onde seja necessária a medição de deformação em muitos pontos
distintos.
Figura 11 – sm040
Características do sm125
•
Quatro canais.
•
Cento e sessenta FBGs por canal.
•
Alta precisão.
•
Robusto, portátil e compacto.
•
Interface Ethernet.
Figura 12 – sm125
24
2.6.2.4 Modelo similar da Gavea Sensors
Não se tem muita informação sobre os produtos que estão sendo desenvolvidos
pela Gávea Sensors, sabe-se apenas que:
•
A empresa vem aplicando seus sensores a poços de petróleo da Petrobrás, os quais estão
realizando a medição de temperatura e pressão dos poços.
•
Faixas de operação de –100º C a 200º C e de -4000µm/m a 4000 µm/m.
•
Resolução ± 0,03º C, ± 0,5 µm/m.
•
Exatidão ± 0,1º C, ± 2 µm/m.
•
Até vinte sensores por fibra.
2.7
Estratégia e Implementação
Esta seção apresenta a estratégia da empresa para inserção no mercado. São
estudadas as vantagens competitivas do produto frente aos concorrentes, e as estratégias de
marketing e vendas. Também são identificadas as formas para implementar estas estratégias
de forma a atingir da maneira mais eficiente possível o segmento alvo de mercado.
2.7.1
Diferenciais Competitivos e Proposta de Valor
Com o crescimento da indústria petrolífera brasileira, há uma demanda crescente
por equipamentos com tecnologia nacional de qualidade e a preços competitivos. Para
incentivar este desenvolvimento a ANP tem concedido linhas de crédito para pesquisa e
desenvolvimento de novos produtos. Este projeto tem como objetivo preencher uma lacuna
no processo de beneficiamento de petróleo.
25
Nos processos de refino de petróleo, como destilação e craqueamento catalítico, é
necessário conhecer a temperatura nos diversos estágios pelos quais passa o óleo bruto até
seus subprodutos. Entretanto, devido às características explosivas do material, são
necessárias diversas precauções no sentido de evitar fagulhas e centelhas, possíveis quando
se utilizam circuitos elétricos. Além, disso, o interior de uma refinaria é um ambiente
tipicamente repleto de poluição eletromagnética, que interfere no funcionamento de
dispositivos eletrônicos.
Para a medição da temperatura em tal ambiente é necessário equipamento isolado
eletricamente, de modo a não oferecer riscos de explosão na sua operação, bem como
imune à interferência eletromagnética, de modo que a medida possa ser confiável. Além
disso, é interessante a possibilidade de que o sensor possa ser utilizado em locais distantes
do instrumento de medição propriamente dito, para controle remoto do processo. Os
métodos atuais para medição da temperatura são sensíveis aos ruídos eletromagnéticos,
além de não serem isolados eletricamente, tornando possível o surgimento de fagulhas, que
podem levar à explosão de elementos inflamáveis. Para contornar estas limitações dos
sensores tradicionais são usados encapsulamentos especiais, a fim de protegê-los destes
efeitos, tornando-os caros. Outra deficiência destes dispositivos é a distância entre o sensor
e o equipamento de medição, que não pode ser muito elevada, devido à atenuação sofrida
pelo sinal.
Neste contexto, a aplicação de fibra óptica, devido às suas próprias características,
preenche todos os requisitos. Não há absolutamente nenhum contato elétrico com o sensor
ou em suas proximidades, portanto não há risco de explosão. A fibra não sofre com
radiação eletromagnética, logo não há restrições quanto ao seu posicionamento, seja
próximo a motores ou outras fontes de ruído. E devido à baixa atenuação sofrida pelo sinal
26
no interior da fibra, o sensor pode ser posicionado a grandes distâncias do instrumento,
podendo muitas vezes esta distância alcançar quilômetros.
Outras vantagens que podem ser citadas no uso da fibra sobre os sensores
tradicionais é o pequeno tamanho do sensor, visto que o mesmo é gravado na própria fibra,
sua precisão e versatilidade, podendo o mesmo sensor ser utilizado na medição de diversas
grandezas.
A pesquisa para utilização, como sensores, de redes de Bragg em fibra óptica tem
tido aumento substancial nos meios acadêmicos nos últimos anos. Este projeto tem o
propósito de sugerir um equipamento prático e viável, tanto tecnologicamente como
economicamente, para o uso destes dispositivos na indústria.
2.7.2
Estratégia de Marketing
A estratégia de marketing deve definir as relações entre a empresa e seus clientes.
Fazem parte do marketing a definição das estratégias de preços, promoção, publicidade e
distribuição. A estratégia de marketing deve ter como meta atuar sobre a percepção do
cliente de forma que a este pareça vantajoso adquirir o produto ofertado. O foco inicial do
marketing do negócio será apresentar a empresa aos clientes como um parceiro novo,
porém confiável, com um produto inovador que ofereça diferenciais importantes.
2.7.2.1 Estratégia de Preços
O preço de um produto ou serviço é uma das decisões mais difíceis para qualquer
empresário. É o preço que vai definir a margem de lucro da empresa, além de influir no seu
posicionamento no mercado e na imagem da empresa percebida pelos clientes. Neste
27
sentido, o preço pode ser uma importante ferramenta, ajudando a segmentar o mercado em
busca do cliente alvo e consolidando a imagem da marca da empresa.
Existem diversas formas de se definir o preço de um produto, mas basicamente
pode-se dizer que o preço do produto deve estar situado entre o custo total de produção e o
valor que os clientes em potencial estão dispostos a pagar. Enquanto que o primeiro item é
fácil de ser obtido, definir um valor para o segundo pode ser muito difícil, pois não se pode
dizer exatamente quanto valem para o cliente os diferenciais ofertados. Este valor
dependerá da percepção dos sócios da empresa quanto à satisfação dos clientes em relação
ao produto.
Também se deve levar em consideração os preços praticados pelos concorrentes na
definição do preço. Entretanto, em princípio, pode-se afirmar que não há concorrentes
diretos que ofereçam as mesmas vantagens que o produto apresentado, pois a concorrência
oferece produtos muito mais caros e de aplicação mais ampla, enquanto que o nosso
produto é simples e tem aplicação específica. Portanto, os principais concorrentes serão os
sensores de temperatura tradicionais, como termopares. Como o equipamento apresentado
possui diversas vantagens sobre os tradicionais, e sendo estas vantagens de grande valor
para o segmento alvo pretendido, acredita-se que os clientes estarão dispostos a pagar por
este diferencial.
No entanto, como não sabemos até quanto os clientes estarão dispostos a pagar,
em um primeiro momento será adotada a estratégia de preços mais simples, a do custo mais
lucro. Significa que será calculado o custo do produto, e a este será acrescentado um
percentual de lucro. Este percentual deverá ser modificado de acordo com a percepção do
cliente das vantagens que o produto oferece. Esta é uma estratégia de preços que pode ser
considerada conservadora e segura, pois não implica em prejuízo. Entretanto, há o risco de
28
que o cliente considere o preço muito elevado, indicando que os diferenciais estratégicos
não estão sendo percebidos conforme o esperado. Por outro lado, corre-se o risco de ter
lucros menores do que o máximo possível, caso os clientes valorizem os diferenciais
estratégicos mais do que o previsto. Por este motivo, esta estratégia de preços deverá ser
reavaliada após a venda das primeiras unidades, para melhor adequação no mercado.
2.7.2.2 Estratégia de Promoção e Publicidade
A estratégia de publicidade em um primeiro momento consistirá em fazer contato
direto com clientes em potencial para oferecer o produto. A participação em congressos e
encontros técnicos do setor petroquímico também poderá servir para divulgar o produto
para possíveis compradores. Como o produto tem um segmento alvo muito específico, a
publicidade em meios de comunicação em massa está descartada. Entretanto, futuramente
poderá ser utilizada a divulgação do produto em revistas especializadas. Para apoiar as
iniciativas de publicidade, deverá ser criada uma logomarca que traga aos compradores a
lembrança das vantagens que o equipamento proporciona. Além disso, um site na Internet
que represente a empresa e sirva como ponte para o contato com o cliente deverá ser
desenvolvido.
O mercado em que o medidor óptico será inserido não se presta a promoções de
vendas. Entretanto, poderão ser negociados melhores prazos de pagamento e preços
diferenciados, se a demanda do cliente for suficientemente grande para sustentar a
operação.
29
2.7.2.3 Estratégia de Distribuição
A distribuição de um produto pode ser feita de forma direta, quando o produto é
comercializado e entregue diretamente do fabricante para o comprador, ou indireta, quando
há um intermediário. A estratégia de distribuição deve levar em conta a localização
geográfica dos clientes em potencial e da empresa, bem como os custos decorrentes do
transporte do produto e o custo da participação do distribuidor, no caso da distribuição
indireta.
No caso do medidor óptico de temperatura, a distribuição em princípio será feita
de forma direta, pois serão poucas unidades vendidas e é um novo produto a ser inserido no
mercado, necessitando de um maior trabalho de negociação com o cliente. Além disso, a
empresa deverá participar na instalação e calibração do medidor, quando o mesmo for
entregue ao cliente.
2.7.3
Estratégia e Plano de Vendas
Inicialmente, a empresa terá de contar apenas com seus sócios fundadores como
força de venda. A estratégia, em princípio, será oferecer o produto diretamente aos clientes,
promovendo seções de demonstração para realçar as vantagens do medidor aos clientes.
Além disso, tem-se como meta realizar um teste de campo com o produto. Este teste deverá
ser realizado preferencialmente em ambiente real, como uma refinaria. A instalação do
produto na planta do cliente poderia familiarizar os clientes com as suas vantagens, o que
facilitaria o processo de venda.
A empresa prestará, além da venda do produto, o serviço de instalação e calibração
inicial do medidor. Está sendo estudado um plano de manutenção, que será prestado como
30
um serviço aos clientes que desejarem. Entretanto, o foco da empresa continuará sempre
sendo a venda de produto.
2.8
Gestão
O planejamento de gestão é de vital importância para o sucesso do projeto, dada a
complexidade e os riscos no desenvolvimento do sistema. O planejamento de gestão tem
influência direta nos custos de projeto e desenvolvimento do sistema.
São abordadas neste planejamento gestão de prazos, gestão de recursos humanos,
análise de custos e análise de riscos.
2.8.1
Estrutura Organizacional
Inicialmente, a estrutura da empresa será muito pequena, sendo composta apenas
pelos sócios fundadores, que serão responsáveis pelo desenvolvimento, construção e vendas
do produto. Posteriormente, serão organizados departamentos especializados em cada uma
das funções da empresa.
O primeiro departamento a ser construído será o de desenvolvimento e fabricação
de produtos. Será contratada mão de obra especializada, composta por engenheiros,
técnicos e estagiários, entretanto, a supervisão continuará sendo realizada por um dos
sócios.
A seguir, deverão ser contratados técnicos em administração de empresas, que
serão responsáveis pela área de recursos humanos da empresa, além da gestão financeira.
Os demais departamentos serão construídos no decorrer do funcionamento da empresa, de
acordo com as necessidades.
31
2.8.2
Equipe
Como foi exposto anteriormente, a equipe será formada apenas pelos seus sócios
fundadores. Esta seção apresentará os sócios da empresa:
•
Lucas Vasconcellos Pilkel, graduando em Engenharia Elétrica com ênfase em
Eletrônica/Telecomunicações, cursando o 8º período, CEFET-PR, unidade
Curitiba.
•
Santiago Pedro Timm Soares, graduando em Engenharia Elétrica com ênfase em
Eletrônica/Telecomunicações, cursando o 8º período, CEFET-PR, unidade
Curitiba.
•
Thiago Soares Figueredo, graduando em Engenharia Elétrica com ênfase em
Eletrônica/Telecomunicações, cursando o 8º período, CEFET-PR, unidade
Curitiba.
•
Jean Carlos Cardozo da Silva, Doutor em Informática Industrial pelo
CPGEI/CEFET-PR.
•
Hypolito Jose Kalinowski, Doutor em Física pelo Departamento de Física, FIS,
Brasil.
2.8.3
Análise de Riscos na Operação da Empresa
Nesta seção são analisados os fatores que podem resultar em fracasso da empresa.
São utilizados dois métodos nesta análise, o Modelo das Cinco Forças Competitivas [5], e a
análise SWOT. São discutidos meios de minimizar os efeitos destes riscos na operação da
empresa e formas de contornar as dificuldades, caso as ameaças venham a se tornar
realidade.
32
2.8.4
Modelo das Cinco Forças Competitivas
Segundo Michael Porter, há cinco forças competitivas que atuam em uma
indústria, e que influenciam nos resultados de cada empresa em particular. São elas:
•
entrantes potenciais (entrada de novos concorrentes);
•
compradores (poder de negociação dos clientes);
•
substitutos (possibilidade de substituição do produto fornecido pela organização, ou
ainda, produtos substitutos);
•
fornecedores (poder de negociação dos fornecedores) e
•
concorrentes da organização (rivalidade entre as organizações existentes).
A figura 13 ilustra a ação destas forças. Cada uma delas será analisada
individualmente a seguir.
Ameaça de Novos
Entrantes
Entrantes Potenciais
Concorrentes na
Indústria
Fornecedores
Poder de Negociação dos
Fornecedores
Fonte: PORTER, Michael E. Competição Estratégias Competitivas Essenciais .
Editora Campus. Rio de Janeiro, 2001.
Compradores
Rivalidade entre as
empresas existentes
Poder de Negociação dos
compradores
Substitutos
Ameaça de Produtos
Substitutos
Figura 13 - Cinco Forças Determinantes na Competição.
33
2.8.4.1 Entrantes Potenciais
Uma das forças que mais pode ameaçar uma empresa que não está atenta para a
movimentação do mercado são novos concorrentes. As empresas novas muitas vezes
introduzem mudanças que rompem paradigmas, levando empresas menos ágeis na
adaptação às mudanças a situações difíceis.
Para poder responder rapidamente às oscilações do mercado, é preciso estar atento
aos novos entrantes. No caso do mercado de sensores ópticos, por ser um mercado
nascente, pode-se considerar que todos os players são novos. De fato, são os sensores
ópticos que estão introduzindo uma quebra de paradigma no mercado de sensoriamento
tradicional. É por isso mesmo que a empresa deverá estar atenta ao mercado, neste
momento em que ainda não há padrões definidos para o uso de sensores ópticos, e novas
idéias surgem a todo o momento.
Embora os métodos de sensoriamento óptico possam ser dispendiosos, e a entrada
neste mercado possa exigir investimento razoável, deve-se ficar atento às empresas
nascidas de universidades e incubadoras tecnológicas, pois são principalmente estas que
podem trazer métodos inovadores. Entretanto, não se deve descuidar da movimentação das
empresas de sensoriamento tradicional que já estão estabelecidas, pois estas possuem
potencial para adquirir o know-how suficiente rapidamente, e entrar no mercado
fortalecidas pela posição que suas marcas já ocupam.
2.8.4.2 Compradores
Deve-se ter claro o fato de que o mercado de medição de temperatura já é atendido
pelos fabricantes tradicionais, porém com deficiências. No entanto, estas deficiências
34
raramente são percebidas, pois os sensores eletrônicos estão estabelecidos há muito tempo,
e os clientes dificilmente conhecerão as vantagens dos sensores ópticos. A maior
dificuldade que poderá haver na comercialização do medidor será a não percepção por parte
do cliente das vantagens que o produto oferece, ou a conclusão de que estas vantagens não
são significativas e não justificam a substituição dos meios tradicionais. Neste caso, o poder
de negociação dos compradores aumenta, pois a empresa será obrigada a competir
diretamente com os equipamentos tradicionais, muito mais baratos. Por isso, o ponto vital,
onde devem se apoiar as negociações com compradores são as vantagens dos sensores
ópticos.
2.8.4.3 Substitutos
A ameaça de produtos substitutos pode se dar por motivo de custo ou por
diferenciais vantajosos. Os principais substitutos para o medidor óptico são justamente os
que a empresa propõe-se a substituir, os medidores eletrônicos. Já foi visto que o medidor
possui vantagens em relação aos produtos tradicionais. Entretanto, o custo do produto pode
ser visto como seu ponto fraco. Mais uma vez, deve-se usar como arma de negociação as
vantagens do medidor óptico.
2.8.4.4 Fornecedores
Uma das metas da empresa é cortar custos na produção, otimizando o produto.
Porém, esta estratégia pode ser dificultada pela ação dos fornecedores, uma vez que um dos
principais custos na produção do medidor óptico são os componentes utilizados na sua
fabricação. Além disso, não há muitas opções de fornecedores, por ser um mercado restrito.
Por este motivo, a empresa pode ser seriamente afetada por este fator. A estratégia para
35
tentar minimizar estes efeitos será buscar opções de fornecedores no mercado internacional,
importando diretamente a matéria prima, sem intermediários.
2.8.4.5 Concorrentes
Os principais concorrentes da empresa já foram apresentados anteriormente. A
rivalidade com estas empresas não surgirá de imediato, uma vez que o medidor óptico não
concorrerá diretamente com os seus produtos. Entretanto com o passar do tempo, poderão
haver investidas destas empresas no mercado pretendido.
Um dos fatores que auxiliam uma empresa na disputa com concorrentes é uma
imagem consolidada e uma fatia de mercado conquistada solidamente. Espera-se tomar boa
parte do mercado de sensoriamento óptico no país antes que surjam concorrentes diretos,
estruturando a empresa para enfrentar a concorrência.
2.8.5
Análise SWOT
A análise SWOT (Strenghts Weaknesses Opportunities Threats) é uma ferramenta
importante na análise de riscos de uma empresa. Ela permite facilmente identificar pontos
fortes (Strenghts), pontos fracos (Weaknesses), oportunidades (Opportunities) e ameaças
(Threats) para uma empresa nascente.
2.8.5.1 Pontos Fortes
Pode-se destacar como pontos fortes da empresa:
•
Produto com forte diferencial competitivo
•
Empresa focada em um único produto
•
Segmento alvo de mercado bem definido
36
•
Pioneirismo em um mercado nascente
•
Poucos concorrentes diretos
•
Conhecimento técnico elevado da equipe.
2.8.5.2 Pontos Fracos
Destacam-se os seguintes pontos a melhorar:
•
Produto de custo elevado
•
Inexperiência no mercado
•
Número reduzido de clientes em potencial
2.8.5.3 Oportunidades
Pode-se identificar as seguintes oportunidades:
•
Mercado nascente, com pouca concorrência
•
Clientes sendo atendidos por produtos com deficiências
2.8.5.4 Ameaças
Identifica-se as seguintes ameaças à empresa:
•
Clientes não perceberem as vantagens da medição óptica
•
Produto não encontrar aceitação no mercado, devido ao alto custo
Através desta análise, percebe-se que existe uma boa oportunidade de introduzir o
medidor óptico no mercado, que está sendo atendido de forma deficiente. Percebe-se
também que os pontos fortes do produto são diferenciais estratégicos importantes, e que a
equipe possui know-how suficiente para alavancar o negócio. Entretanto, devem ser
37
tomados cuidados para que não haja rejeição dos clientes ao produto, ou seja, deve-se
trabalhar fortemente para que as vantagens da medição óptica fiquem claras aos clientes, e
que haja percepção da vantagem de abandonar os processos tradicionais pela nova
tecnologia.
2.8.6
Análise de Riscos no Desenvolvimento do Produto
O risco do projeto é a chance de um evento ou uma condição incerta ocorrer. O
risco pode ter um efeito positivo ou negativo no objetivo do projeto. Este item aborda os
fatores de risco negativo do projeto e as alternativas a serem tomadas no caso da ocorrência
de alguns deles.
A finalidade da análise de riscos é evitar que condições inesperadas e de difícil
solução ou agravadas pela falta de elaboração de um plano de contingência possam
prejudicar o projeto.
A tabela 3 apresenta os riscos inerentes ao projeto e a gravidade do risco.
Tabela 3 – Análise de Riscos
Risco
Falha no desenvolvimento da placa para o
protótipo inicial
Falha no hardware
Interface não é adequada aos padrões
industriais
Falha nas rotinas de tratamento do sinal
emitido pelo sensor
Dificuldade para realização de testes em
ambiente industrial
Falha na integração dos módulos
Grau de gravidade
Baixo
Alto
Médio
Alto
Médio
Alto
38
Abaixo são discutidos os motivos de haver tais riscos e os planos de contingência
para contornar estas dificuldades.
•
Falha no desenvolvimento da placa para o protótipo inicial – Devido à pequena
dimensão dos componentes, à falta de equipamento especializado e a pouca
experiência dos integrantes da equipe, pode haver falha no funcionamento do
primeiro protótipo. Para contornar esta situação, a solução será refazer o
protótipo, o que acarretaria atrasos no cronograma.
•
Falha no hardware – O hardware utilizado no projeto é importado, caro e de difícil
aquisição e manutenção. Sendo assim, um defeito no hardware irá atrasar
consideravelmente o projeto. A solução será negociar um acréscimo na verba do
financiamento do projeto pela ANP para aquisição de novos equipamentos.
•
Interface não é adequada aos padrões industriais – A implementação de uma
interface que não possa integrar-se facilmente aos padrões adotados pela
indústria pode acarretar na baixa aceitação do produto. O plano de contingência
neste caso é reformular a interface.
•
Falhas nas rotinas de tratamento dos sinais enviados pelo sensor – O
desenvolvimento das rotinas de tratamento dos sinais enviados pelo sensor
requer o equacionamento de compensação dos erros gerados pelos diversos
dispositivos empregados no sistema, tais com FBG, conversores, fotodetectores.
Se o dimensionamento destes fatores não for corretamente equacionado,
ocorrerão erros na medição, o que também acarretará atrasos no cronograma.
Para contornar este problema, deverão ser refeitos os dimensionamentos.
39
•
Dificuldade para realização de testes em ambiente industrial – Para realizar testes
adequados com o produto, o ideal é que sejam realizados testes de campo em
situações reais, em ambiente industrial. Entretanto, poderá haver pouca
disponibilidade da indústria para testes em suas instalações. A solução será
simular com o máximo de fidelidade possível o ambiente industrial.
•
Falha na integração dos módulos – Na integração dos módulos do projeto pode
correr falhas na comunicação e na interoperação entre os mesmos, devido à sua
complexidade. Para evitar este problema deverão ser executados testes em
placas de teste antes da implementação final. Se mesmo assim houver problemas
na implementação, deverá ser refeito o projeto de integração, o que irá atrasar
consideravelmente o cronograma.
2.8.7
Cronograma de Desenvolvimento do Produto
É muito importante que um projeto de desenvolvimento tenha um cronograma
muito bem definido, com pontos de controle e metas intermediárias para que se possa
verificar se o andamento dos trabalhos está de acordo com o planejado. A tabela 4 ilustra o
cronograma
de
desenvolvimento
do
medidor
óptico
de
temperatura.
40
Tabela 4 – Cronograma do projeto
41
Como se pode observar, o cronograma do projeto foi organizado para ser
executado em 3 semestres, devido à alta complexidade e risco envolvidos. O cronograma
foi dividido em 3 partes, sendo elas: pesquisa, implementação e testes. Entretanto, a
pesquisa continuará durante todo o desenvolvimento, pois há possibilidade de uma
mudança na tecnologia utilizada, em função da otimização na produção.
2.8.8
Análise de Custos do Desenvolvimento do Produto
Projetos envolvendo circuitos ópticos e optoeletrônicos costumam ter custos
elevados, devido ao alto custo dos componentes envolvidos. Sendo assim, grande parte dos
custos do projeto será devida à compra de componentes e equipamentos.
A tabela 3 apresenta os custos relacionados à aquisição de componentes e
equipamentos para o sistema.
Tabela 5 – Custos de componentes
1xMicroprocessador
$60,00
1xTermo Elemento Peltier
$25,00
2xConectores ópticos
$21,00
1xFotodiodo FGA04in GaS
$132,00
2xFotodetectores
$140,00
2xAcopladores ópticos
$270,00
1xFBG Sensora para alta temperatura
$30,00
1xFBG de Referência
$1,00
Total dos componentes ópticos em US$, sem impostos de importação
$679,00
Total dos componentes ópticos em R$ (US$ 1,00 = R$ 2,40)
R$ 1.629,60
Fonte de alimentação
R$ 100,00
Demais Circuitos eletrônicos
R$ 250,00
R$ 350,00
Total em Reais
R$ 1.979,60
42
Nesta estimativa de custos, não estão incluídos os impostos de importação.
Estima-se que incluindo os impostos de importação, o custo por unidade atinja a soma de
R$3600,00.
2.9
Plano Financeiro
Segundo dados da Petrobrás [4], existem atualmente 13821 poços em produção no
Brasil, além de 95 plataformas de extração e 15 refinarias. O plano financeiro apresentado
considera que exista um ponto de medição de temperatura em cada poço de petróleo, 2
pontos de medição de temperatura em cada plataforma, e 10 pontos de medição em cada
refinaria. Sendo assim, serão 14161 pontos de medição de temperatura onde pode ser
aplicado o medidor óptico.
Projetando uma penetração, proporcional a 0,65%, 1% , 2%, 3% e 4% dos pontos
e medição de temperatura que a Petrobrás possui no Brasil, chegaremos a uma projeção de
vendas de: 9, 14, 28, 42, 57 unidades vendidas por ano.
2.9.1
Tabela de Investimentos
Tabela 6 – Investimentos da empresa
Investimentos
Abertura da empresa
Micro-computador
Material de escritório
Mobiliário
Viagens e despesas de marketing
Treinamento de pessoal
Outros
Total
Ano 2006
Ano 2007
Ano 2008
Ano 2009
Ano 2010
R$ 300,00
R$ 0,00
R$ 0,00
R$ 0,00
R$ 0,00
R$ 0,00 R$ 3.000,00 R$ 6.500,00 R$ 3.500,00 R$ 4.000,00
R$ 1.200,00 R$ 1.320,00 R$ 1.452,00 R$ 1.597,20 R$ 1.756,92
R$ 2.000,00 R$ 1.000,00 R$ 1.500,00 R$ 1.500,00 R$ 1.500,00
R$ 4.000,00 R$ 8.000,00 R$ 10.000,00 R$ 12.000,00 R$ 14.000,00
R$ 0,00
R$ 500,00 R$ 2.000,00 R$ 2.000,00 R$ 3.000,00
R$ 1.800,00 R$ 1.980,00 R$ 2.178,00 R$ 2.395,80 R$ 2.635,38
R$ 9.300,00 R$ 15.800,00 R$ 23.630,00 R$ 22.993,00 R$ 26.892,30
43
2.9.2
Custos Fixos
Tabela 7 - Custos
Custos Fixos
Folha de Pagamento
Aluguel
IPTU
Telefone e Internet
Energia Elétrica
Total
2.9.3
Ano 2006
Ano 2007
Ano 2008
Ano 2009
Ano 2010
R$ 0,00
R$ 5.400,00 R$ 11.880,00 R$ 19.602,00
R$ 21.562,20
R$ 3.600,00
R$ 3.960,00
R$ 4.356,00
R$ 4.791,60
R$ 5.270,76
R$ 600,00
R$ 660,00
R$ 726,00
R$ 798,60
R$ 878,46
R$ 2.400,00
R$ 2.640,00
R$ 2.904,00
R$ 3.194,40
R$ 3.513,84
R$ 720,00
R$ 792,00
R$ 871,20
R$ 958,32
R$ 1.054,15
R$ 7.320,00 R$ 13.452,00 R$ 20.737,20 R$ 29.344,92
R$ 32.279,41
Quadro de Pessoal
Em princípio, a empresa contratará principalmente estagiários, pois todos os sócios
da empresa são engenheiros, não havendo necessidade de contratação de mais engenheiros.
Além disso, contratando estagiários a empresa dará oportunidade aos estudantes de
engenharia terem contato com alta tecnologia, cumprindo assim com sua responsabilidade
social. Estes estagiários deverão receber treinamento adequado para uma melhor visão da
tecnologia e compreensão do funcionamento do sistema.
Os gastos estimados para o marketing compreendem viagens de negócios para
apresentações do produto a possíveis compradores.
Tabela 8 – Folha de pagamento
Folha de Pagamento
Estagiário
Total de colaboradores
Total da folha de pagamento
Benefícios e obrigações trabalhistas
Total de gastos com folha de pagamento
Ano 2006 Ano 2007
Ano 2008
Ano 2009
Ano 2010
R$ 0,00 R$ 5.400,00 R$ 11.880,00 R$ 19.602,00 R$ 21.562,20
0
1
2
3
3
R$ 0,00 R$ 5.400,00 R$ 11.880,00 R$ 19.602,00 R$ 21.562,20
R$ 0,00
R$ 0,00
R$ 0,00
R$ 0,00
R$ 0,00
R$ 0,00 R$ 5.400,00 R$ 11.880,00 R$ 19.602,00 R$ 21.562,20
44
2.9.4
Fluxo de Caixa
A tabela 9 ilustra o fluxo de caixa projetado para a empresa.
45
LOOP Sensors
Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Dez-05 Jan-06 Fev-06 Mar-06
Abr-06
Mai-06 Jun-06 Jul-06 Ago-06 Set-06
Out-06 Nov-06 Dez-06
USO E FONTES - FLUXO DE CAIXA PROJETADO
RECEITA BRUTA
Vendas de Produtos
Vendas de Serviços
TOTAL DE RECEITA BRUTA
% dos Impostos sobre Vendas
IMPOSTOS SOBRE VENDAS
RECEITA LÍQUIDA
CUSTO DOS PRODUTOS VENDIDOS
Mão de Obra Direta
Matéria Prime e Materiais Diretos
Despesas Indiretas
MARGEM DE CONTRIBUIÇÃO
% da Receita Líquida
DESPESAS DE VENDAS
Fixas
% sobre Receitas Brutas
DESPESAS DE VENDAS
DESPESAS FIXAS
Pessoal + Encargos = Benefícios
Retiradas e Pró-labore
Aluguéis+ Impostos+ Condomínios
Administração
Marketing
Treinamento
Depreciação / Amortização
DESPESAS FIXAS
LUCRO
Lucro Operacional
Imposto de Renda
LUCRO LÍQUIDO APÓS IR
% da Receita Líquda
VARIAÇÃO DE CAPITAL DE GIRO
Contas a Receber no final do período
Estoques no final do período
Contas a Pagar no final do período
Impostos a Pagar no final do período
VARIAÇÃO DE CAPITAL DE GIRO
Depreciação no período
FLUXO DE CAIXA OPERACIONAL
Investimentos em Ativo Fixo
Adições aos Ativos Fixos
Vendas de Ativos Fixos
FLUXO DE CAIXA LIVRE (FCF)
Financiamentos Longo Prazo
Amortização de Financiamentos
Pagamento de Juros
Amortização de empréstimos Curto Prazo
Recursos Próprios
CAIXA GERADA NO PERIODO
CAIXA GERADA ÀCUMULADA
-
-
8.500
8.500
8.500
8.500
8.500
8.500
-
-
17.000
17.000
8.500
8.500
-
8.500
8.500
8.500
8.500
8.500
8.500
-
-
1.585
1.585
1.585
-
-
3.171
1.585
-
1.585
1.585
1.585
-
-
6.915
6.915
6.915
-
-
13.830
6.915
-
6.915
6.915
6.915
-
3.600
50
(3.650)
3.600
50
3.265
47%
3.600
50
3.265
47%
3.600
50
3.265
47%
-
-
7.200
100
6.530
47%
3.600
50
3.265
47%
-
3.600
50
3.265
47%
3.600
3.600
50
50
3.265
3.265
47%
47%
-
-
100
3
103
100
3
103
100
3
103
-
-
100
3
103
100
3
103
-
100
3
103
100
3
103
100
3
103
300
900
300
250
900
300
250
900
300
250
900
300
250
900
300
250
900
300
250
4.000
900
300
250
900
300
250
900
300
250
900
300
250
900
300
250
900
300
250
300
1.450
1.450
1.450
1.450
1.450
5.450
1.450
1.450
1.450
1.450
1.450
(300)
(300)
(5.100)
(5.100)
1.712
257
1.455
21%
1.712
257
1.455
21%
1.712
(1.450)
257
1.455
(1.450)
21%
(5.450)
(5.450)
4.977
746
4.230
31%
1.712
(1.450)
257
1.455
(1.450)
21%
1.712
257
1.455
21%
1.712
1.712
257
257
1.455
1.455
21%
21%
3.600
260
(600)
855
3.600
260
1.455
3.600
260
1.455
3.600
260
(1.450)
3.600
260
(5.450)
3.600
260
4.230
3.600
260
1.455
3.600
260
(1.450)
3.600
260
1.455
3.600
3.600
260
260
1.455
1.455
19%
3%
15%
-
1.450
Dez-04
+
+
+
+
3.600
260
600
(2.740)
(300) (7.840)
0
(2.000)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
(300)
0
(9.840)
855
1.455
1.455
(1.450)
(5.450)
4.230
1.455
(1.450)
1.455
1.455
1.455
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
300
0
0
10.500
660
660
900
1.755
2.415
900
2.355
4.770
900
2.355
7.125
900
(550)
6.575
900
(4.550)
2.025
900
5.130
7.155
900
2.355
9.510
900
(550)
8.960
900
2.355
11.315
900
2.355
13.670
900
2.355
16.025
46
Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão Previsão
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
4
5
Jan-07 Fev-07 Mar-07 Abr-07 Mai-07 Jun-07 Jul-07 Ago-07 Set-07 Out-07 Nov-07 Dez-07 Dez-08 Dez-09 Dez-10
9.350
9.350
18.700
18.700
-
-
28.050
28.050
9.350
9.350
-
9.350
9.350
-
18.700
18.700
18.700
18.700
18.700
18.700
1.744
3.488
-
-
5.231
1.744
-
1.744
-
3.488
3.488
3.488
7.606
15.212
-
-
22.819
7.606
-
7.606
-
15.212
15.212
15.212
287.980 475.167 709.565
287.980 475.167 709.565
53.708
88.619
132.334
234.272 386.548 577.231
7.920
110
(424)
-6%
7.920
110
7.182
47%
-
-
11.880
165
10.774
47%
3.960
55
3.591
47%
-
3.960
55
3.591
47%
-
7.920
110
7.182
47%
7.920
110
7.182
47%
110
3
113
110
3
113
-
-
110
3
113
110
3
113
-
110
3
113
-
110
3
113
110
3
113
110
3
113
1.452
44
1.496
450
990
330
275
450
990
330
275
450
990
330
275
450
990
330
275
4.000
450
990
330
275
450
990
330
275
450
990
330
275
450
990
330
275
450
990
330
275
4.000
450
990
330
275
450
990
330
275
450
990
330
275
500
83
2.628
83
2.128
83
2.128
83
6.128
83
2.128
83
2.128
83
2.128
83
2.128
83
6.128
83
2.128
83
2.128
83
2.128
11.880
54.000
4.356
3.630
10.000
2.000
2.096
87.962
(3.165)
(3.165)
-42%
4.941
(2.128)
741
4.200
(2.128)
28%
(6.128)
(6.128)
8.532
1.280
7.252
32%
1.350
(2.128)
202
1.147
(2.128)
15%
1.350
(6.128)
202
1.147
(6.128)
15%
4.941
741
4.200
28%
4.941
741
4.200
28%
4.941
21.152 63.361
74.225
741
3.173
9.504
11.134
4.200
17.979 53.857
63.091
28%
8%
14%
11%
3.960
286
600
266
(2.899)
3.960
286
3.960
286
3.960
286
3.960
286
3.960
286
3.960
286
3.960
286
3.960
286
3.960
286
(2.128)
(6.128)
(600)
3.600
7.252
3.960
286
1.147
(2.128)
-
3.960
286
1.147
(6.128)
4.200
4.200
7.920 121.968 201.247 300.433
110
1.694
2.795
4.173
7.182 110.610 182.506 272.625
47%
47%
47%
47%
4.200
(4.000)
1.452
44
1.496
1.597
48
1.645
19.602
21.562
72.000 144.000
4.792
5.271
3.993
4.392
12.000
14.000
2.000
3.000
3.263
4.529
117.649 196.754
8.712 14.375
21.083
3.775
4.153
4.568
660
726
799
(603) (5.219)
(6.220)
17.377 48.638
56.871
(4.800)
(5.000)
(5.300)
(6.899)
3.600
(2.128)
(6.128)
7.252
1.147
(2.128)
1.147
(6.128)
4.200
4.200
4.200
12.577
43.638
51.571
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
(6.899)
9.126
0
3.600
12.725
0
(2.128)
10.597
990
(5.138)
5.459
0
7.252
12.711
0
1.147
13.858
0
(2.128)
11.730
990
2.137
13.867
990
(5.138)
8.728
0
4.200
12.928
0
4.200
17.128
0
4.200
21.328
0
12.577
33.904
0
43.638
77.542
0
51.571
129.113
Tabela 9 – Fluxo de caixa projetado para a empresa
47
3
Descritivo Técnico
Esta seção do trabalho irá dar uma introdução sobre os conhecimentos técnicos
necessários ao desenvolvimento do sistema, uma descrição técnica do protótipo
desenvolvido, além de relatar a caracterização realizada com o sistema e os testes e
resultados obtidos na operação do sistema.
3.1
Redes de Bragg em Fibra Óptica
Uma FBG é gerada quando o núcleo de uma fibra fotossensível é exposto a um
padrão de luz com comprimento de onda e intensidade característicos. Esta exposição gera
uma modulação periódica do índice de refração ao longo do núcleo, a luz guiada ao longo
deste será refletida por cada plano de descontinuidade do índice de refração. Se a condição
de Bragg, λB=2neffΛ, onde neff é o índice de refração efetivo do modo guiado na fibra, Λ o
período da rede e λB o comprimento de onda de Bragg, não for satisfeita, a luz refletida de
cada plano de descontinuidade torna-se progressivamente fora de fase causando,
eventualmente, o cancelamento total da onda refletida. Quando a condição de Bragg é
satisfeita as contribuições da luz refletida em cada plano subseqüente da rede irão interferir
construtivamente na direção contra-propagante, gerando um pico de reflexão com
comprimento de onda central praticamente coincidente com λB.
Logo, a FBG funciona como um filtro rejeita faixa refletivo no domínio óptico. Ou
seja, a luz que esteja se propagando ao longo do núcleo da fibra terá a faixa espectral
próxima ao comprimento de onda de Bragg refletido, havendo a transmissão dos outros
48
comprimentos de onda. A figura 14 apresenta uma ilustração do fenômeno descrito, sendo
λR1 um valor aproximado do comprimento de onda de Bragg, λB.
Figura 14. Desenho esquemático de uma rede de Bragg uniforme e os sinais incidente,
refletido e transmitido .
A sensibilidade das redes de Bragg para variações de temperatura e para a
deformação é governada pelas propriedades elásticas, elasto-ópticas e termo-ópticas da
fibra e pela natureza da carga ou esforço aplicado na estrutura em que a fibra é acoplada ou
encapsulada. Tal sensibilidade será definida pelo deslocamento espectral do comprimento
de onda de Bragg em resposta à variação dessas grandezas. A figura 15 apresenta o desenho
esquemático de uma rede de Bragg, e o deslocamento do comprimento de onda central
quando a mesma é submetida a algum tipo de deformação, sendo λR1 o comprimento
central antes da deformação e λR2 o comprimento central depois da deformação.
49
Figura 15. Desenho esquemático de uma rede de Bragg e sinais refletido e transmitido
quando submetidos a deformação.
Quando a FBG é submetida a variações térmicas há um deslocamento do
comprimento de onda de Bragg, devido à expansão térmica e a alteração do índice de
refração. Esse deslocamento, ∆λB, por alteração de temperatura, ∆T, pode ser escrito
como[6]
A resposta à tração exercida sobre uma FBG é o deslocamento espectral do
comprimento de onda de Bragg, dado por:
onde pe representa a constante elástica efetiva, e εZ a deformação longitudinal em
µstrain (µm*m-1). Como a FBG sensora será encapsulada de forma tal a restringi-la a
apenas variações de temperatura a sensibilidade a outras deformações será desprezada.
A resposta da FBG quando submetida à variação de temperatura tem
resposta com boa linearidade para uma larga faixa de temperatura. No entanto quando
submetida a temperaturas muito altas ou criogênicas a mesma apresenta resposta não linear,
50
tendo que ser tratada via software. A figura 16 apresenta a resposta de duas FBG quando
submetidas a variação de temperatura.
Figura 16. Resposta de duas FBG quando submetidas à variação de temperatura.
As duas FBG foram gravadas em comprimentos de onda diferentes em fibras
tratadas para manter suas características em altas temperaturas, visto que FBG comuns,
utilizadas em telecomunicações, sofrem grande deterioração quando submetidas a altas
temperaturas, prejudicando seu desempenho.
3.1.1
Sistemas de Interrogação das Redes de Bragg
O método mais simples de medir o sinal refletido por uma FBG é utilizando
analisadores e espectro óptico, OSA. No entanto, tal equipamento tem custo relativamente
alto, cerca de 30 mil dólares, sendo utilizado basicamente em ensaios de laboratório. Além
51
do mais tais equipamentos apresentam apenas o espectro da rede, sem indicar a temperatura
representada pelo comprimento de onda central do espectro.
Uma das soluções de menor custo é a detecção de intensidade óptica, mas
detectar diretamente o sinal da FBG não é prático, pois não é possível determinar qual a
variação do comprimento de onda de Bragg. Logo, é necessário desenvolver métodos de
demodulação de FBG que permitam a utilização de fotodetectores, reduzindo os custos e
viabilizando sistemas comercializáveis[7].
Existem diversas técnicas de demodulação de redes de Bragg, elas estão
divididas basicamente em três grupos:
•
Demodulação de FBG em intensidade;
•
Demodulação em fase de FBG;
•
Demodulação em Freqüência de FBG.
Os dois últimos grupos de técnicas não serão discutidos nesse trabalho visto a não
fugir do escopo do relatório. No entanto cabe saber que as técnicas de demodulação de
FBG em intensidade são soluções de menor custo e complexidade.
3.1.2
Método de demodulação por rede de referência em modo de transmissão.
O método da rede de Bragg de referência estática é a maneira mais simples e de
menor custo para a leitura do comprimento de onda central da FBG. Esta técnica consiste
em utilizar uma rede de referência isolada dos efeitos da temperatura. Estas duas redes
devem ter o mesmo comprimento de onda quando estiverem submetidas à mesma
temperatura. Quando ocorre essa situação a luz refletida pela FBG sensora é totalmente
refletida pela FBG sensora resultando em potência óptica nula no fotodetector, valor
mínimo da convolução do espectro refletido pela FBG sensora com a função de
52
transferência da FBG de referência. À medida que a rede sensora é submetida à variação de
temperatura o comprimento central da mesma se desloca fazendo com que o resultado da
convolução das duas FBG aumente, figura 17. Esse incremento de temperatura é então
relacionado com a temperatura da FBG sensora.
Figura 17. Convolução do sinal das FBGs
É necessário adicionar um fotodetector de referência ao sistema, PH2, figura 18.
Pois, os valores obtidos no fotodetector PH1 com informações do comprimento de onda
devem ser divididos pelos valores obtidos no fotodetector de referência PH2, tornando o
sistema imune a qualquer variação de intensidade no sistema, sendo sensível apenas
variações espectrais do sensor do filtro.
Figura 18 - Sistema de demodulação de FBG por filtro sintonizável.
53
O sistema de demodulação de FBG por filtro sintonizável consiste em submeter a
FBG de referência da técnica anterior a variações de temperatura de forma que o
comprimento de onda central da mesma se aproxime do comprimento de onda central da
rede sensora, quando esta for submetida à variação de temperatura. Isso pode ser feito
colocando-se a FBG de referência sobre um termoelemento Peltier. Este dispositivo
possibilita a variação de temperatura em sua superfície de –10 ºC a 70 ºC. Mantendo a FBG
sensora à temperatura ambiente e variando-se a temperatura da FBG de referência é
possível obter a curva de convolução das mesmas, figura 19.
Figura 19 – Curva de convolução.
Na figura 19FBG de referência foi previamente colada em substrato de zinco para
que o alto coeficiente de dilatação do mesmo induza a elongação da FBG. A soma da
variação da temperatura com a deformação longitudinal da FBG causam um grande
deslocamento do comprimento de onda de Bragg. Isso permite aumentar consideravelmente
a faixa de entrada do medidor de temperatura.
54
A região de operação é compreendida na faixa espectral onde ocorre máxima e
mínima correlação entre os espectros de reflexão da rede sensora e o de transmissão da rede
de referência.
Para fazer o controle de sintonia do sistema a tensão de referência de reposta da
convolução é 2,5 V. Logo, ao aumentar a temperatura da FBG de sintonia haverá um
aumento da correlação entre os espectros, logo o valor na saída do fotodetector irá
aumentar. O sistema de controle irá, então aumentar a temperatura da referência de forma
que a correlação das FBG retorne ao valor de 2,5 V. Quando o equilíbrio ocorrer tem-se
que a temperatura da rede sensora corresponde à temperatura da rede sensora. Utilizando-se
um termistor posicionado sobre o peltier é possível obter a temperatura da FBG.
A figura 20 apresenta o arranjo do sistema de demodulação de FBG utilizando um
filtro passa faixa óptico.
55
Figura 20 - Sistema de demodulação de FBG utilizando um filtro passa faixa óptico.
A demodulação de FBG com filtro óptico passa-faixa sintonizável (FPF) pode ser
utilizado para medir deslocamentos do comprimento de onda da FBG. O sinal demodulado
será a convolução do espectro refletido pela rede com a função de transferência do filtro
óptico de referência. À medida que o comprimento de onda de Bragg se desloca, devido a
perturbações na FBG, a potência espectral resultante aumenta ou diminui, conforme o
posicionamento espectral dos dois dispositivos. O sinal correspondente à resposta do FPF
pode ser aplicado no fotodetector de um circuito optoeletrônico. Logo, um sistema sensor
que utilize essa técnica deve relacionar o sinal da saída do circuito optoeletrônico com a
temperatura da FBG.
56
Considerando um sistema de demodulação dotado de apenas um FPF, deve-se
posicionar o λB da FBG entre o comprimento de onda central do filtro, λ o, e a extremidade
do espectro do FPF. Esse critério nos garante maior linearidade na curva de resposta do
sistema de medição à temperatura medida. A disposição dos espectros do filtro e da FBG é
apresentado na figura 21.
Figura 21 – Espectro da reflexão da FBG e da transmissão do filtro óptico passa-faixa.
3.1.3
Sistema de demodulação de FBG utilizando três filtros passa faixa óptico.
O método de demodulação de redes utilizando apenas um FPF pode
apresentar uma boa resolução de medição, no entanto a faixa de indicação do sistema fica
muito restrita, pois a largura de banda do filtro é estreita. A solução desse problema seria a
utilização de mais de um filtro em diferentes posições espectrais. A figura 22 apresenta a
disposição dos espectros para o sistema utilizado.
57
Figura 22 – Espectro da reflexão da FBG e da transmissão dos filtros ópticos passa-faixa 1,
2 e 3.
A disposição dos espectros, conforme a da figura 18 permite que a FBG
percorra uma faixa espectral maior, conseqüentemente, o sistema terá uma faixa de
indicação maior para medidas de temperatura.
A curva de resposta do sistema à variação da temperatura na FBG será dada
da seguinte forma: de 15 ºC até 240 ºC pela relação FPF2 / FPF1; de 241 ºC até 350 ºC pela
relação FPF1 / FPF3. A temperatura de 240 ºC corresponde ao comprimento de onda
central do FPF1. Esse método também permite a compensação de flutuações de potência,
dando maior confiabilidade ao sistema.
O sistema de monitoramento desenvolvido para esse experimento, figura 23,
permite a leitura do sinal oriundo de dois filtros simultaneamente. A saída do sistema será a
relação FPF2/FPF1 ou FPF1/FPF3, dependendo da faixa de temperatura pré-definida em
58
que se encontra a FBG. Essa divisão dos sinais é feita por rotina implementada em
Labview. A troca dos filtros ópticos é realizada por uma chave óptica, o controle que foi
realizado em ensaios recentes fazia a comutação a partir da observação da temperatura.
Figura 23 - Sistema para demodulação de FBG com três filtros ópticos e três fotodetectores.
Outra configuração possível para a utilização do sistema com três filtros é
apresentada na figura X. A chave óptica é invertida de forma a utilizar apenas dois
fotodetectores. Esta configuração permite a utiliza o divisor de tensão analógico ou divisão
digital dos sinais dos fotodetectores, figura 24.
59
Figura 24 – Sistema para demodulação de FBG com três filtros ópticos e dois
fotodetectores.
Obs: As técnicas que apresentadas a foram ensaiadas no Laboratório de Óptica e
Optoeletrônica (LOOP). As técnicas de demodulação com três filtros ópticos e com filtro
sintonizável não foram, ainda, totalmente desenvolvidas, sendo as respectivas ilustrações de
cada sistema apenas representações de projetos a serem concluídos.
3.2
Descrição do Sistema.
Esta seção irá descrever os principais módulos do sistema, detalhando suas
características e processos de desenvolvimento.
No desenvolvimento deste protótipo do sistema foi utilizada como rede de
referência bem mais larga que o usual, com uma rampa de alguns nanometros. Desta forma,
com este sistema é possível utilizar dois modos de interrogação, o método do filtro
sintonizável e um método com o filtro estático. A figura 25 ilustra o sistema.
60
Figura 25 – Sistema desenvolvido
Pode-se ver que há uma diferença entre o circuito apresentado na seção anterior,
pois no sistema desenvolvido a divisão entre PH1 e PH2 é feita de forma digital pelo
software de controle. Isto garante mais precisão ao sistema, além de diminuir custos, pois o
divisor analógico é um componente caro. Como a rede de referência é bem larga, com uma
grande região onde há correlação, não é preciso preocupar-se com a perda da correlação.
Desta maneira, o sistema torna possível que se utilize os sistemas de interrogação citados.
No método do filtro sintonizável, o software de controle faz com que a
temperatura do peltier siga a temperatura na rede sensora, de modo que a correlação entre a
rede sensora e a rede de referência permaneça sempre sintonizada. Este método
proporciona uma faixa maior de temperaturas, entretanto com uma precisão menor. O
61
problema é que o sistema pode ficar muito lento, pois o peltier tem de variar sua
temperatura até que o sistema encontre a correlação novamente, e depois esperar que o
sistema fique estável, para então fazer a leitura da temperatura. Devido à grande massa
envolvida, a capacidade térmica do sistema como um todo é muito grande, assim o sistema
fica ainda mais lento.
No método com o filtro estático, a rede sensora tem sua temperatura estabilizada
pelo peltier, que o software mantém em temperatura constante. Assim, quando há uma
variação no comprimento de onda de Bragg na rede sensora, é medida diretamente uma
variação no valor da correlação. Com este sistema, as leituras tendem a ser mais rápidas, e
mais precisas, e o sistema tende a ser mais rápido. No entanto, a faixa de medição do
equipamento diminui. Este modo de interrogação da fibra só é possível devido à largura da
rede de referência utilizada ser bem grande, fazendo com que a correlação nunca se perca,
apenas mude de valor. Este modo tem implementação mais simples.
O protótipo desenvolvido pode ser utilizado com qualquer uma das duas formas de
interrogação acima, com uma pequena alteração no software de controle.
3.2.1
Circuito emissor
O circuito emissor é constituído por uma fonte de corrente modulada por onda
senoidal em 2 kHz, pois o circuito de detecção opera de maneira similar a um modulador
AM. O sinal resultante é aplicado a um LED com comprimento de onda central de 1540 nm
e largura de faixa espectral de 60 nm.
62
3.2.2
Circuito óptico
A configuração do circuito óptico, apresentado na figura 26, foi escolhida por
causa das seguintes vantagens, quando comparada a outros sistemas de interrogação de
redes de Bragg existentes: baixo custo, relativa facilidade de implementação, portabilidade
e robustez. No circuito implementado a luz proveniente da fonte óptica de banda larga é
direcionada através do acoplador óptico AC1 para a rede sensora, que reflete a banda
espectral ressonante no sentido da rede de referência. A rede de referência tem o mesmo
comprimento de onda central de Bragg da rede sensora. Quando a rede sensora é submetida
a uma deformação ou a variações de temperatura, o comprimento de onda de Bragg é
alterado, dessa forma a luz refletida pela rede sensora deixa de estar em sintonia com a rede
de referência e assim a potência óptica incidente no fotodetector PH1 muda
proporcionalmente.
Figura 26 - Circuito óptico para leitura de redes de Bragg implementado.
Uma parcela do sinal proveniente da rede sensora é guiada ao fotodetector PH2
(através do outro acoplador AC2) e é utilizada como referência para corrigir eventuais
flutuações de potência óptica, assim a razão PH1/PH2 permanece proporcional à grandeza
medida.
63
O sinal detectado é proporcional à correlação cruzada dos espectros das redes
sensora e de referência. O deslocamento de uma rede em relação à outra muda o sinal
detectado. Um sistema adequado de controle pode “travar” a resposta em dado nível de
sinal e, caso a rede sensora tenha seu espectro deslocado, deslocar a rede de referência para
re-ajustar aquele nível de sinal. Uma tensão de erro associada a esse último processo estará
associada à grandeza sendo medida.
A rede de referência pode ter diferentes características ópticas de acordo com
aquelas desejadas para o sistema. Quando se deseja maior faixa dinâmica de medição (que
corresponderá a maior deslocamento espectral) utiliza-se uma rede com largura espectral
maior, porém perde-se sensibilidade. Por outro lado, para maior resolução utiliza-se rede
com largura espectral menor, o que limita a faixa dinâmica.
O circuito óptico do sistema foi uma das principais fontes de problemas no
desenvolvimento do protótipo. Flutuações na potência óptica do circuito refletem-se em
problemas no circuito de demodulação do sistema e no software de controle, acabando por
provocar problemas no funcionamento de todo o protótipo.
O principal problema encontrado no circuito ótico proposto foi em relação à
refletividade da FBG de referência. Essa característica influencia diretamente no tratamento
do sinal que chega ao fotodetector PH1. Quanto maior a refletividade da FBG maior é a
correlação entre referência e sensora, fazendo com que o sinal que chega aos fotodetectores
chegue próximo de zero. Quando não há correlação obtém-se o máximo de potência
espectral incidindo sobre PH1, resultando, na saída do sistema, um valor de tensão próximo
a 5V. Esse range de tensão entre zero permite definir uma tensão média a qual o sistema de
controle deve “perseguir” para garantir a correlação intermediária
64
Quando a refletividade da FBG é baixa, ou então ela é muito estreita. Ocorre que a
diferença de tensão citada se torna pequena, sendo equiparada às flutuações de tensão
características de circuitos com alta amplificação, necessário para o tratamento de sinais
ópticos. Tais flutuações de offset impedem que o valor de tensão médio seja definido, pois
haverá o deslocamento do mesmo.
Procurando solucionar o problema decorrente da dificuldade em encontrar uma
FBG de referência que tivesse a refletividade e largura de banda necessária para o bom
funcionamento do sistema encontrou-se uma solução até então não estudada pelo Grupo de
Dispositivos Fotônicos. Essa inovação será descrita no item seguinte.
3.2.3
Referência por FBG saturada
Um dos processos utilizados para fotosenssibilizar a fibra ótica é colocando-a em
ambiente com alta concentração de hidrogênio. Após esse tratamento a FBG é gravada.
As FBG comuns gravadas no CEFET-PR ficam cerca de uma semana no
hidrogênio, enquanto que a FBG saturada permanece mais de um mês. Devido a esse
tratamento a FBG saturada apresenta uma alta mudança nos índices de refração dos planos
submetidos ao ultravioleta, utilizado para gravar a rede. Sendo assim a o comprimento de
onda de Bragg é refletido já nos primeiros planos, no entanto isso faz com que mais
componentes vizinhas sejam refletidas, alargando o espectro da FBG. Ao longo da FBG há
uma intensificação da reflexão do comprimento de onda de Bragg e das componentes
vizinhas, até saturar a reflexão, dando ao espectro um aspecto quadrado. Na figura seguir
há os espectros de uma FBG comum e uma FBG saturada.
65
Figura 27 – Espectros de uma FBG comum e uma FBG saturada
Essas FBG são utilizadas, mais comumente, em telecomunicações, não havendo
aplicações na área de sensoriamento, por ser difícil determinar seu comprimento de onda
central. No entanto, para o nosso sistema, não interessa saber o seu comprimento de onda
central, e sim conhecer qual o aspecto das bordas do espectro. Na figura seguinte são
apresentadas a FBG sensora e a borda de descida do espectro da FBG saturada.
66
Figura 28 – FBG sensora e borda de descida da FBG saturada
Obs: Optou-se por utilizar a borda direita da FBG de referência, pois a esquerda
apresentava diversa irregularidades. Isso se deve ao fato dessa rede ser a pior das três redes,
que serão utilizadas em outros projetos. Como essas redes ainda são raras optou-se por
utilizá-la, colado-a no substrato de zinco, possibilitando seu uso em outras aplicações.
A rede de referência apresenta uma alta atenuação quando utilizada em seu modo
de transmissão, como podemos ver na figura abaixo:
67
Figura 29 – Espectro de transmissão da FBG saturada de referência.
O sistema utilizará então, a borda de subida direita da FBG saturada no modo de
transmissão. A figura 30 apresenta os espectros da FBG sensora e a borda direita do
espectro da FBG saturada em transmissão.
68
Figura 30 – Espectro da FBG sensora e da borda direita da FBG saturada.
Supondo que a rede de referência esteja estabilizada, ao aquecer a FBG sensora o
espectro da mesma irá se deslocar para a direita, diminuindo a correlação entre as FBG e
aumentando a potência ótica que incide sobre o PH1. Ao se resfriar a FBG sensora a
correlação aumentará resultando em potência ótica próxima a zero.
Devido a alta refletividade da FBG saturada as variações do comprimento de onda
da rede sensora podem ser facilmente percebidas, permitindo ao software de controle
“perseguir” o ponto de correlação médio.
Essa técnica se mostrar superior à anterior devido ao fato de trabalhar com uma
grande variação potência da correlação oferecida pela FBG saturada. Como também pelo
fato da FBG Saturada ter uma grande largura de banda não há mais o problema do sistema
antigo, que era não saber se a correlação da FBG sensora pela FBG de referência estava se
69
dando pela borda direita ou esquerda, o que ocasionava erros de medição ou até a perda do
controle.
3.2.4
Circuito de Demodulação.
O circuito eletrônico de demodulação é similar a um demodulador AM, porque o
sinal de interesse modula a portadora óptica em amplitude (devido à variação da posição da
banda da rede sensora). Este circuito é ilustrado na figura 27.
Figura 31 – Circuito de Demodulação
Este circuito é duplicado, sendo que um circuito recebe no fotodetector o sinal de
PH1, que vem da rede de referência, e o outro recebe PH2, que vem diretamente do
acoplador.
Os sinais ópticos incidentes em PH1 e PH2 são convertidos em sinais elétricos
pelos amplificadores de transimpedância. Devido à baixa intensidade dos sinais ópticos, o
amplificador operacional empregado nesse estágio deve apresentar baixo ruído e alto
ganho. Foram utilizados amplificadores OPA602 da BURR-BROWN, que são específicos
para conversão optoeletrônica e apresentam baixo ruído e baixo tempo de resposta.
Os sinais elétricos passam pelos estágios de amplificação, que consistem de dois
amplificadores em cascata na configuração não-inversora. O ganho em cada um dos
estágios de amplificação pode ser ajustado, permitindo adequar o sistema a maiores ou
menores perdas no enlace óptico entre o ponto de sensoriamento e a unidade eletrônica.
70
Em seguida os sinais são filtrados nos filtros passa faixa ativos centrados em
2 kHz, que é a freqüência de modulação da portadora óptica. O próximo estágio consiste da
retificação do sinal em onda completa, com o que a freqüência dos sinais passa a ser 4 kHz.
Os sinais são ainda filtrados por um filtro passa baixas ativo com freqüência de
corte de 10 Hz para obter o sinal que contém a informação da rede sensora. Essa freqüência
foi escolhida uma vez que a variação de temperatura normalmente ocorre em baixas
freqüências, no caso de medidas estáticas pode-se trabalhar com freqüência de corte menor,
o que reduz ruídos provenientes dos fotodetectores e ruídos do próprio circuito de
demodulação. Depois do último filtro passa baixas, o sinal é adquirido pela placa de
aquisição.
Os ajustes neste circuito foram bem trabalhosos, devido às flutuações na potência
dos sinais que deveriam ser tratados. Tentou-se diversas combinações de ganho entre os
amplificadores, até que se chegasse em um valor aceitável. Um fator que torna estes ajustes
especialmente complexos é que eles refletem-se no funcionamento do software de controle.
A cada variação nos ganhos deste circuito o software de controle teve de ter suas faixas de
atuação alteradas.
3.2.5
Circuito de aquisição do sinal
Foi desenvolvida uma placa de circuito impresso responsável pela aquisição dos
sinais analógicos que serão tratados no micro controlador, essa placa também é responsável
pela interface industrial de saída de corrente 4 – 20 mA.
A placa desenvolvida conta com 3 pontos de aquisição de sinais analógicos, sendo
eles: a aquisição do sinal de PH1, a aquisição de sinal de PH2 e a aquisição da saída do
termistor para a verificação da temperatura do peltier. Existem também três saídas de
71
tensão, uma para controle do peltier, uma com a saída de corrente 4- 20mA e outra para
testes do sistema. A placa utiliza protocolos de comunicação serial para troca de
informações com o processador, o I2C e o SPI.
Escolheram-se os seguintes componentes para a elaboração da placa:
3.2.5.1 Conversor A/D
Para fazer a conversão do sinal vindo do sistema óptico para ser tratado pelo micro
controlador utilizamos o ADS7823 da Texas Instruments. O conversor conta com as
seguintes características:
•
Interface I2C
•
Resolução de 12 bits
•
Taxa de amostragem de 50kHz
•
Faixa de tensão de operação de 2,7V a 5V
Este componente foi escolhido principalmente pela sua alta resolução e pela
interface I2C. Esta interface foi escolhida por necessitar de menor número de vias na placa
de circuito impresso, uma característica importante por tratar-se de um conversor de alta
resolução.
3.2.5.2 Conversor D/A
O conversor D/A utilizado neste primeiro protótipo para converter o sinal de saída
do micro controlador para um sinal analógico a ser aplicado ao sistema de controle foi o
DAC7571, também da Texas Instruments. Entre suas características, podemos destacar:
•
Tempo de conversão de 10µS
•
Interface I2C
72
•
Resolução de 12 bits
•
Faixa de tensão de operação entre 2,7V a 5V
•
Taxa de amostragem de 50Khz
Este componente também foi escolhido principalmente devido à resolução e à
interface I2C.
3.2.5.3 Conversor D/A com saída em corrente
Para fornecer a saída em padrão industrial do circuito, foi utilizado um conversor
D/A com saída em corrente, o AD420, da Analog Devices. Este componente é capaz de
fornecer saída em corrente nas configurações 4mA-20mA, 0mA-20mA ou 0mA-24mA a
partir de uma entrada digital de 16 bits. A entrada digital funciona com o protocolo SPI,
outro protocolo serial semelhante ao I2C, muito utilizado para comunicação entre
componentes eletrônicos com baixo volume de dados. Este componente poupou muito
trabalho de desenvolvimento, pois não foi necessário construir um circuito para converter a
informação digital em um sinal de corrente. Além disso, como o componente utiliza uma
interface serial SPI, semelhante ao I2C, não houve dificuldade na integração deste
componente com o microprocessador, pois o mesmo possui uma interface SPI, emulada
através de software, utilizando as bibliotecas fornecidas pelo próprio fabricante.
3.2.6
Microprocessador
O micro controlador escolhido foi o SC12, da fabricante alemã Beck
(http://www.bcl.de). Para o desenvolvimento deste primeiro protótipo utilizamos a
Evaluation Board DK40 IPC@Chip. Abaixo estão algumas das características deste
componente.
73
•
CPU de 16 bits (80186) com sinal de clock de 20 MHz.
•
Memória RAM de 512 kBytes e memória flash de 512 kBytes.
•
Sistema operacional RTOS com sistema de dados flash.
•
Interface serial RS232 e Ethernet.
•
Protocolos TCP/IP, PPP, HTTP, FTP, Telnet, POP3, SMTP, ICMP e DHCP.
•
Barramento I2C e SPI.
•
16 portas de entrada/saída digital.
Este processador conta com características que o aproximam muito de um
computador pessoal (PC), tornando o desenvolvimento do software muito simplificado.
Conta, também, com o servidor HTTP embarcado, e interface Ethernet através de um
conector RJ45, o que tornou possível já a implementação de um protótipo de interface
internet nesta primeira fase de desenvolvimento.
3.2.7
Comunicação I2C
A comunicação I2C foi desenvolvida pela Philips como uma forma de diminuir o
número de vias necessárias para a aquisição de dados de componentes digitais. É um
protocolo serial que utiliza apenas duas vias, uma para transmissão e recepção de dados e a
outra para o sinal de sincronia (clock).
Neste protocolo, pode ser utilizado um único barramento de duas vias
compartilhando entre diversos componentes. Neste caso, cada componente tem um
endereço de identificação que deve ser único no barramento. Este endereço é utilizado pelo
componente que controla a comunicação para selecionar o componente desejado. As saídas
dos componentes devem ser do tipo tri-state, com um resistor pull-up ligado ao +VCC.
As freqüências de comunicação do protocolo foram definidas em três níveis:
74
•
Standard Mode – 100kHz
•
Fast Mode – 400kHz
•
High Speed Mode – 3,4MHz
Entre as vantagens deste protocolo podemos citar:
•
Apenas duas vias para comunicação, independentemente do número de bits usados
na comunicação.
•
Altas taxas de transferências de dados, para este tipo de aplicação.
•
Grande número de componentes de diversos tipos pode ser conectado em um único
barramento.
•
Simplicidade de operação.
•
Pode-se desconectar qualquer componente do circuito sem afetar a comunicação no
barramento.
Em virtude de todas as vantagens apresentadas por este protocolo, ele foi
escolhido para ser utilizado no projeto, para comunicação entre o micro controlador e os
conversores D/A e A/D.
3.2.8
Software de Controle
O programa de aquisição e controle do sistema será desenvolvido em linguagem
C, utilizando a ferramenta Borland C++ Turbo versão 5.2. Esta plataforma foi escolhida por
possibilitar a programação para processadores que utilizam o conjunto de instruções do
processador 80186.
O micro controlador SC12 oferece um ambiente muito parecido com o de um
computador pessoal (PC) padrão, apresentando inclusive uma linha de comando, de onde
podem ser executados os programas. Sendo assim, a programação para este componente é
75
muito facilitada, podendo-se chamar funções do sistema operacional em tempo real
embarcado (RTOS). É possível endereçar diretamente os registradores do processador, de
forma aumentar a performance do sistema. Entretanto, isso ainda não se mostrou
necessário, pois as funções do RTOS demonstraram um desempenho bastante razoável.
O software de controle é responsável pela aquisição dos sinais junto aos
conversores, o tratamento dos sinais, a interpretação destes sinais para relacioná-los com
uma medida de temperatura e o controle da temperatura do peltier, além de ser o mesmo
software que gera a página Web dinâmica para informação da temperatura.
O funcionamento do software é bastante simples, entretanto, os parâmetros de
controle tiveram de ser cuidadosamente ajustados para que o funcionamento do sistema
fosse o esperado. O software, em primeiro lugar faz a aquisição dos sinais de PH1 e PH2.
Para aumentar a confiabilidade destes valores, são feitas quatro amostras por vez, e é
calculada a média destas amostras. Depois, o software calcula a divisão de PH1 por PH2.
Esta operação é realizada para que se evite erros por possíveis flutuações de potência óptica
na fibra da rede sensora. Quando, por exemplo, um cabo óptico é torcido, a potência óptica
transmitida por este cabo diminui. Esta diminuição poderia ser interpretada como uma
variação na correlação entre a rede sensora e a rede de referência, sendo erroneamente
interpretada como uma variação na temperatura. A divisão entre os valores de PH1 e PH2
elimina esta possibilidade, pois só serão identificadas variações neste valor se houver
alteração no valor da correlação.
Depois de dividido o sinal, este é comparado com valores pré-definidos, para
identificar se está havendo a correlação, e qual o valor da correlação. A definição destes
valores foi uma das partes mais difíceis do desenvolvimento do sistema, pois há flutuação
76
na potência óptica transmitida pelas fibras, conseqüentemente é difícil identificar os valores
para os quais o sistema de controle deve atuar.
Com a comparação destes valores, o sistema identifica variações na correlação
entre a rede sensora e a rede de referência, e de quanto é esta variação. A partir desta
informação, o sistema envia através do conversor D/A uma determinada tensão para o
controle do termo elemento peltier. Com isto, o peltier tem sua temperatura alterada,
provocando uma alteração no comprimento de onda filtrado pela rede de referência. Assim,
o sistema busca um valor de correlação constante.
Como conseqüência da alteração na temperatura do peltier, o sistema de controle
detecta variação na tensão do termistor colocado sobre o termo elemento. Esta variação de
temperatura do termistor é capturada pelo programa de controle através de outro conversor
A/D. É através desta tensão que o sistema irá inferir a temperatura aferida no momento.
Na caracterização do sistema, foi possível levantar uma relação praticamente
linear entre a temperatura aferida no termistor sobre o peltier e a temperatura da rede
sensora. Através desta relação o sistema pode calcular a temperatura medida no momento
na rede sensora.
O desenvolvimento do software de controle do sistema gerou diversas dificuldades
no desenvolvimento do protótipo. A principal dificuldade foi a definição dos valores para
as faixas de atuação do sistema de controle. O sistema óptico apresentou flutuações na
potência óptica transmitida, houve alterações nos ganhos do circuito de demodulação, e as
próprias FBG's apresentaram variações na potência óptica refletida, em função da variação
de temperatura. Todos estes fatores contribuíram para que o sistema de controle tivesse um
ajuste bem complexo. Para driblar estas dificuldades foram tentadas alterações na constante
de tempo utilizada pelo sistema, nos valores das faixas de atuação e nos próprios valores
77
utilizados para o controle do peltier. A solução encontrada foi um compromisso entre todos
estes fatores.
Entretanto, mesmo com todos os ajustes realizados, o sistema mostrou-se um
pouco lento, embora estável. A lentidão do sistema é característica da grandeza por ele
aferida, a temperatura, que é por natureza uma grandeza que varia lentamente. Mesmo
assim, acredita-se que com ajustes mais refinados o sistema possa apresentar um
desempenho mais satisfatório. Estes ajustes não puderam ser implementados no protótipo
desenvolvido por falta de tempo hábil. Um ponto a ser melhorado em futuras versões do
sistema é justamente a estabilidade do software de controle.
3.2.9
Interface Web
O sistema conta com uma interface com a Internet. Esta interface é constituída de
uma página dinâmica que contém as informações do sistema, assim como a temperatura
aferida no momento, atualizada a intervalos pré-definidos. A página foi implementada
utilizando tecnologia CGI (Common Gateway Interface). Esta tecnologia é suportada pelo
servidor HTTP embarcado no micro controlador SC12, assim podem ser utilizadas as
funcionalidades implementadas pelo sistema operacional do micro controlador, facilitando
a implementação da página. A figura 32 ilustra a página desenvolvida.
78
Figura 32 – Página Web do sistema
A página na verdade é implementada dentro do software de controle. O programa
chama uma função para registrar a página no servidor HTTP no início de sua execução.
Este registro diz ao servidor onde buscar a página, quando esta for requisitada. O software
gera uma string com o código da página, sendo que o valor da temperatura é uma variável
do programa. A cada requisição HTTP recebida pelo servidor web do micro controlador, o
programa retorna esta string com o valor da temperatura atualizado. A página foi feita para
que seja atualizada automaticamente a cada 2 segundos. Não foi utilizado um intervalo
menor para não sobrecarregar o micro controlador com requisições HTTP.
79
3.3
Caracterização do Sistema
Para a caracterização do sistema, foi utilizado um outro termo-elemento peltier,
sobre o qual foi posicionada a rede sensora. Junto à rede sensora foi posicionado um
termopar, que aferia a temperatura do peltier. O termopar foi conectado a um termômetro
digital. A temperatura do peltier foi então alterada gradativamente, e anotada. A cada
anotação da temperatura da rede sensora, era anotado o valor de tensão do termistor,
medido pelo sistema. Com estes dados, montou-se a tabela 10.
Tabela 10 – Dados da caracterização do sistema
Termistor
2,46
2,47
2,51
2,53
2,54
2,56
-2,61
2,64
2,65
2,68
2,74
2,85
2,99
3,04
3,12
3,17
Temperatura
10,6
11,5
12,8
13,8
15
16,2
-22,1
24,7
28
31,2
35,3
40,4
44,7
50,4
57,7
63,5
Com os dados desta tabela, foi traçado o gráfico da figura 33
80
Temperatura(ºC)
64
62
60
58
56
54
52
50
48
46
44
42
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3,0
3,1
3,2
Tensão no termistor(V)
Figura 33 – Reta de Caracterização do sistema
Pode-se por este gráfico que o sistema tem um comportamento que se aproxima
bastante da reta ilustrada no gráfico. Por isso, consideramos que o sistema é linear. A
equação de ajuste foi encontrada a partir da reta do gráfico e é a seguinte:
Temperatura = 2,31426 + 0,01367 × Vtermistor
Pode-se observar, a partir desta caracterização, que o sistema tem linearidade
suficiente para ser utilizado, desde que o controle esteja ajustado. Uma das dificuldades
encontradas durante a realização desta caracterização foi o sistema de controle, que
demorava consideravelmente para estabilizar a temperatura do peltier, dificultando a leitura
dos valores.
3.4
Testes
Estava prevista a realização de testes em ambiente industrial com o protótipo. No
entanto a equipe não conseguiu viabilizar estes testes, em grande parte pelas dificuldades
81
em introduzir um equipamento em testes em uma refinaria, mas também devido aos atrasos
no cronograma de desenvolvimento do produto. Foram realizados apenas alguns testes de
laboratório com o sistema, durante a fase de caracterização. Estes testes demonstraram que
com um pouco mais de trabalho, o sistema pode tornar-se perfeitamente estável, e apto para
aplicações industriais. Os erros observados são decorrentes de ajustes na implementação do
software de controle, que não puderam ser realizados por falta de tempo hábil.
3.5
Resultados
Os resultados preliminares obtidos em laboratório com o produto mostram que
ainda são necessários ajustes finos no software de controle. O sistema mostrou certa
instabilidade quando utilizado em temperaturas extremas, e com variações bruscas de
temperatura, devido à lentidão observada. Também se observou um certo erro nas medições
realizadas com o protótipo.
A equipe não pôde contar com FBG's adequadas para realizar melhores testes com
o sistema, e por se tratar de um sistema complexo, não houve tempo hábil para fazer as
melhorias necessárias no software de controle. Entretanto, o sistema mostra que pode ser
utilizado, se forem empregadas as redes adequadas, e se forem feitas as melhorias no
software.
3.6
Inovações do projeto
Pode-se considerar que o projeto foi inovador, pois introduziu um método de
interrogação de FBG's ainda não utilizado pelos pesquisadores do Laboratório de Óptica e
Optoeletrônica do CEFET-PR. Também foi utilizado um tipo de rede de Bragg, com
82
espectro largo, que ainda não tinha sido utilizada. Estas técnicas ainda precisam ser
aperfeiçoadas em laboratório, no entanto, a contribuição do projeto para o conhecimento da
comunidade de pesquisa do CEFET foi elevado.
Outra inovação é a própria medição de grandezas utilizando sensores ópticos,
ainda bastante incomum no mercado, e a possibilidade de monitoramento remoto das
grandezas medidas através da Internet.
3.7
Conclusões
Por tratar-se de um projeto de elevada complexidade, não foi possível obter os
patamares de qualidade desejados, na precisão das medidas de temperatura com o sistema.
Entretanto, os erros encontrados são devidos à imperfeições principalmente do software,
que deve ser mais bem ajustado, e das redes utilizadas, que devem ser de melhor qualidade
em uma aplicação real.
Foi observado durante os testes com o sistema que este realmente possui as
características desejadas, de imunidade à interferência eletromagnética e total isolação
elétrica. Desta forma, pode-se afirmar com segurança que a equipe atingiu seus objetivos na
implementação deste protótipo.
83
4
Comparativo de Gestão
O comparativo de gestão tem por objetivo analisar a gestão e a realização do
projeto. Através do comparativo de gestão pode-se verificar quão acertadas foram as
decisões do planejamento de gestão, as previsões de custos do projeto e as estratégias de
desenvolvimento adotadas. O comparativo de gestão pode servir de guia no planejamento e
desenvolvimento de futuros projetos.
4.1
Comparativo de Gestão de Prazos
Previu-se um período de três semestres para o desenvolvimento do projeto, sendo
que este período pode ser dividido em 4 etapas:
•
Pesquisa e projeto
•
Implementação dos módulos
•
Integração dos módulos
•
Testes e documentação
4.1.1
Descrição das etapas da realização do projeto
Cada uma destas etapas subdivide-se em outras sub etapas, sendo que muitas
destas tarefas foram realizadas concomitantemente. As tarefas desenvolvidas em cada etapa
foram:
84
4.1.1.1 Pesquisa e Projeto
Nesta fase do projeto, estudou-se a viabilidade do projeto, e as possibilidades de
desenvolvimento, uma vez que há diversas maneiras de se aplicar as Redes de Bragg em
medições de parâmetros. As tarefas desenvolvidas durante esta fase foram:
•
Estudo das características da FBG
•
Estudo de produtos similares
•
Elaboração do Pré Projeto
•
Estudo das características do processador a ser escolhido
•
Pesquisa de interfaces industriais
•
Pesquisa de componentes
4.1.1.2 Implementação dos módulos
Uma vez que ficaram claras as especificações do produto a ser desenvolvido, foi
iniciada a implementação dos módulos que compõem o projeto separadamente. Nesta fase
realizou-se as seguintes tarefas:
•
Construção da fonte de alimentação
•
Desenvolvimento da placa de conversão A/D e D/A
•
Desenvolvimento da placa demoduladora do sinal
•
Desenvolvimento da interface industrial
•
Desenvolvimento das rotinas de escrita e leitura dos conversores
•
Desenvolvimento da rotina de controle
85
4.1.1.3 Integração dos módulos
Construídos os módulos do equipamento, passou-se à parte mais difícil do projeto,
que foi a integração entre os módulos. Esta fase foi especialmente trabalhosa, pois tiveram
que ser realizadas adaptações nas interfaces entre os módulos, para que estes funcionassem
em conjunto. Também houve dificuldades no trabalho mecânico de arranjo dos módulos
dentro da caixa metálica utilizada para acondicionar o equipamento. As tarefas realizadas
nesta etapa foram:
•
Acondicionamento de todos os módulos na caixa
•
Adaptações nas interfaces dos módulos
•
Integração dos módulos
•
Adaptações na rotina de controle
4.1.1.4 Testes e documentação
Nesta etapa foram realizados os testes finais com o produto, além de elaborada a
documentação. As tarefas realizadas foram:
4.1.2
•
Caracterização do sistema
•
Calibração do equipamento
•
Testes finais
•
Elaboração da documentação do projeto
Cronograma de realização do projeto
Foi estabelecido no início do projeto um cronograma de trabalho para o
desenvolvimento do produto, contemplando cada uma das etapas acima. Este cronograma
serviu de guia para estabelecer as prioridades e o ritmo de trabalho no desenvolvimento do
86
projeto. Em partes o cronograma foi cumprido, em partes não. O cronograma está ilustrado
na tabela 11, e indica os prazos previstos e realizados do projeto. Pode-se ver que o
cronograma difere, em algumas partes, daquele apresentado na seção de Plano de Negócio.
Estas
diferenças
devem-se
a
alterações
na
concepção
do
projeto
87
Tabela 11 – Cronograma atualizado do projeto
Cinza – Planejado.
Verde – Executado.
88
Como se pode observar, houve diversas vezes em que o cronograma inicial não foi
cumprido, em partes porque houve atraso na execução das tarefas, mas na maior parte das
vezes o motivo foram replanejamentos na ordem da execução das tarefas. Como um exemplo,
pode-se citar o desenvolvimento da interface industrial do medidor. Houve um atraso de cinco
meses no cumprimento desta tarefa, pois ela foi menos priorizada em função de outras
necessidades que surgiram no projeto. Quando a interface foi especificada, percebeu-se que o
módulo para gerar a saída em padrão industrial deveria fazer parte do módulo de conversão
A/D e D/A. Assim, o desenvolvimento deste módulo teve de ser replanejado, e acabou sendo
concluído oito meses depois do previsto inicialmente. Outra adaptação do cronograma inicial
foi o desenvolvimento das rotinas de controle, que só puderam ser iniciadas depois de ter-se
iniciado a integração dos módulos, e melhor conhecidas as características do sistema final.
Outras atividades foram incluídas neste cronograma em relação àquele mostrado no
plano de negócios, pois a necessidade destas atividades não havia sido percebida em um
primeiro momento. Como exemplo, pode-se citar a adaptação das interfaces entre os módulos
e a construção da fonte de alimentação do sistema. Estas atividades não previstas e os atrasos
no projeto devem-se, em grande parte, à inexperiência da equipe, e à própria complexidade do
projeto.
4.2
Comparativo de Gestão de Recursos
Serão comparados aqui os recursos realmente utilizados com os recursos previstos na
concepção do projeto. Estes recursos podem ser divididos em custos e recursos humanos.
Como o projeto foi inteiramente financiado pela ANP, não foram contabilizados custos para
desenvolver o protótipo, pois muitos componentes não foram comprados pela equipe, já
estavam à disposição no laboratório. Uma estimativa dos custos em componentes para o
desenvolvimento do protótipo podem ser encontrada no plano de negócios.
89
Além dos recursos financeiros utilizados no desenvolvimento de um produto, deve-se
levar em consideração os recursos humanos necessários. Nesta seção, apresenta-se uma
estimativa de homens-hora utilizados no desenvolvimento do protótipo. São apresentados os
dados referentes aos três alunos de engenharia que fazem parte da equipe. Para simplificação,
a análise de homens-hora utilizados é feita levando-se em consideração as quatro principais
etapas do desenvolvimento do protótipo. Os gráficos mostrados nas figuras 30 até 32 ilustram
a divisão das tarefas.
Tarefas Thiago - horas
Pesquisa e
Projeto
50
250
Implementação
250
Integração
200
Testes e
documentação
Figura 34 – Horas de trabalho - Thiago
Tarefas Santiago - horas
100
200
Implementação
250
150
Pesquisa e
Projeto
Integração
Testes
Figura 35 – Horas de trabalho - Santiago
90
Tarefas Lucas - horas
150
100
Pesquisa e
Projeto
Implementação
250
Integração
200
Testes
Figura 36 – Horas de trabalho - Lucas
Pode-se ver que cada componente da equipe dedicou-se um pouco mais a uma
determinada tarefa, em detrimento das outras. Desta forma foi possível obter uma certa
especialização de acordo com as habilidades e conhecimento de cada componente da equipe,
contribuindo para um melhor resultado final. Entretanto, em maior ou menor grau, todos os
participantes participaram de todas as tarefas no desenvolvimento do projeto, o que contribuiu
para que todos tivessem uma visão geral do processo.
Em termos de espaço físico para o desenvolvimento do projeto, foi utilizado o
Laboratório de Óptica e Optoeletrônica, localizado no CEFET-PR, unidade Curitiba. Este
espaço conta com todo o equipamento necessário para o desenvolvimento do projeto, como
analisadores de espectro óptico, fontes ópticas e demais equipamentos optoeletrônicos, além
de osciloscópio, multímetros, fontes de tensão, etc. Além disso, no laboratório encontram-se
mestres e doutores, além de alunos de graduação, mestrado e doutorado, com quem foram
possíveis conversas e trocas de idéias, auxiliando no desenvolvimento do projeto. Como foi
disponibilizado este espaço para equipe, não houve custos com equipamentos para serem
contabilizados.
91
4.3
Comparativo de Análise de Riscos
Durante a especificação do plano de negócios da empresa foi levantada uma série de
prováveis fontes de risco que poderiam afetar o desenvolvimento do projeto, atrasando o
cronograma. Algumas destas ameaças de fato tornaram-se realidade. Outras ameaças que não
haviam sido previstas durante a etapa de planejamento também acabaram transtornando o
desenvolvimento do produto, atrasando o cronograma.
Uma das ameaças que foram previstas no planejamento do projeto e que acabaram
afetando bastante o seu desenvolvimento foram as interfaces entre os módulos, durante a
integração. A placa de aquisição de sinal aceita níveis de tensão de 0 a 5 volts para os
conversores A/D. No entanto, o circuito de controle do termo-elemento Peltier entrega uma
tensão de –7 até 6 volts, e teve de ser desenvolvido um circuito com amplificador operacional
que proporcionasse um offset no sinal e tivesse ganho menor que um, para diminuir o nível do
sinal. O desenvolvimento deste circuito, que por uma falha da equipe não havia sido previsto,
acabou gerando atraso, e tendo de ser feito sobre uma placa que já havia sido roteada e não
contava com mais espaço para novos componentes.
Outro problema previsto que acabou ocorrendo foi a não realização de testes em
ambiente industrial. Estes testes não puderam ser realizados por falta de tempo hábil, devido
aos atrasos do cronograma. Desta forma, não foi possível observar o comportamento do
equipamento em um ambiente de testes real, o que prejudicou os testes.
No entanto, o problema mais grave que foi encontrado no desenvolvimento do
projeto foi com a rede de Bragg que serviu como sensor. Esta rede, ao contrário do esperado,
não teve comportamento estável. A rede apresentou alterações na potência óptica refletida em
função da variação da temperatura, o que não é um comportamento comum. Além disso, a
rede apresentou um índice de refletividade muito baixo, o que diminuiu o valor detectado na
correlação, conseqüentemente dificultando a detecção desta correlação pelos circuitos de
92
controle. Para corrigir estes problemas, tiveram de ser realizados ajustes no software de
controle, para que este compensasse estas variações.
4.4
Conclusões
A gestão de um projeto é na maioria das vezes um trabalho de difícil execução, e
mais ainda para uma equipe inexperiente. As probabilidades de acontecer imprevistos são
muito grandes, e a solução para estes problemas nem sempre são fáceis de serem visualizadas.
O problema da inexperiência torna-se evidente na estimativa de prazos para o projeto, que se
mostraram muitas vezes bem distantes dos efetivamente alcançados.
Além disso, o próprio projeto apresentou elevada complexidade, exigindo um
trabalho maior do que o esperado pelos componentes da equipe, e contribuindo para que as
ameaças previstas tornassem-se realidade. No entanto, a experiência obtida na gestão de um
projeto como este agrega conhecimento ao engenheiro, que no decorrer de sua vida
profissional irá se deparar sempre com a gestão no desenvolvimento de produtos.
Apesar de enfrentar problemas no decorrer do projeto, a equipe soube sempre
encontrar soluções para contornar estes obstáculos, terminando por concluir a construção do
protótipo de forma satisfatória. Pode-se concluir que o projeto foi bem gerido, uma vez que
atingiu seus objetivos dentro dos prazos estipulados e sem exceder os recursos previstos.
93
5
Conclusão
Este trabalho teve como objetivo descrever os principais aspectos técnicos do
desenvolvimento de um Medidor de Temperatura utilizando Redes de Bragg como sensores,
além de discorrer sobre o mercado em que o mesmo estará inserido e tratar das questões de
planejamento e gestão de custos, recursos e riscos.
No planejamento da gestão, foram abordadas as questões de custos, recursos, prazos
e riscos, sendo levantados os principais problemas que deverão ser enfrentados e o tempo
estimado para a solução dos mesmos. Como qualquer novo produto, existem riscos que
devem ser levados em conta no desenvolvimento, porém seguindo o planejamento proposto
tais riscos poderão ser superados.
O fato de ser uma solução inventiva, distinta dos produtos semelhantes pode ser um
fator decisivo para entrar no mercado. Mas, o custo do projeto é um fator limitante,
justamente por ser esta a razão deste equipamento. Com criatividade e utilizando os
fundamentos técnicos abordados neste relatório, os problemas apontados serão superados e
como resultado teremos um produto com excelentes chances de se consolidar no mercado.
Como proposta para melhoria do produto, pode-se sugerir a possibilidade de serem
utilizadas mais Redes Sensoras com apenas um equipamento. Os produtos concorrentes
contam com esta funcionalidade, que não foi prevista para este projeto por questões de
complexidade do protótipo, custos e tempo para implementação.
Além disso, o medidor poderia contar com um display para que se pudesse verificar a
temperatura sendo medida através do próprio equipamento, sem que fosse necessário um
microcomputador com acesso à rede, para monitoramento remoto. Por fim, outra
característica que poderia ser desenvolvida é a possibilidade de armazenar as temperaturas
94
aferidas em um histórico, que pudesse ser consultado quando necessário, e não apenas a
verificação da temperatura no momento.
95
6
Referências Bibliográficas
[1] OPEC Annual Statistical Bulletin 2003. OPEP, 2004.
[2] Site http://www.aefinanceiro.com.br/artigos/2005/jul/06/363.htm, acessado em 20 de agosto de 2005.
[3] International Energy Outlook 2002. EIA – Energy Information Administration,
disponível em www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/index.html
[4] Anuário Petrobrás 2004. Petrobrás, 2005.
[5] PORTER, Michael E. Competição – Estratégias Competitivas Essenciais. Editora
Campus. Rio de Janeiro, 2001.
[6] OTHONOS, A., KALLI, K., Fiber Bragg Gratings: fundamentals and applications in
telecommunications and sensing. Artech House, 1999.
[7] ZHAO, Y., LIAO, Y., Discrimination methods and demodulation techniques for fiber
Bragg grating sensors. Optics and Lasers in Engineering, in press.
96