Arquitetura do Subsistema de Estruturas

Diagrama de componentes da arquitetura de estruturas

Figura 1 - Diagrama de componentes da arquitetura de estruturas
Fonte: Autores.

Decisão da Estrutura

Base da Estrutura

O material para a estrutura foi selecionado após uma análise criteriosa de múltiplos critérios: custo, durabilidade, peso, aparência, resistência mecânica, resistência às intempéries, resistência à corrosão, facilidade de fabricação e impacto ambiental. A análise determinou que o Aço Carbono Galvanizado foi a escolha mais adequada devido ao seu excelente equilíbrio entre custo e desempenho. Abaixo, está um resumo das principais considerações:

• Custo: O Aço Carbono Galvanizado destacou-se como a opção mais econômica, custando R$20-25 por metro, e obteve a nota máxima de 5. Essa opção foi significativamente mais barata que alternativas como o aço inoxidável (R$90-110) e o alumínio 3003 (R$25-40).

• Durabilidade: A capacidade do material de resistir à exposição a fatores ambientais e possíveis danos mecânicos foi avaliada, e tanto o Aço Carbono Galvanizado quanto o aço inoxidável se destacaram, obtendo nota 5.

• Peso: O Aço Carbono Galvanizado foi escolhido por equilibrar estabilidade e mobilidade, com peso estimado em torno de 55 kg para a estrutura. O alumínio, mais leve (aproximadamente 30 kg), apresentou menor estabilidade para a estrutura.

• Aparência: Após tratamentos adequados de superfície, o aço inoxidável e o Aço Carbono Galvanizado receberam nota 5 pela estética, enquanto o alumínio anodizado ficou ligeiramente abaixo, com nota 4.

• Resistência Mecânica: O Aço Carbono Galvanizado e o aço inoxidável tiveram a mesma pontuação (4), oferecendo resistência suficiente a impactos e choques. O alumínio ficou um pouco atrás, com nota 3.

• Resistência às Intempéries: O Aço Carbono Galvanizado, com revestimento de zinco, obteve nota 4, oferecendo boa proteção contra condições ambientais. O aço inoxidável, por sua superioridade, recebeu nota 5.

• Resistência à Corrosão: O aço inoxidável destacou-se (nota 5), mas o revestimento de zinco no Aço Carbono Galvanizado (nota 4) foi considerado adequado, pois a estrutura não enfrentará ambientes extremamente corrosivos.

• Facilidade de Fabricação: O Aço Carbono Galvanizado obteve nota 4 por sua facilidade de processamento, superando o aço inoxidável, que exige métodos de produção mais complexos.

• Impacto Ambiental: O Aço Carbono Galvanizado recebeu nota 4, enquanto o aço inoxidável e o alumínio obtiveram nota 3. Todos são recicláveis, mas o alumínio apresentou menor emissão de poluentes durante sua produção, alcançando nota 4.

A decisão sobre qual material utilizar na confecção da estrutura foi baseada em uma análise cuidadosa de vários critérios importantes, como Custo, Durabilidade, Peso, Aparência, Resistência Mecânica, Resistência às Intempéries, Resistência à Corrosão, Facilidade de Manufatura e Impacto Ambiental. Com base nessa análise, o Aço Carbono ASTM A36 Galvanizado (Metalon) foi escolhido como a melhor opção devido ao seu excelente custo-benefício:

Critério	Tubo de Aço Inoxidável (AISI 304)	Alumínio com Anodização (Liga 6063-T5)	Aço Galvanizado	Aço Carbono ASTM A36 Galvanizado (Metalon Galvanizado)
Custo	2	3	4	5
Durabilidade	5	4	4	4
Peso	5	5	5	5
Aparência	5	5	5	5
Resistência Mecânica	4	3	3	4
Resistência às Intempéries	5	4	4	4
Resistência à Corrosão	5	4	3	3
Facilidade de Manufatura	3	5	4	4
Impacto Ambiental	3	4	3	3

Tabela 1 - Critérios para decisão do material base da estrutura
Fonte: Autores.

Figura 2 - Estrutura Completa
Fonte: Autores.

Com base na matriz de decisão, o Aço Carbono ASTM A36 Galvanizado (Metalon) foi a opção mais vantajosa, principalmente devido ao seu baixo custo, boa durabilidade, peso e resistência às intempéries. Para contornar a resistência à corrosão do aço carbono em si, ele será galvanizado com uma pintura de zinco. A combinação desses fatores fez com que o Metalon fosse a escolha ideal para o projeto.

Dispositivo Automático

Tendo em vista requisitos principais como Custo, Durabilidade, Peso, Aparência, Resistência Mecânica, Resistência às Intempéries, Resistência a Corrosão, Facilidade de Manufatura, e Impacto Ambiental, a decisão da confecção da caixa foi por chapa metálica. Os custos, foi levado em consideração a utilização de um material que pudesse atender ao propósito de uso com o menor custo, e os requisitos para termos o menor custo com a melhor qualidade foram:

• Durabilidade: Quanto tempo o material suportaria exposição às intempéries do tempo e eventuais danos por choques mecânicos. Neste quesito, a chapa metálica se sobressai aos materiais por impressão 3D obtendo uma nota 5.
• Peso: Confeccionar a caixa de armazenamento com um material que não tivesse um peso elevado para evitar que o restante da estrutura não desequilibre, principalmente quando estiver com o peso da água e eventuais ventos fortes, o que poderia gerar um desequilíbrio na estrutura como um todo. Nesse aspecto, a chapa metálica também obteve uma nota alta, tendo em vista que os materiais por impressão 3D obtiveram um peso estimado aproximadamente de 11 kg para ABS e 16 kg para PETG, contra 5 kg da chapa metálica.
• Aparência: Neste quesito, foi levado em consideração a aparência final do produto. Os materiais por impressão 3D obtiveram nota 4(ABS) e 5(PETG), e a chapa metálica nota 3.
• Resistência Mecânica: Foi levado em consideração a resistência mecânica devido a possibilidade de durante o transporte, o equipamento sofrer algum choque mecânico devido a eventuais quedas, sendo assim, a chapa metálica obteve a maior nota por não ter o risco de quebra, a nota obtida foi 4.
• Resistência às Intempéries: Foi levado em consideração o quanto cada material seria capaz de suportar exposição, ao sol e chuva sem deteriorar com rapidez. Os materiais por impressão 3D, tenderiam a ressecar e se tornarem frágeis com o passar do tempo, enquanto a chapa metálica teria uma durabilidade maior, por esse fator, a chapa metálica obteve a nota 5.
• Resistência a Corrosão: O equipamento será a exposto principalmente a chuva, umidade e sol, sendo assim, foi necessário levar em consideração que o material terá que ser capaz de suportar corrosão. Os materiais por impressão 3D, suportam mais por isso obtiveram a nota 5.
• Facilidade de Manufatura: Para a elaboração do equipamento, foi preciso avaliar a dificuldade na confecção, e os materiais por impressão 3D tem uma maior facilidade de serem confeccionados, tendo em vista que não será necessária a utilização de diversos equipamentos de usinagem, o que não ocorre com a chapa metálica, que será necessária a utilização de equipamentos como dobradeira e corte de chapa. Por essa razão, a impressão 3D em ABS e PETG obtiveram nota 5, respectivamente.
• Impacto Ambiental: Foi preciso levar em consideração a vida útil do equipamento, e os impactos ambientais gerados em caso de descarte, materiais poliméricos de forma geral, principalmente expostos a intempéries, tendem a serem descartados com mais rapidez, por se deteriorarem, e materiais metálicos tem uma maior resistência e nessas condições, levam mais tempo para se deteriorarem e serem descartados. Materiais plásticos levam cerca de 100 a 600 anos para se decomporem já materiais metálicos levam de 50 a 500 anos para se decomporem levando em consideração o tempo de vida útil do equipamento, por ele ficar exposto a mudanças climáticas, e visando evitar uma rápida deterioração e descarte, foi atribuída a chapa metálica a nota 5, e os materiais por impressão 3D, ABS e PETG, a nota 3.

Realizando a análise de cada requisito, a opção que mais se adequa ao projeto é a chapa metálica. Alguns dos requisitos como resistência a corrosão e aparência, onde a chapa metálica não obteve uma nota de aprovação, será contornada realizando um tratamento na chapa para que ela seja capaz de resistir as intempéries climáticas sem que se inicie um processo de corrosão e futuramente o descarte da mesma. O tratamento da chapa será por meio da aplicação de pintura, aliado ao fato de evitar corrosão, trará uma melhor aparência ao equipamento. Na tabela abaixo, estão listados os critérios definidos as pontuações para cada requisito e por fim o peso definido pela soma das pontuações:

Critério	Impressão 3D ABS	Impressão PETG	Chapa Metálica 1mm #19
Custo	2	1	5
Durabilidade	2	3	5
Peso	3	1	5
Aparência	4	5	3
Resistência Mecânica	3	2	4
Resistência às Intempéries	3	4	5
Resistência à Corrosão	5	5	2
Facilidade de Manofatura	5	5	3
Impacto Ambiental	3	3	5

Tabela 2 - Critérios para cada requisito da Dispositivo Automático

Figura 3 - Dispositivo Automático (Gotinho)
Fonte: Autores.

Suporte do Sensor Ultrassônico

O sistema dispõe de um sensor ultrassônico para responsável por aferir o nível de água.

Figura 4 - Disposição do Sensor Ultrassônico
Fonte: Autores.

Arquitetura e Desenhos Mecânicos dos Subsistemas

Placa Solar

A estrutura destinada à comportar a placa solar foi projetada para oferecer suporte seguro e otimizado para a a captação de luz solar, garantindo a eficiência do sistema de geração de energia.

Caixa para Eletrônica

A Caixa da eletrônica foi pensada para armazenar todos os componentes eletrônicos do projeto como bateria, motor, componentes de controle como o Arduino, PCBs, cabos e demais equipamentos. Ela foi pensada de forma a otimizar o espaço de acordo com os componentes preliminares, esconder componentes cimo cabos e fios, dando melhor acabamento ao projeto, assim como deixar espaço suficiente para possíveis atualizações de eletrônica, energia ou software.

Caixa para Comportar a Bateria

A caixa destinada à bateria foi projetada para oferecer proteção e suporte adequados ao componente mais crítico do sistema de energia. O design foi pensado para que a bateria esteja posicionada em uma plataforma de fácil acesso para manutenção. A resistência à água foi considerada para garantir que a bateria permaneça funcional em ambientes externos sujeitos à chuva ou umidade.

Referências Bibliográficas

Tempo de decomposição do plástico Acessado em 05.11.2024

Tempo de decomposição de materiais metálicos Acessado em 05.11.2024

Tabela de versionamento

Versão	Data	Descrição	Responsável
1.0	24/11/2024	Adicionando Matriz de Decisão e textos.	Nícolas Lima
1.1	24/11/2024	Atualização da Matriz de Decisão.	Luciel
1.2	25/11/2024	Adicionando Matriz de Decisão e textos.	Prawesh
1.3	25/11/2024	Atualização de Títulos e Textos.	Ana Gabriela