MAPA – ELETRÔNICA DIGITAL – 51/2024

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Projeto de Aquaponia

 

Figura 1 – Sistema de aquaponia com reservatório

Fonte: o autor.

A aquaponia é uma junção da aquicultura (produção de peixes) com a hidroponia (cultivo de hortaliças). Diferente da hidroponia, a aquaponia utiliza como substrato os dejetos ricos em amônia dos peixes, que pela ação de nitrobactérias torna os dejetos em nitrato e nitrito, cujas plantas se beneficiam. Contudo, para esse ecossistema funcionar de forma sustentável, é necessário equilibrar todos os fatores – pH, temperatura e oxigênio. A espécie mais utilizada no Brasil é a tilápia, devido à sua adaptabilidade e sua demanda comercial.

 

Um produtor convidou você para visitar sua cultura de aquaponia. A decantação e o bombeamento para a calha de cultivo foram projetadas sem necessidade de automação eletrônica. Já para o tanque, o contratante comprou e instalou um termostato e um aquecedor, um sensor de oxigenação e um aerador, e reutilizou um probo que possuía para monitorar o pH. Dessa forma, o tanque mantém os peixes e as hortaliças saudáveis e seguros, pois quando a temperatura, o oxigênio e/ou pH estiverem abaixo do ideal, o aquecedor/aerador ligará, e o tratamento do pH é realizado pelo próprio contratante. No entanto, ele aponta que, com o passar do tempo, é normal que a água comece a evaporar do tanque. Então, o que ele requisita, é que você projete um sistema de reabastecimento automatizado de um reservatório para o tanque quando a água do tanque atingir níveis críticos. A água de reabastecimento que compõe o reservatório vem da rede de saneamento, i.e. Ela possui Cloro, então precisa ser tratada novamente para não agredir as hortaliças e os peixes. Esse tratamento é realizado pelo próprio contratante.

Para automatizar o reabastecimento do tanque, você observa que o nível (máximo – Ts1 e crítico – Ts2) do tanque deverá ser medido por boias digitais, e precisará ser reabastecido quando Ts1 e Ts2 apresentarem nível lógico BAIXO; e parar o reabastecimento quando Ts1 e Ts2 apresentarem nível lógico ALTO. Você ainda informa ao contratante que se as condições expostas forem cumpridas, uma válvula solenoide (Rvt) ligada ao reservatório deverá abrir para transferir (nível lógico ALTO) a água para o tanque por gravidade; assim, a Rvt deve fechar quando o nível do reservatório atingir o nível máximo do tanque (Ts1) ou o nível crítico do reservatório (Rs2). Isso também significa que o reservatório deverá ser abastecido quando atingir Rs2, então você solicita uma segunda válvula (Rvr) para permitir a passagem da água da rede (nível lógico ALTO) para o reservatório até que este fique cheio (Rs1, em nível lógico ALTO). O contratante então diz que o reservatório será projetado para reabastecer o tanque duas vezes quando o tanque atingir o nível crítico. Use LEDs para simular as saídas do sistema, e chaves para simular as entradas.

 

1.a. Determine quais são as entradas e a saída do sistema, apontando, em cada uma, o que ela representa quando seu estado é nível ALTO.

1.b. Construa a tabela-verdade do sistema de controle, apontando em cada combinação o que ela representa no processo.

1.c. Determine as expressões lógicas das saídas por meio da tabela-verdade utilizando as expressões booleanas.

1.d. Desenvolva o circuito lógico do sistema de controle com as expressões booleanas da tabela-verdade, apresentando todas as entradas e saídas do sistema. Simule o circuito utilizando o LOGISIM (anexar fotos comprobatórias de todos os estados da tabela-verdade).

1.e. Simplifique (se possível) essas expressões lógicas das saídas utilizando mapa de Karnaugh.

1.f. Desenvolva o circuito lógico do sistema de controle com as expressões SIMPLIFICADAS, apresentando todas as entradas e saídas do sistema. Simule o circuito utilizando o LOGISIM (anexar fotos comprobatórias de todos os estados da tabela-verdade simplificada).

1.g. Faça a montagem do seguinte circuito lógico no Laboratório Prático Integrado:

Imagine que o proprietário deseja implementar um botão (Bt) no reservatório que, ao apertá-lo (nível lógico ALTO), a válvula Rvt abre (ALTO), para que ele possa esvaziar e limpar o reservatório (Esse cenário só existe para a questão 1.g., não é necessário adicioná-lo ao sistema descrito no enunciado).

– Utilize uma chave como Ts2.

– Utilize uma chave como Rs2.

– Utilize um LED como Rvt.

– Enquanto Bt e Rs2 estiverem em nível lógico ALTO, o reservatório será esvaziado através da válvula Rvt. Em qualquer outro estado a válvula deve ser mantida em nível lógico BAIXO.

(Anexar fotos comprobatórias de todos os estados da tabela-verdade).

1.h. Por que não é viável construir o sistema utilizando as expressões booleanas da tabela-verdade quando a simplificação por Karnaugh é possível?