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13.017 Desenho de Sistemas Oceânicos I, Primavera 2003
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Projetos
Desafio 13.017/13.018
Veja a seguir as Declarações de Desafio
dadas para a turma 13.017/018. Este é um documento fundamental para a
turma: os alunos o recebem no primeiro dia do 13.017, e define qual o tópico
e escopo de sua empreitada neste ano.
Tópico de 2003: Geração de Energia
das Ondas
Os oceanos têm papel fundamental no controle do clima
da Terra. Infelizmente, as ações humanas têm afetado muito
a temperatura global, principalmente pela emissão de gases estufa com a
combustão alastrada de combustíveis fósseis para energia.
Esta atividade está sobrecarregando os sistemas de controle natural da
Terra (como os oceanos), potencialmente resultando em divisões climáticas
dramáticas. Além de controlar o clima, os oceanos têm
o potencial de ajudar a reduzir os efeitos nocivos da ação humana.
Uma maneira importante é como fonte de energia limpa. Há diversas
estratégias para capturar a energia dos oceanos, incluindo turbinas ativadas
por fluxos de maré, conversão de energia térmica e energia
das ondas. A energia de ondas, o tópico do desafio 13.017/018 deste ano,
é criada em escalas de curto prazo por ventos atmosféricos, que,
por sua vez, são ativados por radiação solar -- energia solar
à parte, a energia das ondas é uma abordagem muito direta para obter
energia renovável. Há diversos tipos e formatos de dispositivos
de conversão de energia de ondas para escolher, e alguns que ainda não
foram inventados! A energia hidráulica em condições normais
no mar costeiro pode alcançar dezenas de kilowatts por metro quadrado:
uma tecnologia eficiente para captar a energia das ondas poderia facimente gerar
um megawatt para cada quilômetro equipado.
Objetivos Específicos do Desafio:
- Determinar a energia disponível na ação da onda do
Rio Charles, incluindo dependência do vento.
- Desenhar e construir um dispositivo para converter a energia das ondas
em energia elétrica.
- Medir a saída de energia e eficiência de seu conversor de
energia de ondas.
Áreas da Engenharia Oceânica que o Desafio Envolve:
- Oceanografia Física
- Problemas Energéticos Mundiais e Regionais
- Ondas Oceânicas
- Dinâmica de Sistemas
- Desenho Estrutural
- Sensores e Aquisição de Dados
- Desenho em nível de Sistema
- Fabricação e Integração Mecânica e Elétrica
Resultado: Trabalho em Andamento!
Tópico de 2002: Barco SWATH
- Construir e demonstrar um barco modelo SWATH* a
controle remoto em funcionamento, atendendo as seguintes áreas
da engenharia:
- Desenho Estrutural para Resistência
- Reação em Ondas
- Composto Estático
- Eletrônica e Sistemas de Energia
- Impermeabilização
- Propulsão
- Controle de Navegação
- Desenvolver e demonstrar métodos para medir e corrigir instabilidade
no pitch da embarcação a velocidades mais
altas.
- Tanto para as etapas 1) e 2), quantificar a performance
do modelo na rejeição de perturbações
de ondas.
*SWATH: Small Waterplane-Area Twin Hull
Resultado: O barco SWATH desenvolvido por esta turma recebeu o nome
de Pipe Dream.
Tópico de 2001: Recuperação de
Objeto com um ROV
Desenhar e construir um veículo operado remotamente
que possa:
- Recuperar um "jack"* do fundo da Piscina dos Alunos.
- Colocar 3 jacks no fundo da Piscina dos Alunos e amontoá-los em
um suporte de base.
Obs.: O veículo deve atravessar um túnel no fundo da piscina
para atingir estas metas. O túnel será uma armação
de cano de PVC de 9 polegadas de comprimento com uma seção cruzada
de 3 polegadas quadradas.
* Jacks são definidos abaixo.
Resultado: O ROV desenvolvido por esta turma recebeu o nome de Tetrágonos.
Tópico de 2000: Busca e Mapeamento de Objeto com um AUV
Use Autolycus (com seus novos empuxos e sistema sonar) para
executar uma busca sistemática na piscina, para localizar um ou mais objetos
diferentes que serão colocados no fundo da piscina e/ou suspensos na coluna
d´água. Os objetos serão partes de canos de PCV com 12 polegadas
de diâmetro.
Variações:
- Conduzir uma busca que tenha mais eficiência em energia. Como você
pode miminizar o número de Joules necessários para fazer uma
busca completa no tanque?
- Conduzir a busca mais rápida. Como você maximiza a velocidade
do veículo mantendo autoridade de controle suficiente para fazer uma
boa busca, sem lacunas?
Resultado: Esta turma desenvolveu um novo AUV -- Delphini
-- para vencer seu desafio de desenho.
Tópico de 1999: Direção de AUV
Sua meta para o curso 13.018 (Desenho de Sistemas Oceânicos
II) é fazer com que o Autolycus* execute o seguinte:
- Circunavegar a piscina em, no máximo, 4 minutos enquanto:
- Mantém uma profundidade constante de 2 m.
- Mantém uma distância constante de 1 m das paredes da piscina.
- Anota os seguintes dados numa taxa de amostragem de, pelo menos, 2
Hz:
- Velocidade em metros/segundo.
- Rumo em graus relativos a alguma direção fixa (sua
opção).
- Profundidade em metros.
- Distância das paredes em metros.
- Consumo de energia em watts.
- No início da missão, jogaremos uma moeda para determinar
se o veículo se moverá em sentido anti-horário ou horário
ao redor da piscina.
- O veículo deve iniciar e terminar sua missão no mesmo lugar.
- Você deve criar uma maneira de medir independentemente a trajetória
do veículo durante a missão. Você vai comparar este dado
com a trajetória do veículo calculada a partir do dado transmitido
pelo veículo para avaliar o sucesso da missão no cumprimento
do desafio.
*Autolycus é o AUV desenvolvido pela turma de 1997.
Tópico de 1998: Navegação com
Cálculo de Posição com um AUV
- Desenvolver e integrar os sensores necessários para dar ao AUV Autolycus*
a capacidade de navegar usando cálculo de posição.
- Em especial, desenhar e construir um sensor de velocidade para o veículo
que possa medir velocidades baixas (< 0,5 m/s).
- Programe o Autolycus para viajar ao longo de uma trajetória
triangular na Piscina dos Alunos usando cálculo de posição.
- Fazer com que o Autolycus execute esta missão e
avalie sua performance.
*Autolycus é o AUV desenvolvido pela turma do ano passado.
Tópico de 1997: Desenho de AUV
Desenhar um pequeno veículo submarino autônomo
(AUV) com as seguintes características:
- O veículo deve ter 1 metro de comprimento e 15 cm de diâmetro.
- Deve pesar cerca de 20 kg.
- Deve ser modular e facilmente reconfigurado para diversas missões.
- Deve ser capaz de movimento ativado em:
- Tempestade
- Elevação
- Guinada
- Arremesso
- Deve ser movido a bateria e usar motores elétricos.
- Deve ter um computador de bordo que proporcione capacidade autônoma
ao veículo.
- Deve ter controle de feedback da velocidade de empuxo.
- Deve ter sensores para arremesso, taxa de guinada (giro), posição
de guinada (uma bússola), profundidade (pressão), e velocidade
de empuxo.
- Deve ser testado numa missão simples na Piscina dos Alunos e sua
performance deve ser avaliada.
Resultado: Esta turma desenhou e construiu o AUV Autolycus que foi usado
no 13.017/018 em 1998 e 1999.
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