Princípios Fundamentais da Engenharia de Controle e Automação

A Engenharia de Controle e Automação é baseada em três pilares principais: mecânica, eletrônica e informática. Ela se concentra no desenvolvimento e na melhoria de sistemas automatizados, buscando otimizar processos, aumentar a eficiência e reduzir erros humanos.

Mecânica: Fundação da Automação

No coração da automação, está a mecânica, que lida com o design e a operação de máquinas. Engenheiros de controle e automação usam princípios mecânicos para criar sistemas que possam realizar tarefas complexas com precisão.

Eletrônica: O Cérebro dos Sistemas Automatizados

A eletrônica é o componente que alimenta e controla os sistemas. Circuitos, microcontroladores e sensores são utilizados para coletar dados e operar máquinas de forma eficiente e precisa.

Informática: Inteligência e Controle

A informática traz inteligência para os sistemas de automação. O uso de algoritmos avançados e inteligência artificial permite que máquinas aprendam, se adaptem e realizem tarefas complexas de forma autônoma.

Aplicações da Engenharia de Controle e Automação

Automação Industrial

Um dos campos mais proeminentes para a Engenharia de Controle e Automação é a indústria. Aqui, ela é usada para automatizar linhas de produção, aumentando a eficiência, a segurança e reduzindo custos.

Robótica

A robótica é outra área que se beneficia enormemente da Engenharia de Controle e Automação. Robôs são utilizados em cirurgias, na exploração espacial e em ambientes perigosos, onde a intervenção humana é arriscada ou impraticável.

Sistemas de Transporte Inteligentes

A automação também está transformando o setor de transportes. Sistemas de veículos autônomos e trens de alta velocidade são exemplos de como a automação melhora a segurança e a eficiência no transporte.

Energia e Sustentabilidade

Na busca por soluções mais sustentáveis, a Engenharia de Controle e Automação desempenha um papel crucial na otimização do uso de recursos e na implementação de fontes de energia renováveis.

Tecnologia da Informação

Na TI, a automação ajuda a gerenciar e monitorar grandes volumes de dados, melhorando a segurança e a eficiência dos sistemas de informação.

Conclusão

A Engenharia de Controle e Automação está no centro da quarta revolução industrial, impulsionando inovações em diversos campos. Ela não apenas aumenta a eficiência e a produtividade mas também abre portas para novas possibilidades em tecnologia e design. A integração de princípios mecânicos, eletrônicos e informáticos permite o desenvolvimento de soluções inovadoras que atendem às demandas de um mundo em constante evolução.

O Blog da Engenharia, como um portal de conteúdo para todas as engenharias, é o lugar perfeito para se manter atualizado sobre as últimas tendências e desenvolvimentos na Engenharia de Controle e Automação. Continue nos acompanhando em www.blogdaengenharia.com para mais informações e insights sobre este fascinante campo da engenharia.

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Venha comigo entender quais são as vantagens desta subestação e o que podemos esperar de avanços no setor elétrico para um futuro breve.

O Sistema Interligado Nacional (SIN)

Com mais de 200 GW instalados, o sistema elétrico possui quase 180.000 km de linhas de transmissão, conforme dados do Operador Nacional do Sistema (ONS). Estas linhas de transmissão interligam as aproximadamente 800 subestações do Sistema Interligado Nacional (SIN).

O avanço na tecnologia de gestão e operação destas subestações e fundamental afim de aumentar a eficiência e gestão das fontes renováveis, e a resiliência da do SIN.

O Conceito de 4.0, vc já conhece né?

Se ainda não conhece, vou te explicar rapidamente:

O conceito de Industria 4.0 está relacionado as atualizações nos modelos de gestão, produção e negócios, com por exemplo a implementação de equipamentos vinculados as atualizações tecnológicas, a sistemas de automação industrial, integração entre sistemas, inteligência artificial, internet das coisas (IoT), sistema de nuvem, entre outros.

Atualmente este conceito já é aplicado em diversas indústrias além de, como já vimos aqui no Blog da Engenharia, em diversas outras áreas como por exemplo na Gestão da Qualidade, Mineração e Aquicultura

Primeira Subestação 4.0 do Brasil

Sabemos que o conceito não é novidade no Brasil contudo, apenas agora em 2023 foi implementada a primeira Subestação 4.0 do SIN. Esta implantação é fruto de um projeto P&D da Agencia Nacional de Energia Elétrica (Aneel), que contou com um investimento de mais de R$ 11 milhões.

Implantada na Subestação Jaguariúna, a subestação possui tecnologia IoT e redes de Wi-Fi que compõem uma inovadora plafaforma de computação e comunicação com alto desempenho. Além disto, esta tecnologia possibilitou a implantação de sensores de monitoramento de óleo de transformadores e de baterias.

O sistema digital centralizado, engloba todos os sistemas: controle, monitoramento, automação, proteção e gestão de ativos. Estes recursos permitem que os técnicos atuem com mais agilidade, aumentando a disponibilidade do sistema elétrico. Isto é realizado através da análise de tendência dos ativos o que e diminuiu a probabilidade de falhas, ou seja, Engenharia de Manutenção pura!

A Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli/USP) juntamente com a Hitachi Energy desenvolveram este projeto, que é considerando um laboratório para as futuras subestações.

Sustentabilidade

Algumas das melhorias na subestação 4.0 traz benefícios relacionados também a sustentabilidade, tais como :

• Compartilhamento de hardware equipamentos secundários
• Substituição de Cabos de Cobre por Fibra ótica

Ao empregar essas inovações, os custos e quantidade de dispositivos diminuem, levando a salas de comando até 50% menores, porém com maior velocidade de processamento.

Resumindo

No vídeo abaixo da Transmissora ISA CTEEP, é possível observar um resumo do projeto:

O que podemos esperar?

O setor elétrico como todos os demais setores, vem se atualizando dia após dia. Com a subestação 4.0 se tornando realidade, o próximo passo é a interação destas tecnologias com Inteligências Artificiais.

Este recurso otimizará as análises de dados, e otimiza as tomadas de decisões no setor, quem sabe este pode ser o tema do próximo artigo…

Veja este outro artigo relacionado ao tema:

Avanços Tecnológicos em Ensaios de Cabos Isolados

A tecnologia move o mundo

Steve Jobs, inventor e fundador da Apple

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O curso é focado em controle de sistemas, e também oferece uma visão voltada à eletrônica, à robótica e ao empreendedorismo. Assim, você desenvolverá competências importantes para se destacar no mercado de trabalho como Engenheiro de Controle e automação. Vamos conhecer um pouco mais esse engenheiro que você pode se tornar?

Como o Engenheiro de Controle e Automação trabalha?

Você como engenheiro de controle e automação será quem vai fazer o planejamento para desenvolver equipamentos e sistemas automatizados com objetivo de transformar processos produtivos que antes eram realizados manualmente. Seu objetivo será, mais precisamente, planejar, fabricar e manter máquinas e sistemas automáticos de utilização na indústria em geral.

Se caso você optar por essa profissão, poderá ter cargos como gerente operacional, analista de processos e desenvolvedor de ferramentas computacionais.

Já pensou você ter conhecimentos em robótica industrial, acionamentos hidráulicos e pneumáticos, automação da manufatura, mecatrônica e modelagem de sistemas automatizados? É no mínimo muito interessante né?

O seu objetivo será planejar, fabricar e manter máquinas e sistemas automáticos de utilização na indústria em geral, facilitando seus usos. Você poderá desempenhar as mais diversas atividades como engenheiro de controle e automação, como por exemplo, desenvolver ferramentas computacionais, projetar e executar instrumentações, sensores e algoritmos, certificar projetos, desenvolver sistemas computacionais, modelar, simular e controlar processos de produção, integrar processos, estudar a viabilidade técnica e econômica, prever e controlar, padronizar, mensurar e controlar a qualidade e, elaborar orçamentos, instalar, montar e reparar equipamentos.

Onde você como Engenheiro de Controle e Automação poderá trabalhar?

O seu campo de trabalho poderá ser dos mais diversos, já que quando a gente fala sobre coisas automáticas, já vem o futuro na nossa mente, além da gente perceber que existe um interesse bastante amplo de todos os lados por
itens, máquinas e equipamentos automáticos, certo?

As indústrias em geral, dependem da tecnologia para melhorar seus processos de fabricação, não só para ter competitividade no mercado, mas também para ganhar agilidade na produção e diminuir custos na fabricação de produtos. Com esse intuito, as empresas apostam em sistemas automatizados.

Pois bem, vamos falar áreas onde você poderá exercer suas atividades como engenheiro de controle e automação. As áreas de maior interesse pela automatização de seus sistemas são a automotiva, a metalúrgica, a de mineração, a eletrônica, a de petróleo e gás, a alimentícia, a biomedicina, a construção civil e a têxtil.

Ou seja, na maioria dessas indústrias e empresas que prestam esse tipo de serviço tem o trabalho de um engenheiro de controle e automação por trás em busca de melhorias na tecnologia que aumentem a lucratividade facilitando o processamento aumentando a automatização de suas máquinas, sistemas e equipamentos.

Conclusão

Você como Engenheiro de Controle e Automação irá então, projetar, gerenciar e operar equipamentos usados nos processos produtivos das indústrias em geral. Será sua função, também, fazer a manutenção desses equipamentos.

Também vai ser o responsável pela programação das máquinas e pela adaptação de softwares aos processos industriais. E nas empresas que já empregam em sua linha de produção processos automatizados, você poderá ser o responsável por redimensionar, operar e manter os sistemas já instalados.

Para finalizar, é importante novamente ressaltar que, a crise econômica gerou oportunidades para os engenheiros de controle e automação, já que muitas indústrias precisaram reduzir gastos, e encontraram saídas na contratação de profissionais para automatizar seus processos, contratando engenheiros de controle e automação para desenvolver novos equipamentos, como também para melhorar os sistemas já existentes e fazer a sua manutenção. Profissão do futuro que fala né?

Tudo sobre a Eng. Automotiva aqui!

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Explicando o que são…

De maneira mais “Grosseira” as criptomoedas, são literalmente uma moeda digital, que vem sendo utilizadas cada dia mais, tanto para investimentos pessoais, financeiros ou empresariais, quanto para compra e venda de produtos e serviços. Uma das grandes vantagens dessa moeda, é que não existe nenhum governo ou monopólio por trás. Portanto, esse também é o grande problema. Visto que não há nenhum tipo de rastreio e controle dessas transações bancarias.

Apesar do maior nome das CriptoMoedas ser o Bitcoin, eventualmente não existe apenas ela no mercado atual, contamos com milhares de moedas e cada vez mais entram novas no mercado. Basicamente as moedas digitais são endereços criptografados que necessitam de outros usuários para serem validados, essa validação é conhecida também popularmente como mineração.

Com o surgimento das CriptoMoedas, surgiu também o assunto mais comentado do momento os NFT(Non-Fungible Token). Em tradução literal “Token não fungível. Eles funcionam usando o mesmo principio das moedas digitais, entretanto são códigos gerados através de um só computador com o objetivo autentificar o arquivo. Causando assim a unicidade do mesmo.

Por que mesmo depois de tanto tempo as criptomoedas ainda continuam subindo e valorizando cada vez mais?

A resposta para esta pergunta é um pouco tanto complexa. Apesar de que a cada quatro anos existe uma ferramenta que faz com que o valor das moedas subam de forma exponencial. Como explica Valdiney Pimenta. CEO da BitPreço.

“Existe um mecanismo na rede do bitcoin que a cada quatro anos reduz a quantidade ofertada de moedas no mercado… Esse sistema é chamado de halving, quando a mineração da moeda digital é deliberadamente reduzida pelo seu próprio programa…

Esse movimento faz com que a criptomoeda se valorize bastante justamente porque ela se torna mais escassa”.

Valdiney Pimenta. CEO da BitPreço.

Agora que conheceu um pouco sobre o que é e como funcionam as criptomoedas. O que me diz de começar a fazer sua própria mineração ou compra e revenda de NFTs?

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Recentemente foi divulgado um vídeo onde foi feito um teste de uma moto elétrica voadora na china. Apesar da sua grande semelhança com drones, eles são tripulados, enquanto os drones não. Diferente dos helicópteros eles possuem maior segurança, são mais econômicos e mais sustentáveis.

A chegada dos carros voadores tem como objetivo trazer mais mobilidade urbana, principalmente nas metrópoles, a ideia a princípio é que eles venham apenas para fazer trabalhos equivalente ao dos helicópteros. Com pequenas viagens, como funcionam os carros por aplicativos, com isso, será necessário também fazer diversos pontos de pouso pela cidade que são chamados de Vertportos.

Dessa forma, os usuários farão sua decolagem e pouso, serão carregadas as baterias dos veículos. Tem como grande vantagem a sustentabilidade e o custo, os criadores dizem que ele é bem mais barato, menos barulhento e com zero necessidade de carbono.

Assim, esses veículos podem ser usados para transportar pessoas, mas também podem ser usados para serviços essenciais como ambulâncias para transportar pacientes e podem servir para uso de bombeiros ou policiais.

Portanto, não basta apenas legalizar a venda dele no mercado, temos diversos outros pontos a serem levados em consideração, como uma nova legislação específica para eles, levando em consideração que não gostaríamos que eles colidirem. outro ponto a ser pensado, é a respeito dos Vertportos, quais as estratégias abordadas para localizações dos pontos?

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A mistura de vários campos da engenharia não poderia dar um resultado diferente: a magnífica criação do LHC, sigla em inglês para Large Hadron Collider, o Grande Colisor de Hádrons.

Projeto do LHC

A ideia da construção do LHC veio durante uma conferência na Suíça, em 1984. Com a colaboração de 100 países e mais de 200 universidades e centros de pesquisas, a obra finalmente teve início em meados dos anos 90. A um custo de, aproximadamente, 10 bilhões de euros, foi inaugurado em 10 de setembro de 2008.

Em formato de um tubo circular, tem 27 quilômetros comprimento e 7 metros de diâmetro, sendo, portanto, a maior máquina já construída pelo ser humano. Está a 100 metros de profundidade. De fato, é algo que chega a ser inimaginável.

Localiza-se no maior centro de pesquisa de física de partículas do mundo, o CERN (em francês, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), na fronteira entre a França e a Suíça.

Com pouco mais de uma semana dos inícios das operações, o LHC precisou ser desativado temporariamente por causa de um vazamento de hélio, ocasionado devido a uma conexão elétrica entre dois ímãs. Posteriormente, em novembro de 2009, a máquina foi religada.

O que acontece dentro dos laboratórios?

Antes de mais nada, precisamos entender alguns conceitos.

Os hádrons são partículas formadas por meio da união de quarks, que não existem sozinhos, apenas em pares ou em trios, e formam os mésons e bárions.

O bárion é uma partícula subatômica formada por três quarks. Por exemplo, um bárion famoso é o próton: composto por dois quarks up (carga elétrica +2/3) e um quark down (carga elétrica +1/3), tendo carga elétrica total de +1.

No interior do maior colisor de partículas do mundo, prótons são acelerados a 99,93% da velocidade da luz, com a ajuda de campos elétricos.

Os feixes rodam em uma direção dos tuneis atingindo até 7 teraelétron-volts (TeV). Enquanto outro feixe roda no sentido oposto. Quando colidem, geram uma energia de até 14 TeV, tão intensa que é capaz de formar partículas subatômicas momentâneas nunca observadas, como as que se formaram logo após o Big Bang.

As partículas podem dar até 11.245 voltas por segundo no colisor. A pressão em algumas partes do LHC chega a 10^-13 atm, muito perto da pressão no espaço.

Em funcionamento, pode chegar a temperaturas cem mil vezes maior do que a do sol. Também é refrigerado a -271,3 °C, próximo do zero absoluto.

Conforme os cientistas, as novas partículas encontradas poderão esclarecer melhor o funcionamento do universo, hoje explicado pelo Modelo Padrão.

Experiências

O LHC trabalha com várias experiências. As principais são:

ALICE – A Large Ion Collider Experiment (Experimento do Grande Colisor de Íons): dentro desse laboratório trabalham mais de 1000 físicos de 31 países diferentes. Nele, é estudado um estado da matéria chamado plasma de quark-glúons, onde somente é possível em um meio extremamente enérgico, com colisões de íons pesados.

ATLAS – A Toroidal LHC Apparatus (Dispositivo Instrumental Toroidal para o LHC): Com mais de 2500 cientistas, tem 46 metros de comprimento, 25 metros de altura, 25 metros de largura e 7000 toneladas, o Atlas é um detector de partículas, onde, em 2013, foi detectada sinais do Bóson de Higgs (mais conhecido como partícula de Deus).

CMS – Compact Muon Solenoid (Solenoide Compacto de Múon): é um outro detector de partículas, assim como o Atlas, sendo uma versão mais compacta.

LHCb – Large Hadron Collider “beauty”: esse experimento é relacionado a física do quark-bottom (por isso a referência “beauty”), buscando as respostas sobre as assimetrias da matéria e antimatéria no universo.

LHCf – Large Hadron Collider “forward”: o pequeno detector LHCf faz com que as partículas colidam “roçando” uma na outra, em vez de colidirem de frente (forward), simulando os raios cósmicos através de altas energias.

TOTEM – Total Elastic and Diffractive Cross Section Measurement: segundo o site oficial do LHC, o experimento TOTEM visa fazer medição precisa do tamanho do próton e a luminosidade das colisões.

FASER – Forward Search Experiment: ainda de acordo com o site oficial, esse laboratório está situado a 480 metros do ponto de colisão do ATLAS para pesquisar novas partículas leves e estudar neutrinos.

O futuro do LHC

O LHC foi o substituto do LEP (Large Electron-Positron collider) e, atualmente, já se pensa no substituto do gigante.

A CERN apresentou o projeto do FCC (Futuro Colisor Circular). Com um custo de 25,5 bilhões de dólares, a expectativa é que comece a funcionar em 2050, terá um diâmetro de – pasmem – 100 quilômetros.

Há críticos que digam que temos muitos mais problemas a serem resolvidos com essa quantia tão alta para a construção. Mas cientistas da CERN estão certos de que a proposta dará respostas que hoje são uma incógnita para a humanidade.

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A automação deixou há algum tempo de ser temática de filmes futuristas e ficção científica. Hoje, com um investimento razoavelmente baixo qualquer pessoa pode automatizar suas casas, seus escritórios ou ambiente de trabalho. As assistentes virtuais, como Alexa da Amazon ou Siri da Apple, já existem há alguns anos e nos últimos tempos têm se popularizado bastante no Brasil.

Nota-se que a automação avança em praticamente todos os setores da indústria e da prestação de serviços. Por exemplo, as casas inteligentes têm se tornado uma tendência e a ambição de muita gente, principalmente pela praticidade e segurança que a automação residencial pode oferecer.

A previsão é de que dentro de uma década todas as moradias com padrão de média a alto construídas aqui no Brasil serão automatizadas em algum nível.

A automação é uma faca de dois gumes?

Em outras palavras, a automação das coisas é uma faca de dois gumes. Se por um lado ela torna a vida dos clientes mais fácil e segura, por outra a evolução desse tipo de tecnologia tem tirado o emprego de muita gente.

Segundo uma pesquisa da Universidade Harvard, no país tupiniquim existem 44,5 milhões de pessoas, representando mais da metade da força de trabalho no Brasil, trabalhadores dos setores formal e informal, que possuem chances iguais ou maiores do que 70% de perderem seus empregos para a automação nas próximas décadas.

No entanto, o conceito de automação de máquinas não é novo, principalmente em setores industriais, como a área automobilística, nuclear e espacial. Na primeira, a utilização de robôs como mão de obra já está bem estabelecido e é realidade há anos. Nas outras duas, a insalubridade dos ambientes de trabalho e a precisão necessária para montagem e manutenção de aeronaves são motivos do porquê a automação tem crescido nessas áreas.

No meio da saúde, a automação das máquinas e/ou utilização de robôs teve início com o objetivo de cumprir tarefas básicas.

Romanelli (2018) conta que:

O desenvolvimento e o uso de robôs na área da saúde está se tornando cada vez mais amplo. Eles já são utilizados para mover suprimentos, distribuir medicamentos e conduzir operações cirúrgicas precisas.

Seja como for, a automação está cada vez mais presente na vida das pessoas, auxiliando e melhorando em todos os aspectos, desde setores industriais, saúde e até mesmo em residências. Logo, a tecnologia tem seus impactos, mas devemos aproveitar essa disponibilidade e fazer uso dela para nosso bem estar e/ou crescimento profissional ou pessoal.

Portanto, com o crescimento excepcional da tecnologia, as aplicabilidades da automação estão cada vez maiores, e no futuro mais setores irão se beneficiar com esse avanço.

Em outras palavras, quem não se adaptar a essa nova realidade, vai ficar para trás. E você? Já embarcou nessa realidade?

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Engenharia Elétrica x Engenharia Eletrônica

A eletrônica é uma das sub áreas da engenharia elétrica, onde pode-se dizer que abrange todas as áreas de conhecimento que tem relação com energia elétrica e seus usos, portanto desde uma usina geradora de energia, as linhas de transmissão, e seus posteriores usos com máquinas elétricas em indústrias, comércios ou residências. 

A engenharia eletrônica sendo parte disso também está nos mesmos meios, entretanto pode-se colocar mais especificamente onde tensões e correntes (termos que serão estudados em disciplinas como eletricidade básica) são baixas. E claro, existem áreas com sobreposição, aí que entra a eletrônica de potência, onde dispositivos/circuitos eletrônicos são utilizados para conversão de energia de diferentes formas. 

Há cursos de engenharia elétrica no qual é possível escolher uma ênfase final no curso, a depender de disciplinas optativas que o aluno escolhe fazer, e as titulações variam com ênfase, em geração e distribuição, eletrotécnica, telecomunicações e eletrônica. Há outras possíveis a depender da universidade que o aluno escolher cursar.

O curso focado apenas em engenharia eletrônica, tem a vantagem de ser específico e trazer disciplinas focadas no desenvolvimento desse profissional voltado para área de eletrônica, mas também pode deixar de trazer conceitos e atribuições pelo conselho de classe que permitiriam esse profissional quando formado atuar em outras áreas também.

Quais locais um engenheiro eletrônico pode trabalhar?

Um dos principais trabalhos de um engenheiro eletrônico é o desenvolvimento de produtos, onde a eletrônica faz parte de tais produtos, portanto diferentes indústrias. Poderá trabalhar na indústria automotiva, com energia renovável, automação, robótica, máquinas e equipamentos, eletrodomésticos em geral, indústria de multimídia e informática. São diversos os campos de trabalho dentro dessa indústria. Fato é que o engenheiro poderá trabalhar tanto no projeto de Hardware que é a parte física, placas, circuitos e dispositivos. Tal qual no lado do software embarcado onde ele define a lógica de funcionamento dos dispositivos.

No campo de trabalho do engenheiro eletrônico em empresas maiores é comum haver a separação entre essas duas áreas o Software e o Hardware, mas também há empresas em que o mesmo engenheiro faz as duas funções, poupando a parte de integração, mas tendo mais trabalho para dominar diferentes ferramentas.

HARDWARE

O desenvolvimento de Hardware é onde os circuitos para cada uma das funções é projetado, portanto nessa parte é comum de se ter a parte do cálculos, para corrente, dissipação térmica, tensões máximas, distância de separação.

Nessa área também são utilizadas ferramentas de simulação de circuito que permitem visualizar antecipadamente efeitos que só seriam possíveis depois de construídos protótipos. Disciplinas relacionadas com essa área e comuns em cursos de engenharia eletrônica são:

• Circuitos Elétricos I & II;
• Eletricidade básica;
• Cálculos;
• Eletrônica Analógica I & II;
• Circuitos Digitais;
• Instrumentação;

FIRMWARE

Quanto ao desenvolvimento de software para essa área, também conhecido como software embarcado, ou ainda firmware é onde o comportamento definido por requisitos do usuário será implementado. Como exemplo, quando determinado botão for pressionado o comando será para aumentar ou diminuir o volume. Normalmente este é gravado em um micro controlador, onde a execução desse software segue uma sequência que se repete várias vezes por segundo e é comum que sejam executados a 8 MHz ou mais, portanto 8 milhões de vezes em um segundo.

A o tempo de execução das rotinas pode variar, e podem existir prioridades para execução de alguma tarefa baseado na ação do usuário ou na leitura de algum sensor que faz parte do sistema de aquisição, isso baseado em algo chamado de interrupção. Há mecanismos de reinício de atividade no caso de um travamento chamado de Watchdog. Disciplinas que estão relacionadas com essa área são:

• Introdução a programação;
• Microprocessadores I & II;
• Sistemas Digitais;
• Programação e controle de dispositivos;
• Processamento digital de sinais;

Onde estudar Engenharia eletrônica

Algumas universidades no Brasil oferecem o curso de engenharia eletrônica, entre eles o ITA, com o primeiro curso do Brasil de 1951, já tendo formado portanto muitos profissionais, e neste caso mais um dos exemplos de atuação nas indústrias de fabricação de aviões, ou ainda veículos espaciais.  

Há ainda o IME oferecendo este curso também, onde a área de defesa também se beneficia dos conhecimentos desse profissional, para desenvolvimentos de captadores para antenas de transmissão de rádio, radares, eletrônica embarcada em veículos de combate ou ainda robôs para missões sem humanos.

Outras universidades que oferecem o curso de engenharia eletrônica ou elétrica com ênfase são UFSC, UNIP, Feevale, UNB com ênfase e UFS. Essas não são as únicas universidades ou cursos com essas opções, se informe em locais próximos de sua residência.

Engenharia eletrônica é para você?

Essa é uma pergunta difícil de ser respondida, seja para este curso ou qualquer outro. Um aluno saindo do ensino médio normalmente não teve muitas experiências em campos como este. A menos que tenha feito cursos complementares como profissionalizantes ou cursos técnicos.

Essa área de engenharia é uma área complexa, mas que vale muito a pena ser estudada. Se há uma identificação do aluno com inovações, tecnologias novas, avanços na área de robótica e também na área de computação.

Fato é que haverá muito espaço no mercado de trabalho para esse profissional, pois das várias coisas que estão ao nosso redor no dia a dia, muitas delas tem algo de eletrônico nelas, e aí está a oportunidade para o profissional dessa área trabalhar com o desenvolvimento de tais produtos ou ainda prestar serviços de manutenção para os mesmos. 

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Mesmo antigamente com um rádio relógio ou um simples despertador, já era possível ver os primeiros passos dessa ciência que cada vez faz mais parte do nosso mundo. Vem comigo vamos olhar um pouco sobre a evolução da tecnologia e a importância da eletrônica.

O que é eletrônica?

Eletrônica é uma ciência que estuda a manipulação de sinais elétricos, normalmente de baixa corrente e tensão, através de componentes que permitem executar funções deste modo. Divisões como eletrônica analógica, digital, de potência são comuns e permitem um maior aprofundamento nos estudos, para o estudante de engenharias das áreas de Elétrica, Controle e Automação, Telecomunicações, Mecatrônica entre outras. 

Abaixo você pode ver uma representação de dois sinais: um analógico e outro digital em um mesmo intervalo de tempo. 

Enquanto um sinal analógico pode assumir infinitos valores em determinado intervalo um sinal digital pode assumir somente dois valores, 0 e 1. E essa é a “chave” que permitiu o avanço da eletrônica, trabalhando com dispositivos que chaveiam entre esses dois níveis, e a condensação deles permitiu a criação de processadores, memórias, sensores entre outros. 

Dispositivos eletrônicos

Muitos dispositivos foram concebidos seguindo muitos dos princípios da eletrônica analógica somente, ou a combinação deles com a Engenharia Química e de Materiais, pois sempre é importante a colaboração de diferentes áreas. O fato é que a criação de tais dispositivos permitiu que estes fossem usados como a base para futuros desenvolvimentos. Por exemplo, uma calculadora é um dos primeiros computadores, e por consequência o projeto de grandes computadores, permitiu que cada vez novos dispositivos mais e mais avançados fossem desenvolvidos.

Uma perspectiva bastante interessante é a vista a partir do vídeo abaixo onde antigamente tinha-se sua estação de trabalho composta por muitos dispositivos. E com os avanços que a eletrônica em colaboração com a computação e novos softwares permitiram que várias coisas fossem condensadas em um único dispositivo, o computador.

Um novo dispositivo que muito se assemelha ao computador e vem tomando também o seu espaço em muitas das mesmas atividades é o smartphon. Que hoje já possui muito mais poder de processamento e armazenamento do que um computador há uma década. 

E ainda trás consigo outros benefícios como a fácil portabilidade, e agregando ainda outras funcionalidades como câmera para fotografia e filmagem, GPS, rádio e música, relógio (que também evoluiu de um modo interessante), todos agregados ao dispositivo que deu origem, o celular.

Mobilidade e eletrônica

Muito do desenvolvimento da eletrônica foi através de requisitos da indústria automotiva, onde tudo era feito do modo analógico e aos poucos houve uma transição, com implementação de controles e algoritmos. Mas o ambiente de aplicação era hostil, com temperaturas elevadas, umidade, vibração, e em alguns locais gases nocivos no ambiente.

Das dificuldades é que surgem as melhores invenções e aos poucos carburadores foram substituídos por injeção eletrônica, sensores foram adicionados para controle da queima do combustível e otimização dos ciclos. Limpadores de para-brisa com detecção de chuva. Sensores foram adicionados para o conforto do motorista ao manobrar e detectar obstáculos. Acionamento automático dos faróis quando escurecer. 

Quando observado um painel de um carro antigo como na foto abaixo, é possível notar, que tudo se baseava em ponteiros, alavancas, isso somente na parte visível e  estética do veículo.

Quando observamos um painel de um veículo moderno do mesmo fabricante é possível ver uma enorme diferença, onde os ponteiros dão lugar a telas, e alavancas a botões e manipulas. Em todo painel é possível notar uma otimização ao conforto do motorista, e isso é trazido pela eletrônica. 

Em constante evolução

Como mencionado anteriormente um dos dispositivos com uma evolução singular e muito interessante foi o relógio de pulso. Porém hoje esse dispositivo faz muito mais do que somente mostrar a hora, ter alguns alarmes e luz para visualização noturna. Hoje se tornaram parte do que chamamos de dispositivos vestíveis ou wearables do inglês.

Além das funções básicas eles carregam monitores de saúde, com medição de movimentos, batimentos cardíacos, oxigenação, contador de passos, bússola, GPS, entre muitas outras possibilidades. Por exemplo ser uma carteira digital, tudo isso dado a possibilidade de miniaturização da eletrônica e ampliação de cargas de baterias.

Algo que se foi aprimorando ao longo das versões de dispositivos foi a conectividade. Ou seja com tantos sensores disponíveis os dados gerados podem ser enviados para outros dispositivos a fim de compartilhamento, acompanhamento, e planejamento de atividades baseado em histórico. Portanto os dados podem ser enviados diretamente para internet por wi-fi ou rede móvel, mas também através de uma comunicação ponto a ponto com um smartphone com NFC ou Bluetooth. 

O que esperar do futuro?

Em cada espaço na qual a eletrônica tem aplicações, a tecnologia atual, está colaborando para o desenvolvimento da próxima, ainda mais avançada. Ao passo que em meios como esse é que ficção começa a se misturar com realidade. Dando vida para situações que só se vislumbra pelas telas do cinema.

Informações e dados são commodities muito importantes para definir o curso da humanidade. Portanto disponibilizar maneiras de gerar dados, e utilizar eles em benefício das pessoas, como analise de saúde muito mais frequentes do que nas visitas ao médico.  Podendo indicar a necessidade de avaliação médica apartir da análise do sono, pressão arterial ou frequencia cardíaca. Auxiliando na medição dos poluentes no ar, indicando necessidade de usar máscaras.

Um dos próximos passos mais aguardados para a computação e já demonstrado muito nos filmes é lidar com hologramas. Nos quais imagens saltam para fora das telas, e viram tridimensionais, podendo aplicar para pessoas, locais, objetos, análises gráficas como mostrado na figura abaixo. Bem como outras demais aplicações que a imaginação permitir.

Como tudo isso se tornou possível

Muitas das descobertas e desenvolvimentos que permitiram todo esse avanço e que possibilita novas aplicações passaram por muitas pesquisas em laboratório. Alguns dos componentes que em certo momento eram somente teorias, foram viabilizados. Assim estes são transistor, capacitor, memória, processador, sensores (MEMs), atuadores, baterias, entre muitos outros.

Este é um artigo introdutório sobre a evolução da tecnologia e importancia da eletrônica. Outros artigos na sequência falarão a respeito da evolução individual de cada um dos itens mencionados. Assim como dos desafios para novos avanços da eletrônica em colaboração com outras engenharias, e também no processo produtivo dos equipamentos que usam eletrônica.

Um campo também a ser explorado nos próximos artigos será a spintrônica, que é a mais recente evolução da eletrônica, onde os conceitos de física quântica se misturam com desenvolvimento e evolução de eletrônica e cada vez mais aproximando as teorias da engenharia, permitindo a execução dos mesmos avanços.

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Causando inclusive paradas de fábricas de automóveis sendo essa uma das indústrias mais afetadas pela falta dos mesmos.. 

O que é semicondutor?

Semicondutor é a matéria prima base de toda a eletrônica atual, até mesmo no mais simples dos circuitos. Esses elementos possuem uma característica especial, e são manipuláveis para que executem determinadas funções nos circuitos. Tal qual agir como chaves, e amplificar sinais, permitir a passagem de sinais em somente um sentido entre várias outras funções.

O material semicondutor mais comum utilizado majoritariamente para fabricação dos tais componentes é o silício, pois é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre. Normalmente encontrado na forma de silicato SiO4 ou sílica SiO2, ele é o principal constituinte do cimento, vidro, cerâmicas e silicones.

O silício não é o melhor dos materiais para ser utilizado como semicondutor, há também o Germânio, porém a alta disponibilidade do primeiro faz com que o custo desse seja menor, e portanto é o mais explorado para suas aplicações em eletrônica.

Um processo chamado dopagem é feito com o silício na sua forma original que permite que ele opere do modo esperado como um semicondutor. Que pela morfologia da palavra fica entre um condutor (baixa resistência elétrica) e um isolante (alta resistência elétrica), ou seja, essa característica dá ao engenheiro o controle com o que acontecerá com o circuito dependendo das circunstâncias do projeto, hora agindo como condutor ora como isolante.

Dispositivos baseados em semicondutores

Quando se menciona o termo semicondutor, por experiências passadas ou aulas de disciplinas como Física III para alunos de outras áreas da engenharia, o Transistor é o primeiro componente que se lembra. Entretanto há muito mais que somente este. 

Processadores são totalmente dependentes dos transistores, há uma subdivisão interessante com processadores com funções específicas e itens genéricos com multipropósitos, mas todos eles sendo feitos de milhares de transistores e outros componentes.

Uma série de outros componentes são baseados em semicondutores como os diodos, reguladores lineares, triacs, comparadores, contadores, controladores. Alguns destes são chips que são classificados como ASICs, sigla em inglês para Circuito Integrado de Aplicação Específica.

Processo produtivo

Passo a passo dos processo para fabricação dos chips:

1. Um líquido fotorresistente é aplicado sobre o disco de silício;
2. O disco gira para haver uma distribuição uniforme do líquido;
3. Uma Luz UV é projetada para formar o desenho dos circuitos de acordo com o projeto;
4. Os pontos atingidos pela luz tornam-se solúveis e esse processo é chamado de litografia (semelhança com o processo de cópia de desenhos utilizando uma referência sobreposta);
5. A parte de material solúvel é removida e também o material fotorresistente;
6. Esse disco agora é chamado de Wafer (devido às várias camadas) e é aplicado uma camada de proteção para evitar curto circuitos;
7. E chip então é bombardeado por íons de cobre, e estes vão criar as conexões elétricas
8. O cobre em excesso é removido e o processo é reiniciado com a próxima camada do Wafer;
9. Os chips deste disco são então cortados para serem encapsulados;
10. A ligação entre os terminais do componente e o wafer é feito um uma fina linha de ouro ou material ótimo condutor, e o processo se assemelha a uma costura;

Um infográfico produzido pelo portal Tecmundo pode ser visualizado neste link e traz de maneira ilustrada o processo mencionado acima.

Na imagem abaixo é possível visualizar um wafer que foi transformado a partir de um disco de silício. A imagem é de um laboratório onde está sendo produzido um espécime para testes e validações.

MANUFATURA Automatizada

Uma produção em larga escala de um semicondutor normalmente é feita com máquinas automatizadas, onde todo o processo é milimetricamente controlado, e as variáveis de processo totalmente controladas por uma variedade de sensores de posicionamento e atuadores automáticos. Um exemplo de uma estação como essa é vista na figura abaixo, onde o fabricante é uma das empresas que fazem esse tipo de equipamento.

Uma automatização desse processo pode ser visualizada no vídeo abaixo com créditos da Intel, onde o processo desde a preparação de um lingote de silício, o corte em discos e a montagem final do chip é demonstrada. 

Demanda de mercado 

O Coronavirus causou uma alteração sem precedentes nos meios a como trabalhamos e nos comunicamos, prevendo uma diminuição da demanda de automóveis pois os deslocamentos seriam evitados a indústria automotiva enviou ofícios para os fabricantes de circuitos integrados com redução de volume anual comprado.

Por outro lado, a fabricação de outros eletrônicos e itens para casa cresceu, com mais pessoas ficando em casa e fazendo dela seu escritório, escola, etc.  Então a indústria de chips converteu a demanda e seus equipamentos para produção de tais semicondutores de outras indústrias. Abaixo é possível observar o tamanho e número de linhas de fabricação de celulares em uma fábrica da China.

Com a demanda aumentada de indústrias de linha branca e marrom, o gargalo não é o silício, mas a capacidade de produção de chips. Pois com perspectiva de retorno da demanda de automóveis acima do estimado anteriormente as empresas não conseguem atender a nova demanda das industrias automotivas. 

Fábricas da Fiat, Honda, Nissan, Volkswagen e Toyota foram afetadas, mas não é descartado que outros fabricantes tenham o mesmo problema. Bem como outras indústrias considerando que o aumento global da demanda por chips vem causando problemas também.

Ainda mais puxado pelo fato de que chips usados nos veículos possuem especificações diferentes para altas temperaturas principalmente. Uma mudança no processo produtivo dos fabricantes pode levar de 3 a 6 meses sendo que a normalidade só deve ser alcançada em 2022. 

Linha automotiva

Como mencionado no artigo sobre evolução tecnológica os carros possuem atualmente uma demanda por semicondutores muito elevada para citar alguns exemplos de locais onde se usam chips nos veículos podemos usar a imagem abaixo como referência. De um painel de um veículo com uma grande tela multimídia, que também é o GPS do veículo. 

Painéis apesar de possuírem ponteiros são movidos por pequenos motores e estes requerem um controle com um circuito integrado. Vidros elétricos, direção elétrica, câmbio automático, sistema de partida em rampa, controle de estabilidade, sensor de chuva, sensor acendimento automático de faróis, frenagem automática, ABS, sensores de estacionamento, câmeras de estacionamento, controle de temperatura interna, alarme.

Sem contar com o controle do funcionamento do motor com a injeção eletrônica, controle de emissão de poluentes, e em alguns casos sistemas de eletrificação de carros híbridos. 

A lista parece não ter fim com itens de cada um que precisa de um microchip. E o veículo hoje opera com uma rede de dispositivos exigindo ainda comunicação entre módulos. Segundo informações do fabricante, o Volkswagen Taos possui cerca de 300 microchips atualmente, onde há alguns anos esse número estava na média de 15.

A composição da eletrônica de um veículo representava aproximadamente 15% do custo total nos anos 2000, hoje representa até 40% e a demanda crescente por novas tecnologias, sendo diferencial para o consumidor que busca inovação ao trocar de carro, essa demanda tende a crescer para até 50% num futuro próximo.

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