Como fazer um projeto

 

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Departamento de Engenharia Elétrica

 

prof. Luigi Carro

Julho 1995

 

 

"Dizem que a mãe de Sócrates era parteira, e o próprio Sócrates costumava comparar a atividade que exercia com a de uma parteira. Não é a parteira quem dá à luz o bebê. Ela só fica por perto para ajudar durante o parto. Sócrates achava, portanto, que sua tarefa era ajudar as pessoas a "parir" uma opinião própria, mais acertada, pois o verdadeiro conhecimento tem de vir de dentro e não pode ser obtido "espremendo-se" os outros. Só o conhecimento que vem de dentro é capaz de revelar o verdadeiro discernimento. "

Extraído de "O mundo de Sofia", de Jostein Gaarder, Editora Companhia das Letras, 1995.

 

 

 

Tradicionalmente os alunos de Engenharia Elétrica encontram sérias dificuldades em disciplinas onde são exigidos projetos práticos. Esta situação se explica pois neste instante são necessários conhecimentos de síntese de circuitos, embora os alunos tenham estudado praticamente apenas técnicas de análise de problemas físicos no segundo grau e nos primeiros anos de faculdade. Nota-se então uma certa dificuldade, seja no que tange o cumprimento dos objetivos propostos, seja no que concerne o resultado final do projeto como auxílio didático ao aluno.

Este texto tem como objetivo fornecer aos alunos de Eletricidade A e Eletrônica IA alguns subsídios na arte de fazer projetos. Na verdade, pretende-se apenas fornecer alguma orientação e método a aqueles que se iniciam no curso, de modo a desenvolver novas habilidades, desmascarando certas aparentes dificuldades, que nada mais são do que falta de experiência em contato com um mundo novo.

 

Como alerta ao leitor, estas notas não são o supra-sumo do saber, nem devem ser consideradas como um guia infalível. Encará-las como material de apoio que deve ser criticado é provavelmente o caminho mais correto. Esta também é uma idéia que só vai florecer se contar com a sua participação. Dúvidas e sugestões podem ser encaminhadas ao professor, que agradece antecipadamente a colaboração. Não se ofenda se julgar o material muito primitivo. E lembre-se que a melhor maneira de aprender é errando e consertando o erro.

 

1)O que é um projeto

As partes práticas das diversas disciplinas do curso são pensadas tendo em vista a própria natureza da Engenharia Elétrica, que é um curso de alcance tecnológico. Isto significa o uso de recursos técnicos para resolução de problemas. Por exemplo, você vai ser pago para realizar desenvolvimento de novos produtos, propor soluções para velhos e novos sistemas ou supervisionar algum processo produtivo.

 

Muitas disciplinas do curso possuem laboratório exatamente para mostrar a compatibilidade entre modelos teóricos e resultados práticos que se podem alcançar. Sendo assim, lembre-se que a parte prática de qualquer disciplina do curso é um complemento aos conteúdos vistos em aula teórica.

 

Eventualmente, uma disciplina pode exigir, além das aulas de laboratório, um conjunto de trabalhos práticos extra classe. O objetivo é verificar sua capacidade de síntese com o uso dos conhecimentos adquiridos na disciplina, agregando informações e procedimentos das aulas teóricas e práticas. Portanto, este é um momento excelente para desenvolver habilidades que podem pagar seu salário no futuro.

 

Apesar de possuir uma educação voltada para a análise de fenômenos, o engenheiro será tão mais valorizado quanto for sua capacidade de transformação da natureza ou, dito de outra maneira, valoriza-se a habilidade de utilizar tecnologia para realizar transformações. Se você for perguntar a um engenheiro mais experiente como ele realiza estas transformações, a resposta mais provável será: "baseado no conjunto de experiências anteriores da minha vida profissional".

 

Experiência é portanto fundamental para se realizar um bom projeto certo? Logo, alunos de Eletricidade e Eletrônica jamais farão bons projetos, devido a sua inexperiência, certo? Bem, errado. Embora experiência conte (e muito), a idéia é que por traz de todo projeto existe método. A experiência ajudará você a realizar mais rapidamente uma certa tarefa, a eliminar caminhos que não devam ser trilhados. Contudo, se você possuir método, mais rapidamente chegará a resultados significativos. Algumas considerações sobre métodos de projetos são o que você encontrará a seguir.

 

2)Analisar a especificação

O primeiro passo de uma empresa de projetos eletrônicos é a discussão com um Cliente sobre a especificação de um projeto. O Cliente pode ser externo ou um outro departamento da empresa, não interessa. O importante é que exista um documento que será a especificação. Você será avaliado na sua vida profissional pela capacidade de cumprir objetivos que estarão documentados. Portanto, nada mais natural que sua nota na universidade também obedeça a estes critérios. Assim como contentar um cliente é fundamental, obedecer às especificações feitas pelo professor significa atender o pedido de um cliente. É normal portanto que você invista um pouco de tempo lendo atentamente as especificações.

 

Se você não entendeu alguma parte da especificação, não se acanhe, pergunte imediatamente ao professor sobre o assunto. Você fará o mesmo na sua vida profissional, discutindo com seu chefe imediato ou cliente.

 

Não basta ler a especificação, é preciso digeri-la. Estabeleça uma lista de objetivos a serem alcançados, traduza a especificação para uma linguagem conhecida sua em que esteja claro qual será a sua missão no projeto. Por exemplo, quando se diz "o erro máximo deve ser de 10%", considera-se que serão realizados testes para verificar se seu circuito não produz erros maiores que 10%. Além disto, significa que você tem uma margem de tolerância de componentes a serem utilizados para explorar o espaço de projeto dentro deste erro. Em outras palavras, você não precisa comprar resistores 1%, nem 5%, 10% bastarão.

 

3)A implementação de uma primeira solução

Uma boa maneira de iniciar a resolver um problema de projeto é por analogias. Isto significa buscar soluções parecidas que podem, com alguma modificação, ser aplicadas ao caso em questão. Isto parece com o discurso da experiência não? Mas você tem um conjunto de experiências em que se basear, qual seja, o conjunto de aulas teórico/práticas ministradas até o momento.

 

Uma vez que a especificação esteja clara, detenha-se sobre as grandes linhas do pedido. Verifique cuidadosamente sobre qual parte da matéria são exigidos conhecimentos para resolver o problema proposto. Lembre-se, como o objetivo do projeto é didático, é provável que mais de uma área da discilina esteja sendo coberta pelo projeto. Não despreze seus conhecimentos de disciplinas anteriores também: só porque aconteceram em outros semestres não devem ser esquecidas ou abandonadas.

 

Procedendo por analogias, verifique no conjunto de preceitos teóricos e de circuitos de laboratório que você possui se existe algum que pode ser útil na resolução da parte teórica do projeto. Provavelmente existirá alguma coisa sobre o que se basear para iniciar um primeiro germe de solução. É o momento de se fazer uma série de perguntas:

 

· existe um circuito que resolve o pedido?

· existe um circuito parecido que possa ser adaptado?

· a adaptação parece ser factível ou esta solução pode consumir muita energia?

· existe mais de uma solução possível para o problema?

· quais os critérios a serem utilizados no caso de mais de uma solução?

 

Lembre-se que fazer um projeto não significa atirar um monte de componentes ao alto até que eles caiam no lugar certo. Quando você tiver muita experiência este truque será bastante usado por você, mas enquanto não se sentir seguro, seja humilde e faça uma análise teórica do problema. A partir da análise teórica, busque um circuito que implemente o pedido.

 

4)O protótipo

Uma vez achada a topologia do circuito, você está pronto para implementar um protótipo. Usando um simulador elétrico você pode rapidamente verificar se sua proposta de solução atende aos parâmetros pedidos. Contudo, o uso eficiente do simulador depende de uma série de fatores. Por exemplo, o modelo dos componentes deve estar correto, o tipo de teste a que você submete o circuito deve ser coerente com o que você deseja comprovar e, além disto, existem limitações intrínsecas que não podem ser evitadas. Por exemplo, embora o simulador forneça com precisão a corrente e tensão sobre um resistor em um circuito (e você pode inclusive plotar V*I, ponto a ponto), ele não queima o resistor se a potência sobre ele for superior a um certo valor. Isto porque potência máxima não é um parametro na maioria dos simuladores elétricos existentes. Assim, se você verificar a potência nos componentes através de curvas V*I poderá evitar surpresas a posteriori, mas este é um trabalho que você deve ser cuidadoso o suficiente para fazer. Lembre-se, quem controla os recursos do simulador é você, e não o contrário. O computador e o simulador são ferramentas como o martelo, por exemplo. Utilize-o sabendo suas limitações e você terá resultados satisfatórios.

 

Mesmo que você tenha tido extremo cuidado com a simulação, uma montagem em protoboard será útil, para verificar se nada foi esquecido (potência em componentes, erros de modelagem, espaço necessário a certos componentes como capacitores de grande valor ou indutores). Você pode rapidamente obter uma montagem parcial ou completa do protótipo, e este refletirá uma série de características de seu circuito final se alguns cuidados forem tomados. Por exemplo, mantenha os fios de conexão em um tamanho curto, não deixe fios como antenas, monte seguindo uma ordem lógica. Componentes com terminais muito largos (capacitores grandes, por exemplo, ou resistores de 1/2 Watt) fazem ótimos contatos, mas estragam os terminais do protoboard. Fios muito finos como os de wire-wrap ou de enrolamento de transformador podem não fazer contato elétrico eficiente. Nos dois casos pode-se contornar o problema com um pouco de paciência e solda: basta soldar os terminais a um fio de tamanho correto para conexão ao protoboard.

 

Se a sua primeira aproximação de solução (via simulador ou protótipo) funcionar, isto é, obedecer as medidas esperadas pelos seus cálculos teóricos, ótimo, você está pronto para a montagem em placa. Contudo, e se não funcionou?

 Os problemas podem ser de dois tipos: aqueles provocados por uma montagem deficiente ou aqueles provocados por uma análise teórica equivocada. Sendo assim, seja humilde, e revise seus cálculos e sua montagem.

 Se você está convencido de seus cálculos teóricos, então os problemas devem estar localizados na montagem do protótipo. Bem, você pode ser tentado a sair trocando uma série de componentes. Contudo, antes disto, procure localizar a fonte de erro. Procure analisar partes do circuito que estejam de acordo com o que você esperava. Limitando o problema é mais fácil resolvê-lo. Em grandes projetos com múltiplos sub-circuitos, procure isolar cada um, de modo a poder testá-los individualmente sem a influência dos demais.

Os problemas referidos acima no protótipo podem ser de dois tipos: má montagem ou erro de projeto. Quanto à má montagem, sua solução é relativamente simples. Procure verificar as coisas óbvias primeiro, como por exemplo, a conexão de alimentação. Se esta estiver OK, procure aplicar suas velhas e conhecidas leis de Kirchoff. Meça a tensão em torno de uma malha. Procedendo metodicamente você rapidamente achará resistores mal conectados ou em curto, que podem ser a causa de seu problema. Verificar Vbe e Vce de transistores para verificar seu estado de condução é também uma boa estratégia.

Se o circuito está corretamente conectado mas ainda assim não funciona, este é um bom momento para revisão de seus cálculos teóricos. Por exemplo, verifique se não deixou de lado algum efeito de segunda ordem no cálculo teórico que pode ser significativo. Exemplos típicos são tolerância de resistores, impedânciade entrada dos instrumentos de teste muito baixa, hoede transistores , resistência da fonte de sinal muita alta e outros.

Este é um ponto importantíssimo do projeto. Na eletrônica, como na vida em geral, é nos erros que mais se aprende, ou pelo menos, muitas vezes acertar significa eliminar as fontes de erro conhecidas. Não ceda a tentação de explicar um mau funcionamneto como "isto é ruído", ou "deve ser por causa dos resistores". Se o circuito prático não responde aos resultados teóricos esperados, ligue o desconfiômetro ! Uma vez alerta, procure identificar a causa do problema. Se sua análise estiver correta (o desconfiômetro deve ter largo espectro), tente verificar os problemas clássicos acima descritos na montagem do protótipo. Atenção, mexa apenas em uma característica do circuito por vez! Isto permitirá que você isole a causa de mau funcionamneto mais rapidamente, buscando uma relacão causa-efeito diretamente com seus experimentos.

É possivel que o problema não recaia aparentemente em nenhum dos casos acima. Por exemplo, apesar de tudo estar montado corretamente e de se obter algum sinal como resposta, o protótipo não atende as especificações pedidas. Isto significa que você deverá fazer uma revisão teórica e prática de seu projeto. Esta situação é muito comum na vida prática de engenheiros. Lembre-se que, se a solução fosse fácil e determinística, bastaria colocar um computador a resolvê-la. Por sorte, problemas tecnológicos possuem mais de uma solução, o que ainda garante uma série de empregos.

Este é o ponto de refinamento de projeto. Procure uma pequena modificação teórica que o leve a atingir os requisitos pedidos. É possível que mais de uma solução se apresente novamente. Para melhor aproveitamento, procure modificar apenas uma parte do circuito por vez. Novamente, isto provoca uma relação de causa-efeito, ou seja, você estará fazendo mudanças e avaliando as respostas que elas provocam. Estes experimentos farão parte de sua bagagem de experiências, além de auxiliarem a obter um método de projeto. Investir 1 minuto escrevendo no caderno o resultado de uma nova simulação ou modificação no projeto pode parecer perda de tempo, mas é um investimento que se paga a curto prazo. Mesmo que o resultado de uma certa modificação tenha sido inútil, ao escrevê-la você estará registrando os caminhos que já trilhou. Na prática, você estará montando um registro de soluções inviáveis, e poderá descartá-las caso elas lhe ocorram algum tempo depois.

5)A montagem final

Uma vez que o protótipo obedeça as especificações você está pronto para a montagem final em uma placa. Para a montagem da mesma siga o manual de montagem de placas (Tiaraju e Luigi). Contudo, lembre-se de alguns pontos importantes. O cobre que você utiliza como conexão não tem resistência zero. Por exemplo, uma conexão de 10cm com Xmm de largura possui uma resistência de Y Ohms. Se você estiver montando uma fonte de alimentação cuja corrente de saída é de 500mA, a queda de tensão entre as extremidades do fio será de Z Volts. Logo, cuidado com a massa.

O teste de seu projeto é fundamental, seja do ponto de vista da depuração, seja do ponto de vista da validação do mesmo contra as especificações. Portanto, uma montagem que facilite os testes é muito importante. Reserve espaço para pinos de entrada, saída e pontos intermediários do circuito. Pelo menos nesta fase inicial de sua vida profissional, sacrifique um pouco a miniaturização, em prol de uma maior facilidade de acesso a componentes. Não exagere, lembre-se do exemplo do fio de 10cm!

Se o projeto possuir mais de um circuito (estágio), procure isolar os blocos através de jumpers. Isto permitirá um teste isolado de cada subsistema de seu projeto, facilitando a detecção de erros de montagem. Os erros de projeto deveriam ter sido eliminados em sua grande maioria na fase de protótipo. Além disto, montar um estágio por vez e testá-lo pode parecer um processo mais lento, mas no geral é mais seguro.

As vezes sua placa pode ter sido feita com conexões errôneas. Assim, antes de montar os componentes, procure testar a conectividade da placa com o multiteste. É um trabalho de 5 minutos que pode lhe poupar algumas horas de stressmais tarde.

6)O teste

Basicamente, você deve testar seu projeto antes de entregá-lo, tendo em vista as especificações. Muitos dos testes que você realizou com o protótipo já devem ter validado a solução proposta. Sua missão agora é certificar-se que durante a apresentação não acontecerá o "efeito demonstração". Trata-se de fenômeno comum na engenharia, que aparece quando tudo funcionava antes da apresentação, e deixa de funcionar no momento em que o chefe, cliente ou professor deseja uma demonstração. Para evitar este efeito nada abonador sobre a sua capacidade de trabalho, teste intensivamente seu projeto antes de exibi-lo. Soldas frias tendem a aparecer somente quando todos os teste são realizados com cuidado.

Para testar seu circuito serão necessários vários intrumentos. Certifique-se que você os conhece suficientemente bem antes de concluir erroneamente. Por exemplo, o fato da impedância de entrada de multitestes ser finita deve ser levado em conta quando você está medindo tensões sobre resistores muito elevados ou sobre topologias que aumentem a impedância de um certo circuito, como o uso da realimentação.

7)O relatório

Geralmente é pedido pelo professor um relatório de seu projeto. O objetivo é verificar seu grau de aprendizado com o projeto. Lembre-se portanto de colocar no relatório o conjunto de ensaios e dados pedido pelo professor, visto que faz parte das especificações. Eventualmente, se achar necessário, relacione os passos que o levaram a tomar algumas decisões importantes. Está mais clara agora a utilidade de anotar durante as experiências os resultados intermediários, conforme sugerido?

8)Sugestões de ordem geral

Lembre-se que um engenheiro criativo é mais valorizado. Contudo, não confunda criatividade com a capacidade de conseguir ser inovador e descobrir algo que ninguém antes havia visto. A criatividade em termos de engenharia também significa sua capacidade de adaptação a novos problemas. Assim, descobrir mais de um caminho para uma solução é tão criativo quanto tentar descobrir a pedra filosofal, mas muito mais rápido de ser atingido. Buscado mais de um caminho você terá um parâmetro da qualidade da sua solução. Você poderá portanto avaliar qual a melhor solução que estava ao seu alcance, e não apenas a solução possível. A diferença entre um bom e um ótimo engenheiro geralmente encontra-se na capacidade de oferecer o algo mais, e este só se consegue sabendo o que colocar a mais analisando mais de uma solução.

Infelizmente, a investigação de caminhos diferentes exige uma variável ainda não comentada, mas fundamental: o tempo. Dado tempo suficiente quase tudo pode ser feito. Contudo, tempo suficiente é um conceito que não existe, já que no mercado de trabalho sempre se está tentando chegar antes do concorrente com produtos melhores. Na faculdade você geralmente faz mais de uma disciplina ao mesmo tempo. Os professores estão cientes deste fato, e a melhor maneira de fazer o seu tempo render é ser organizado. Evite desperdícios, e lembre-se que está correndo uma maratona. Quando se tratam de projetos, piques de 100m são inúteis. Assim, trabalhando um pouco por vez mas continuadamente você atingirá resultados melhores.

9)O que o curso lhe oferece

Apesar de limitada, a Engenharia Elétrica possui salas para suporte aos projetos dos alunos. Na sala 200 você pode conduzir experimentos, com material retirado da 202. A sala 110 possui alguns computadores que você pode utilizar para simulações de seus protótipos e impressão de relatórios. As chaves de todas estas salas (a não ser a 202) encontram-se na portaria, e você pode retirá-las com sua carteira de estudante.

 Para fomentar suas idéias, uma visita à biblioteca será sempre proveitosa. Se não for indicado nenhum livro em especial, não se envergonhe por divagar um pouco pelas estantes. Certamente haverá algum livro que contenha o assunto em questão, possivelmente com uma abordagem diferente do que exposto em aula. A diversidade de visões é proveitosa, procure se familiarizar com a idéia que existe mais de uma versão ou método para resolução do mesmo problema.

 Lembre-se que os professores da discipliina tem o máximo interesse em lhe a judar. Procure-os em caso de dificuldades teórico-práticas, sem constrangimento.

 10)A mão na massa

É hora de colocar a mão na massa. Lembre-se que você está sendo treinado para pensar, o valor agregado de sua profissão está na sua massa cinzenta. Assim, não se acanhe em errar e tentar, até que tudo funcione. Lembre-se que sempre que você errar, algum proveito deve ser obtido! E sobretudo, experiência é pessoal e intransferível. Só fazendo você saberá como se faz.