U=RIsolve: a web-based tool for teaching & self-learning the Nodal Voltage Method - Sousa, Lino Manuel Cerqueira (2022)
A iniciação análise de circuitos elétricos durante o primeiro ano de Engenharia Eletrotécnica pode revelar-se uma tarefa desafiante. Desde a correta identificação dos Ramos, Nós e Malhas, à identificação das Leis de Kirchhoff e ainda a aplicação de teoremas de simplificação de circuitos, envolvem alguma complexidade. Num curto espaço de tempo, os alunos familiarizam-se com os simuladores de circuitos elétricos, sendo que estes lhes oferecem inicialmente uma validação para exercícios teóricos e análises experimentais, e mais tarde revelam-se fundamentais para o projeto e aperfeiçoamento de circuitos elétricos. No entanto, os simuladores tradicionais não demonstram como chegar aos resultados nem sequer as leis que os fundamentam. Assim, a presente dissertação aborda o design e implementação de uma framework de análise de circuitos elétricos – U=RIsolve – que fornece uma solução mais pedagógica para o Método das Tensões nos Nós (MTN). Este método permite obter a tensão em todos os Nós do Circuito em relação a um Nó de referência, e consequentemente a corrente em todos os Ramos. A ferramenta U=RIsolve é uma aplicação web que utiliza um modelo descritivo de um determinado circuito (netlist), gerado pelo simulador QUCS, de forma a analisar e gerar uma solução por etapas, que descreve pormenorizadamente a aplicação do MTN. Para além da aplicação, este trabalho apresenta um algoritmo robusto e abrangente, baseado no paradigma dos Supernós, capaz de resolver circuitos de qualquer complexidade, ao contrário do MTN tradicional. O algoritmo proposto fornece ainda uma lógica de execução que facilita a sua implementação em sistemas computacionais e permite obter uma solução passo a passo, completa e intuitiva.