Mecatrônica Atual

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Mecatrônica Atual
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Redação
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Mecatrônica Atual é uma publicação da
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Mecânica 2012 e o mercado
A Feira Internacional da Mecânica 2012, no Anhembi,
foi um enorme sucesso. Muitas empresas que visitamos
comentaram que devido ao comportamento do mercado,
quase não foram montar seus estandes nesta feira, até
porque o resultado de dois anos atrás, apesar das boas
notícias da época, não tinha sido lá essas coisas.
O fato é que surpreendeu a todos e revigorou os
negócios daqueles que se dispuseram a expor nela.
Muitos setores desta área continuam andando de lado
na economia, mas aqueles que investiram em marketing
com feiras e publicidade conseguiram puxar as poucas
vendas no mercado para as suas companhias, enquanto
Hélio Fittipaldi
que outras continuaram chorando sem fazer nada.
Claro que o mundo todo não está uma maravilha e nós que passamos anos e anos de
agruras, criados pelos políticos e sem uma ação saneadora por parte deles, agora temos que
pagar a conta. Não é com desoneração fiscal aqui e ali que resolveremos, pelo contrário,
assim criaremos mais problemas para todos os setores inclusive para os contemplados. A
solução ainda é a reforma tributária, a trabalhista, a previdenciária e uma série infinita
de providências que não foram tomadas há anos pelos diversos governos que deveriam
consolidar o Plano Real.
Se isto não for feito urgentemente, perderemos feio o pouco que conseguimos, pois o
capital não tem pátria e muda fácil de lugar. Como exemplo, vimos nos jornais recentemente que a Fiat irá fechar mais uma fábrica na Itália devido aos altos custos e à pressão
dos sindicatos em exigir aumentos de salários. Outras montadoras na Europa estão com
o mesmo plano da Fiat. Nenhuma empresa quer passar pela perda de seu patrimônio e,
consequentemente, fechar.
A grita continua em nosso Brasil e será bom ver a “Palavra do Presidente” no site da
ABIMAQ (www.abimaq.org.br), onde mais uma vez Luiz Aubert Neto em sua edição nº
156/junho/2012 expõe: “Pessimistas de Plantão, ou em Defesa de Interesses Próprios?”
Mudando um pouco de assunto, a revista Mecatrônica Atual n° 55 registrou o record
de 159.787 downloads de sua “Digital Freemium Edition” em apenas dois meses - além
dos 4.000 exemplares à venda em papel.
Hélio Fittipaldi
Submissões de Artigos
Artigos de nossos leitores, parceiros e especialistas do setor, serão bem-vindos em nossa revista. Vamos analisar
cada apresentação e determinar a sua aptidão para a publicação na Revista Mecatrônica Atual. Iremos trabalhar
com afinco em cada etapa do processo de submissão para assegurar um fluxo de trabalho flexível e a melhor
apresentação dos artigos aceitos em versão impressa e online.
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Os artigos assinados são de exclusiva responsabilidade de seus autores. É vedada a reprodução total ou parcial
dos textos e ilustrações desta Revista, bem como a industrialização e/ou comercialização dos aparelhos ou idéias
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legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampouco
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ou desenho, será publicada errata na primeira oportunidade. Preços e dados publicados em anúncios são por
nós aceitos de boa fé, como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade por
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3
índice
18
12
12
18
42
24
32
42
47
Editorial
Notícias:
Aplicação do Software
Proficy iFix nos 48 terminais
da TRANSPETRO
Softstarter – A diferença entre
essa tecnologia e os demais
sistemas de partida de motores
Automatismos
Eletromecânicos – Parte 2
Medição de Pressão –
Características, Tecnologias
e Tendências
Aplicação de Cilindros
Pneumáticos em
Controle Modulante
Engenharia de Manutenção –
Técnica da Inspeção Visual
03
06
Pesquisa da Ford sobre o uso de mensagens de texto
ao volante e a nova tecnologia SYNC ........................................... 06
Novo leitor de identificação Cognex DataMan 302 ............ 07
Interruptor de Nível LBFS ....................................................... 08
Technip recebe contrato da Petrobras .................................. 08
Sistema de secagem de latas e garrafas,
da Spraying Systems Co. ........................................................... 09
Índice de Anunciantes:
Altus .................................... 05
Jomafer .............................. 23
Metaltex ............................ 27
Nova Saber ......................... 31
4
Nova Saber ......................... 45
NORD ......................... Capa 02
Rio Mech 2012 .......... Capa 03
Festo ............................ Capa 04
Medidor de fluxo com sensor híbrido de
filme espesso, da TeleControlli ..........................................
09
Festo abre incrições para cursos em Julho ............................ 10
Schrader lança a primeira câmara de ar verde e amarela ........ 11
Novo medidor de vibração, Fluke 805 .................................... 11
//notícias
Ford realiza pesquisa
na Europa sobre o
uso de mensagens
de texto ao volante
A Ford anunciou o resultado de
um estudo inédito realizado com consumidores de diversos países da Europa para pesquisar o uso do celular
na leitura e transmissão de mensagens
de texto ao volante. O objetivo foi
avaliar a extensão desse hábito, que é
comum em todo o mundo e contribui
para o aumento de acidentes, visando
avançar nas soluções oferecidas pelo
sistema Ford SYNC de conectividade
com o celular no automóvel.
A pesquisa mostrou que, em méPainel de veículo Ford com a tecnologia SYNC embarcada.
dia, 48% dos motoristas entrevistados
na Alemanha, Espanha, França, Grã-Bretanha, Itália e Rússia admitiram
checar seus textos ao volante. Na Itália, esse índice foi de 61%,
do celular em áudio e as lê em viva voz. É possível também
comparado com 55% na Rússia, 49% na França e Alemanha, 40%
responder usando 20 mensagens pré-definidas;
na Espanha e 33% na Grã-Bretanha. No total, 5.500 motoristas
•Inteligência multi-idiomas: o SYNC é pré-configurado
foram entrevistados.
para operar em inglês, francês e espanhol;
O levantamento promovido pela Ford faz parte da preparação
•Chamadas ativadas por voz: basta apertar o botão
para o lançamento do seu sistema SYNC, que pode transformar
“Talk” instalado no volante e dizer o nome da pessoa com
mensagens de texto em voz e também permite ao motorista
quem quer falar. O SYNC liga automaticamente para o nome
enviar uma resposta selecionada dentro de uma lista de opções.
listado nos contatos do celular;
•Funções avançadas de chamada: o SYNC inclui as
Hábito perigoso
mesmas funções disponíveis nos celulares, como identificaMesmo sendo um hábito comum, quase a totalidade dos
ção de chamadas, chamada em espera, conferência, lista de
motoristas – 95% – concorda que ler textos no trânsito é pecontatos e ícones de carga da bateria e força do sinal, que
rigoso e afeta a sua segurança ao dirigir. Pelo menos a metade
são exibidas na tela do rádio;
acredita que a sua capacidade de resposta é 50% mais lenta ao
•Chamada de emergência: quando pareado com o celer mensagens no celular.
lular, devidamente ligado e conectado ao SYNC - o que é
“Os smartphones se tornaram rapidamente uma parte esprojetado para ocorrer sempre que o motorista entra no
sencial na rotina de muitas pessoas”, diz Christof Kellerwessel,
carro com seu celular – o sistema é preparado para ligar
engenheiro-chefe de Engenharia de Sistemas Elétricos e Eleao serviço local de emergência (número 911 nos Estados
trônicos da Ford. “Mas, como as mensagens de texto podem
Unidos), se o air bag for ativado em um acidente;
distrair os motoristas, é óbvio o benefício de um sistema capaz
•Check-up do veículo: o SYNC tem a capacidade de
de transformar em voz as mensagens de texto dos smartphones.”
reunir informações importantes dos principais módulos
de controle do veículo e enviá-las para a Ford por meio
Tecnologia SYNC - Sistema completo
do celular do cliente. A informação é analisada automaDesenvolvido junto com a Microsoft, o Ford SYNC é uma
ticamente pela empresa, que gera um relatório e o envia
plataforma de software avançada que permite aos consumidores
por meio de mensagem de texto ou e-mail, conforme a
a conveniência e a flexibilidade de conectar seus aparelhos digitais
preferência do cliente;
e celulares Bluetooth ao veículo e operá-los usando comando
•Música ativada por voz: a tecnologia avançada de recode voz, ou controles instalados no volante. Ele conta com as
nhecimento de voz do SYNC permite que se opere o celular,
seguintes funções:
ou o tocador de música digital, por simples comandos de
•Mensagens sonoras de texto: quando pareado com um
voz. É possível navegar nos arquivos de música do CD-player,
celular Bluetooth, o SYNC converte mensagens de texto
do dispositivo USB ou do celular, selecionados por gênero,
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Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
//notícias
Rastreabilidade Completa
para a Indústria Solar com
o Cognex DataMan 302
DataMan 302, da Cognex
álbum, artista ou música, usando comandos de voz como
“rock”, “play” ou “play track”;
•Suporte a “ring tones”: o SYNC toca “ring tones”
personalizados nos celulares que dispõem dessa função. Se
o usuário configurou ring tones específicos para identificar
seus contatos, o SYNC vai tocá-los também;
•Transferência automática de agenda: o SYNC transfere automaticamente, por conexão sem fio, todos os nomes
e números inseridos na agenda do celular;
•Conexão sem interrupção: não é necessário desligar no
uma chamada ao entrar no veículo. Basta apertar o botão
“Telephone Button” no volante e o SYNC se conecta automaticamente ao celular Bluetooth para continuar uma conversa;
•Navegação: a mais nova aplicação do SYNC é o sistema
de informação e orientação de tráfego, integrado à tecnologia GPS e celular Bluetooth. Acionado por comando de
voz, sem a necessidade de usar as mãos, ele dá acesso a
boletins personalizados de trânsito, orientação de rotas e
informações comerciais, sobre o tempo, esportes e notícias.
O usuário pode receber alertas de trânsito por mensagem
de texto, incluindo a localização e severidade de acidentes
ou obras na pista, ou navegar no site que informa sobre as
condições de tráfego em todo o país. O sistema de navegação orienta o motorista por instruções de áudio, rua a rua,
sobre a direção a seguir, e informa também a localização
de milhões de pontos, como cinemas e restaurantes. O
motorista pode também personalizar o tipo de notícias que
deseja receber, por comando de voz: informações sobre
determinado esporte ou time, condições do tempo em uma
região específica ou, por exemplo, notícias sobre negócios,
variedades ou tecnologia.
O novo leitor de identificação DataMan®
302, da Cognex, foi projetado especificamente
para aplicações de rastreabilidade solar. Apresenta iluminação azul integrada, controlada
por bancada, para a leitura de códigos de barra
2-D em wafers solares fotovoltáicos (PV). O
leitor de identificação baseado em imagem
de alta resolução (1280x1024 pixels) é ideal
para decodificar lasers desafiadores, marcados
com códigos ECC-200 Data Matrix em wafers
fotovoltáicos compatíveis com o padrão SEMI®
de organização industrial SEMI PV29-0212,
publicado em fevereiro de 2012.
“Os setores de energia renovável adotam
rapidamente novas tecnologias para aumentar
a eficiência de manufatura. Em resposta a essa necessidade, a
Cognex está investindo em novos produtos que ofereçam as
melhores soluções para nossos clientes desse ramo industrial”,
pondera Carl Gerst, vice-presidente e gerente da unidade de
negócios de produtos de identificação. Ele prossegue: “O leitor
DataMan 302 é exatamente o que os fabricantes de painéis
solares precisam para se manterem atualizados com as exigências dinâmicas e a crescente necessidade por rastreabilidade
na indústria solar. O leitor solar DataMan pode ser usado
para ler códigos de marcação direta na peça (DPM) em wafers
fotovoltáicos ou em painéis de vidro de filme fino, tornando
esse leitor o mais versátil de toda a indústria solar.”
A série DataMan 300 de leitores de identificação industrial
baseados em imagem fornece as mais elevadas taxas de leitura e
é capaz de decodificar códigos múltiplos em uma só imagem, até
mesmo quando apresentados em ângulo. O algoritmo patenteado
2DMax+™ consegue lidar com variações na marcação de código,
códigos com cronometragens Data Matrix ou padrões de horário
danificados e códigos degradados durante o processo de fabricação.
Com o objetivo de assegurar rastreabilidade completa, as
marcas devem ser decodificadas em muitos estágios no processo
de manufatura de painéis solares. A série DataMan 300 inclui
opções flexíveis de lentes, permitindo que o mesmo modelo de
leitor seja utilizado em uma ampla gama de aplicações. Essas aplicações incluem: ler códigos em espaços confinados, decodificar
pequenos códigos em campos de visão amplos (FOV) e escanear
códigos em alta velocidade na medida em que são apresentados
ao leitor pelos dispositivos de manuseio robóticos.
O leitor de códigos de barra DataMan 302 está disponível
agora. Para obter mais informações, visite www.cognex.com/
pv-solar-id-reader.aspx.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
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//notícias
LBFS: Detecção confiável de
nível, com tecnologia inovadora
de varrimento de frequência
O interruptor de nível LBFS, da Baumer, constitui uma
alternativa confiável aos interruptores de nível vibratórios, de utilização amplamente disseminada. O sensor
LBFS é igualmente capaz de detectar níveis de materiais
viscosos ou secos, podendo ser colocado em depósitos
ou condutos, em qualquer posição desejada. O sensor
não é influenciado por fluxo, turbulência, bolhas ou espuma, nem por partículas sólidas suspensas. A cabeça do
sensor, compacta e suave, resiste à aderência do agente,
mesmo que este tenha uma consistência pegajosa. Os
tempos de resposta curtos do sensor permitem uma
detecção rápida do nível de enchimento, além de uma
conformidade rigorosa e segura do referido nível.
O interruptor de nível LBFS, da Baumer.
O interruptor de nível detecta igualmente níveis de
agentes contidos em depósitos, recipientes e condutos.
Pode ainda ser utilizado para prevenir o transbordamento,
proteger contra bombeamento em vazio e separar os agentes
com misturas de óleo/água. É adequado para uma vasta gama
Technip recebe contrato da Petrobras
de áreas de aplicação, incluindo águas domésticas, águas residuO contrato abrange a fabricação de 24 quilômetros de linhas
ais, filtros de aquecimento, ventilação e climatização, sistemas
de injeção de gás flexíveis de 6'' para 552 bars (7.850 libras por
hidráulicos, óleo e gás, bioenergia, granulados de madeira,
centímetro quadrado) de pressão, sendo dois risers de topo de
moinhos de grãos, transporte ferroviário e sistemas de bomba.
200 metros, desenvolvidos com a tecnologia Teta Clip-Technip
O sensor está alojado num corpo de aço inoxidável comde pressão voluta; quatro risers intermediários e inferiores, de
pacto, extremamente sólido e resistente à corrosão. A sua
1.400 metros e 18 quilômetros de linhas flexíveis.
instalação e fácil, sendo permitida a utilização de fita selante
As linhas de injeção de gás serão usadas para reinjeção do
Teflon. Uma configuração adequada é facilitada através da utigás produzido no reservatório, de acordo a regulamentação
lização do FlexProgrammer 9701 para PC. Graças aos tempos
brasileira para o meio ambiente.
de resposta curtos, de apenas 0,2 segundos, o interruptor de
Frédéric Delormel, vice-presidente executivo e COO Sublimite funciona de forma confiável mesmo em processos de
sea da Technip, declarou que esta solução inovadora, desenvolenchimento rápido. O dispositivo dispõe de uma ampla gama
vida pelas equipes francesas e brasileiras de P&D, leva a Technip
de temperatura de serviço, entre os -40 e os +115 °C.
ainda mais longe para atender aos requisitos de corrosão e
O LBFS funciona de acordo com o princípio do varrimento
fadiga, que aumentaram no desenvolvimento dos campos de
de frequência, utilizando um sinal de alta frequência emitido
pré-sal. “O sucesso neste primeiro contrato do pré-sal para
pelo sensor que detecta uma alteração de fase no agente conrisers flexíveis de injeção de gás demonstra a posição de lidetrolado. Quando o referido sensor detecta um agente com uma
rança de nossa tecnologia Teta-Clip, que atende às exigências
constante dielétrica fora da gama definida, é disparado um sinal
de alta tensão e justifica os investimentos para a construção
eletrônico. A elevada sensibilidade do sensor, compatível com
da nossa nova planta de flexíveis em Açu, no Brasil, que será
uma vasta gama de valores de medição em termos de constancapaz de fabricar estes tipos de produtos".
tes dielétricas (entre 1,5 e 100), permite uma detecção do nível
Os tubos flexíveis serão produzidos nas fábricas de flexíveis
em todos os tipos de pós, granulados ou líquidos.
da Technip e serão entregues em dois lotes, sendo o primeiro
Mesmo as substâncias mais complexas, como os granuem 2012 e o segundo, no primeiro trimestre de 2013.
lados de poliamida e papel, são passíveis de uma detecção
segura. Esta tecnologia dispõe de importantes vantagens adiEntenda melhor
cionais comparativamente com outros métodos de medição,
Riser é um tubo (ou conjunto de tubos) utilizado para transcomo: sensores de vibração tipo garfo, sensores ultrassônicos
ferir fluidos produzidos e/ou produtos do fundo do mar para
e óticos, não dispõe de peças móveis e é insensível aos efeiinstalações de superfície, e de injeção de transferência (ou fluidos
tos de variação em termos de condutibilidade, temperatura
de controle) das instalações de superfície para o fundo do mar.
e pressão. O sensor é ainda adequado para todo o tipo de
As linhas flexíveis são tubos flexíveis ou rígidos colocados
aplicações que, anteriormente, exigiam vários tipos de dissobre o fundo do mar, que permitem o transporte de petróleo/
positivos.Para mais informações, visite a página de Internet
gás de produção ou de injeção de fluidos. Seu comprimento
www.baumer.com.
pode variar de algumas centenas de metros a vários quilômetros.
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Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
//notícias
Medidor de Fluxo com Sensor Híbrido
de Filme Espesso, da TeleControlli
Sistema de Secagem de
Latas e Garrafas gera
Economia de Energia às
Indústrias de Bebidas
Spraying Systems Co. reduz em até 30%
o consumo de energia elétrica, utilizando
menor quantidade de ar comprimido
A Spraying Systems Co., empresa no segmento
de soluções para pulverização industrial, disponibiliza às indústrias de bebidas brasileiras a solução
Pacote de Facas de Ar WindJet® - sistema de secagem de latas e garrafas.
A solução é capaz de reduzir em até 30% o
consumo de energia durante o processo industrial
de secagem. Isso porque o sistema necessita de menor
quantidade de ar comprimido para operar. “Este é o
principal benefício da solução. Em uma indústria de
bebidas são secadas, por minuto, mais de mil latas, e o
WindJet® contribui para manter a produtividade alta”,
ressalta o engenheiro de aplicações da Spraying Systems
Co., Eduardo Paris.
Com um processo de secagem estruturado, as indústrias de bebidas atendem às normas impostas pelo
Decreto 6871/09, do Governo Federal, regulamentando a padronização, classificação, registro, inspeção,
produção e a fiscalização de bebidas. Por meio do
WindJet ®, as indústrias de bebidas preparam toda a
embalagem para receber os rótulos de forma adequada, com marcações legíveis. O sistema completo inclui
facas de ar, sopradores, válvulas, filtros e adaptadores
de montagem, além de acessórios como cotovelos,
acoplamentos, grampos etc.
Outra vantagem da solução é que há uma melhor
higienização das latas, evitando o acúmulo de sujeira e
poeira, atendendo, também, às exigências da Vigilância
Sanitária. Além disso, também é possível destacar uma
economia significativa no custo da produção, pois há a
substituição do ponto de ar comprimido pelas facas de ar.
“O novo sistema apresenta baixo índice de manutenção e a instalação é feita em menos de dois dias. A
Spraying Systems Co. tem o suporte técnico local e isso
é um benefício para o cliente. Uma vez que todas as
dúvidas, treinamentos e manutenções são realizados a
partir de uma equipe fixada aqui no
Pacote de Facas
Brasil, diminuindo os investimentos
de Ar WindJet® no pós-venda”, revela Paris.
sistema de secagem
Para mais informações acesse
de latas e garrafas.
www.spray.com.br.
A TeleControlli, desenvolvedora de tecnologia de filme espesso, fabricou recentemente sensores de fluxo de ar, híbridos, que
utilizam o princípio calorimétrico.
Os principais componentes do circuito híbrido são o resistor
térmico (R heater) e o termistor NTC feito de filme espesso.
O aquecedor térmico é ligado eletricamente (deve subir para
um valor de temperatura mais alto que a média circundante);
então, ao atingir esse valor, ele se desliga e o sensor é resfriado
“fisicamente” pelo fluxo de ar, que pode ser medido pelo circuito de controle eletrônico.
A alteração da resistência elétrica (durante o resfriamento)
fornece os dados para determinar a presença ou ausência do
fluxo de ar, e a sua velocidade também.
Repare que o substrato de cerâmica (Alumina) serve como
um condutor de calor melhor que o ar: o resistor submetido à temperatura (o NTC) é aquecido indiretamente por um
aquecedor separado R (o qual é impresso na Alumina como o
NTC) através do substrato cerâmico, evitando dessa forma a
pior condução de calor do ar envolvente.
Graças à tecnologia híbrida, este tipo de dispositivos (embora
eles sejam fáceis de fazer), ganha uma alta relação custo- eficiência e confiabilidade, se comparado com outras soluções tecnológicas disponíveis atualmente.
Além disso, ele tem a vantagem do princípio de funcionamento calorimétrico e trabalha sem qualquer componente móvel.
Você poderá, inclusive, integrar outras funções de circuitos (por
exemplo, o circuito de controle de sinal) no mesmo substrato.
Os técnicos da TeleControlli estão à sua disposição para
encontrar as melhores soluções que se adaptem às suas reais
necessidades.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
9
//notícias
Festo abre inscrições para
cursos em Julho
A multinacional alemã Festo, líder no mercado de automação
industrial, por meio do seu braço educacional – Didactic, presente
no Brasil desde 1974 – oferece cursos no mês de julho para os
profissionais da indústria que desejem aumentar sua produtividade
por meio de conhecimento e tecnologia. Atualmente são oferecidas 32 opções diferentes ministradas em diversas localidades,
com datas e conteúdos personalizados para cada necessidade.
As aulas possuem aproximadamente 50% de conteúdo prático, o
que permite aos participantes operar hands on em equipamentos
de última geração. Todos os cursos começam e terminam dentro
da mesma semana, facilitando a locomoção e estadia, sem deixar
o participante afastado por longos períodos do seu local de trabalho. Além disso, a Festo também oferece a opção de realizar
os treinamentos in company.
Todos os alunos recebem certificado de participação, que possui
reconhecimento internacional.
Mais informações podem ser obtidas pelo telefone (11) 5013-1616,
e-mail: [email protected] ou pelos sites da Festo www.
festo.com.br e Didactic www.festo-didactic.com\br-pt.
Confira mais informações sobre os cursos abaixo:
PN331 – Automação de Sistemas de Tratamento de
Água e Esgoto
Novo na programação, o curso oferece ao participante um overview sobre automação de processos em planta de tratamento
de água e esgoto, contribuindo para o aumento de confiabilidade
– uma exigência das autoridades e agências reguladoras para este
setor, uma vez que nesta área de tratamento de água e esgoto,
erros operacionais podem causar sérias consequências ao meio
ambiente.
Duração: 20 horas – Datas: 2 a 4 (Diurno) e 23 a 25 (Diurno)
Investimento: R$ 800/participante (cursos no Estado de São
Paulo) e R$ 835/participante (cursos nos demais Estados).
10
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
LP131 – SMED Otimização dos Tempos de Set-up
Na programação do curso são abordados os sistemas produtivos e controles de produção, relação entre lote de produção e
tempos de set-up e o Método SMED (Single Minute Exchange
of Die), além de outros temas como o Método OTED (One-Touch Exchange of Die), soluções construtivas para set-ups
rápidos e influências da otimização de set-up na produção e
controle de estoques.
Duração: 2 dias/ 16 horas – Data: 5 e 6, das 8h30 às 17h30
Investimento: R$420/participante (cursos no Estado de São
Paulo) e R$440/participante (cursos nos demais Estados).
LP141 – Manutenção Produtiva Total (TPM) e Estratégias de Manutenção
Fornece aos técnicos de manutenção e operação das empresas uma visão geral sobre as estratégias de manutenção mais
utilizadas e compara as técnicas de manutenção baseadas
em diferentes necessidades fornecendo, portanto, a base
para tomada de decisões nas etapas de manutenção, visando
maximizar a disponibilidade das máquinas na empresa. Novidade no cronograma da Festo, o curso oferece exercícios e
exemplos práticos.
Duração: 2 dias/ 16 horas – Data: 26 e 27, das 8h30 às 17h30.
Investimento: R$ 450/participante (cursos no Estado de São
Paulo) e R$ 470/participante (cursos nos demais Estados).
Train the Trainer – Formação de Multiplicadores
Excelentes
Este curso aborda as competências, o papel e a postura necessária de um multiplicador, metodologias de treinamento
e desenvolvimento de conteúdo e qualificações eficientes.
Outros temas como bases de comunicação, apresentação de
um curso, linguagem corporal e dinâmicas de grupo também
fazem parte da programação.
Duração: 2 dias/ 16 horas – Data: 12 e 13, das 8h30 às 17h30
Investimento: R$ 640/participante (cursos no Estado de São
Paulo) e R$ 670/participante (cursos nos demais Estados).
//notícias
Schrader lança a primeira
câmara de ar verde e amarela
A qualidade do produto é conferida pela borracha,
que passa por severos testes de qualidade e garante elasticidade, resistência e alta durabilidade,
além das originais Válvulas Schrader. São 17 modelos para aplicações em motocicletas, carros de
passeio, caminhões, ônibus, máquinas agrícolas e
industriais leves.
A Schrader International, fornecedora de soluções de
sensores, válvulas para pneus e componentes para sistema
de ar condicionado para as principais empresas dos mercados automotivo e industrial, lança sua primeira linha de
câmaras de ar no Brasil. A empresa, que já possui uma linha
de produtos para borracharia e itens de reparos de pneus,
composta por ferramentas, núcleo de válvulas, contrapeso,
lubrificantes, macacos hidráulicos, remendos e manchões,
completa a série com uma linha de 17 câmaras de ar direcionadas ao nicho Premium.
A Schrader do Brasil decidiu lançar sua linha de câmaras
de ar para o setor de reposição. Trata-se de um produto
nacional com a válvula, borracha e embalagem feitas totalmente com mão-de-obra e matéria-prima verde e amarela.
As novas câmaras seguem o padrão de qualidade Schrader,
uma empresa há mais de 165 anos no mercado.
A borracha passa por severos testes de qualidade e
garante elasticidade, resistência e alta durabilidade, sem o
risco de deformação e expansão. As válvulas das câmaras,
por sua vez, são fabricadas seguindo as normas internacionais de item de segurança e com as matérias-primas de alto
padrão, como o latão e butyl puros, que garantem o perfeito
funcionamento do equipamento em todas as situações.
Inicialmente, serão 17 modelos para aplicações em motocicletas, carros de passeio, caminhões, ônibus, máquinas
agrícolas e empilhadeiras. A expectativa da empresa é que a
linha seja ampliada no futuro, atendendo todos os segmentos
de pneus. As câmaras de ar serão distribuídas para a rede
de clientes Schrader espalhada por todo o Brasil e serão
exportadas também para a América Latina. A empresa conta
hoje com 1.138 clientes ativos no mercado interno, entre
distribuidores, lojas e centros automotivos.
Para informações adicionais visite o site www.schraderinternational.com.
Câmara de ar com válvula Schrader.
Medidor de vibração Fluke 805.
Novo Medidor de Vibração, Fluke 805
Melhor repetibilidade e precisão para
verificar o funcionamento de motores e
de outros equipamentos giratórios
A Fluke Corporation apresenta o Medidor de Vibração
Fluke® 805, uma ferramenta portátil de medição de vibração
multifuncional que proporciona informações mensuráveis sobre
o rolamento e funcionamento geral de motores e de outros
equipamentos giratórios. O Fluke 805 mede:
•Vibração geral – Ele mede vibração de 10 a 1000 Hz
e fornece avaliação de gravidade de quatro níveis para
vibração em geral e condição de rolamento;
•Condição do rolamento (CF+, ou fator de crista
mais) – O medidor detecta picos de 4000 Hz a 20000
Hz nas leituras do sinal de vibração do rolamento e utiliza
algoritmo patenteado para interpretar a gravidade e determinar se o rolamento está em más condições;
•Temperatura de Superfície – Um sensor infravermelho
mede automaticamente a temperatura de contato e a exibe
juntamente com a leitura de vibração para entender melhor
o funcionamento da máquina.
O Medidor de Vibração, tem um design exclusivo da ponta
do sensor que reduz as variações de medição causadas pelo
ângulo do instrumento ou pela pressão de contato. O medidor
também fornece o nível de gravidade tanto para a vibração geral
quanto para as condições de leitura do rolamento, portanto,
proporciona mais informações que as canetas de vibração. Os
dados registrados podem ser facilmente transferidos para o
Excel visando criar relatórios de tendências.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
11
case
Aplicação do
Software Proficy iFix
como padrão de software supervisório
nos 48 Terminais da TRANSPETRO
existentes em todas as regiões do Brasil
Apresentamos neste artigo a implantação do software Proficy
iFix para supervisão e controle na atividade de transferência
e estocagem de petróleo e seus derivados
Vitor Cássio Duarte Porto
Enzo Bertazini
TRANSPETRO
saiba mais
Testes Definidos por Software
Saber Eletrônica 436
Software para testes de próteses de
válvulas cardíacas
Saber Eletrônica 433
Softwares de Supervisão
www.mecatronicaatual.com.
br/secoes/leitura/786
AutoCad aplicado à Mecatrônica –
Parte 1
Mecatrônica Fácil 01
CLP – Evolução e Tendências
www.mecatronicaatual.com.
br/secoes/leitura/735
12
Maior armadora da América Latina e
principal empresa de logística e transporte
de combustíveis do Brasil, a Petrobras Transporte S.A – Transpetro atende às atividades
de transporte e armazenamento de petróleo
e derivados, álcool, biocombustíveis e gás
natural.
A Transpetro é responsável por uma
rede de estradas invisíveis formada por mais
de 14 mil km de dutos – entre oleodutos e
gasodutos – que interligam todas as regiões
brasileiras e abastecem os mais remotos pontos
do país. À malha de dutos se aliam terminais
e uma frota de navios petroleiros, unindo
as áreas de produção, refino e distribuição
da Petrobras e atuando na importação e
exportação de petróleo e derivados, de
biocombustíveis e de gás natural.
Breve histórico
Em 2001 a equipe da Automação da
Transpetro iniciou a implantação do supervisório Proficy iFix, software adquirido
da Empresa GE Intelligent Platforms, nos
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Terminais, visando uma atualização tecnológica e melhora na segurança operacional
nas operações de transferência e estocagem
nos Terminais da Transpetro.
Arquitetura
O sistema de supervisão e controle é
constituído por dois servidores SCADAS
(Supervisory Control And Data Acquisition)
que estão ligados aos CLPs (Controle Lógico
Programável), que aquisitam os dados de
instrumentos e equipamentos de campo
e no mínimo mais duas estações clientes.
Através deste sistema é possível a execução de comandos, tais como abertura
de válvulas e acionamento de bombas que
são responsáveis pelo bombeamento do
petróleo para as refinarias e os derivados
do petróleo (gasolina, nafta, GLP, diesel,
óleo combustível, etc) para as Companhias
(Shell, Ipiranga, Texaco, BR, etc).
Os servidores SCADA trabalham em
“Hot-Standby” (quando da parada do servidor
principal, o backup assume automaticamente
a função “Hot”).
case
Protocolos de Comunicação
Tanto a Rede de Supervisão que engloba
todas as estações do Proficy iFix como a Rede
de Controle que engloba a comunicação com
todos os CLPs, utilizam o padrão Ethernet
e protocolo TCP/IP, sendo que nos dois
SCADAS é usada uma segunda placa de
rede com outra faixa de endereço IP para a
comunicação com os CLPs.
Na Rede de Supervisão é utilizada a
mesma infraestrutura da Rede Corporativa
PETROBRAS, mas separada através de
VLAN (Rede Local Virtual) e em alguns
Terminais a segmentação já é através de
FireWall, que está em fase de implementação
em todos os Terminais da TRANSPETRO
(figura 1).
Comunicação de
dados entre CLPs e o
Supervisório Proficy iFix
F1. Protocolos de Comunicação Ethernet e TCP/IP.
Para a comunicação entre os dados que
são aquisitados dos CLPs através do Supervisório iFix utilizamos drivers no padrão
OPC (OLE for Process Control).
Estruturação das Telas
São duas telas fixas a Barra Título,
localizada na parte superior do monitor,
onde mostra o nome da estação, o nome
da tela central que está aberta, a data e
hora atual e o nome e o grupo do usuário
que está logado. Ao clicar no botão com o
desenho de uma chave será aberta uma tela
“pop-up” de login para a troca do usuário,
ou para efetuar o logout.
A segunda tela fixa à Barra Menu fica
localizada na parte inferior do monitor e
contempla o sumário com os últimos cinco
alarmes atuados, com 6 colunas (Ack =
alarmes reconhecidos e não reconhecidos;
Time = hora que atuou o alarme; Tagname
= nome do tag; Status = tipo de alarme;
Value = valor corrente do tag; Description
= descrição do alarme) sendo ordenados por
prioridade e ordem cronológica decrescente,
há também botões para abertura de algumas
telas e um display no canto inferior direito
onde mostra qual o servidor que está “Hot”.
Somente as telas que ficam no centro do
monitor é que são trocadas.
A tela “Resumo Geral” é uma das mais
usadas, ela mostra os valores das variáveis de
nível, volume, vazão, temperatura do produto
nos tanques e pressão, vazão, densidade e
temperatura do produto no oleoduto, status
F2. Tela "resumo Geral".
das bombas. Há botões para acesso a telas
com gráficos de trend real ou histórico das
variáveis dos tanques, dutos e equipamentos
(figura 2).
Quando do início do envio ou recebimento de produto nos tanques é necessário
efetuar os ajustes de alarmes de nível/volume,
nesta mesma tela o Operador carrega uma tela
“pop-up” chamada de “Ajuste de Alarmes”
clicando sobre o datalink do nível/volume do
tanque, podendo além de efetuar os ajustes
necessários, escrever algum comentário. E a
qualquer tempo pode habilitar ou desabilitar
os alarmes, consultar o valor do histórico,
gravar o nome do tag para ser plotado num
gráfico histórico (figura 3).
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
13
case
F4. Tela do DVA.
F3. Tela "Ajuste de Alarmes".
Acompanhamento das
diferenças de volume
Através da tela do DVA (Diferença de
Volume Acumulado), o Operador monitora
em tempo real a diferença do volume de
produto que é transferido do Terminal para
a Companhia recebedora, podendo detectar
um possível vazamento. Se os valores forem
diferentes do esperado, serão emitidos alarmes
que foram previamente definidos. Tal tela fica
em tempo integral num dos monitores de vídeo,
mostrando gráficos de tendência dos valores
do DVA e das variáveis de pressão e vazão,
mesmo quando do duto “parado” (figura 4).
Diagnósticos
As telas de diagnósticos (figura 5) são
para que o Operador possa analisar e tomar
alguma ação, quando dos alarmes de falha
de equipamento, podendo assim continuar
a operação através de outro equipamento e
efetuar abertura de chamada para equipe
de manutenção para reparo.
Estado
Aberta
Fechada
Parada em trânsito
Fechando
Abrindo
Manutenção
Falha
Mnemônico
Aberto
Fechado
Parado
Fechando
Abrindo
Manutencao
Falha
Comandos
Quando do início ou final de um bombeamento de produto para alguma Companhia,
ou mesmo para outro Terminal ou Refinaria,
é necessário abrir ou fechar algumas válvulas
e ligar ou desligar algumas bombas.
Através de um click do mouse no objetoválvula ou bomba numa tela de processo
(figura 6), é carregada uma tela “pop-up”
para comando de abertura/fechamento/
parada de válvulas dos dutos (figura 7)
ou a tela para ligar ou desligar as bombas
(figura 8)
Estado de válvulas
As válvulas sinalizadas e motorizadas
são animadas. Na tabela 1 temos o estado
das válvulas, o mnemônico e a cor que são
mostrados na tela do supervisório.
Estados de Bombas,
Compressores e Similares
As bombas, compressores e similares são
animados. Na tabela 2 temos o estado, o
mnemônico e a cor que são mostrados na
tela do supervisório.
Cor
Vermelho
Verde
Azul
Azul piscando Verde
Azul piscando Vermelho
Amarela
Violeta
T1. O estado, o mnemônico e a cor para as Válvulas.
14
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Estado
Ligado
Desligado
Manutenção
Pronto a operar
Falha
F5. Tela de Diagnósticos.
Telemetria do produto
no tanque
Em cada tanque tem um conjunto de
instrumentos que compõem um sistema de
telemedição do nível, água, temperatura e
densidade do produto nos tanques que são
lidos na IHM, não sendo necessário que o
operador tenha a necessidade de subir nos
tanques para medição manual através de trena.
Através destes dados é feito o controle de
estoque dos produtos no Terminal.
Mnemônico
Ligado
Desligado
Manutencao
Pronto
Falha
Cor
Vermelho
Verde
Amarelo
Verde
Violeta
T2. O estado, o mnemônico e a cor para Bombas e Compressores.
case
F6. Tela de Processo.
Nesta tela específica o Operador tem
algumas opções de comandos tais como:
comandar a medição de água no tanque
de Diesel; comandar o recolhimento do
medidor para manutenção e etc. (figura 9).
Consulta do histórico de
alarmes e eventos
O registro das ocorrências de alarmes e
eventos (ex.: todos os comandos efetuados
pelo Operador) são enviados pelo Proficy
iFix através de configuração do alarme
ODBC no SCU (System Configuration
Utility) enviado para um servidor de banco
de dados (MySQL), permitindo a qualquer
tempo ao Operador ou Administrador do
Sistema, efetuar consultas, utilizando-se
de recursos de filtros e podendo selecionar
um período, um tag e/ou descrição, tendo
a opção de exportar o resultado da consulta
para arquivo no formato csv (figura 10).
Gráficos
Utilizamos dois tipos de gráficos, o de
“Trend Real” e o do “Histórico”.
F7. Tela de comandos da XV 102.
F8. Tela de Comando da B-5920A.
O gráfico de “Trend Real” é usado com os
valores da base de dados (que são atualizados
a cada segundo) para acompanhamento do
bombeamento em tempo real das variáveis
dos dutos de pressão, vazão, temperatura e
outras, podendo tomar decisões necessárias
conforme procedimento operacional. E o
gráfico “Histórico”, como o nome já diz,
é para consulta histórica, preenchimento
de relatórios, efetuar qualquer análise para
melhora do processo e/ou investigar alguma
ocorrência anormal.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
15
case
F9. Opções de comando para o operador na tela de Tancagem.
No caso do histórico, os dados são
coletados da base de dados a cada 10 segundos e gravados em arquivo a cada minuto
(figura 11).
Tipo de alarmes
Como citado anteriormente, na parte
inferior do monitor está localizada a tela Barra
Menu onde temos o sumário de alarmes que
lista somente os alarmes ativos. Na tabela
3 são mostrados os alarmes analógicos, as
descrições e as respectivas cores que são
apresentados no sumário de alarmes.
Na tabela 4 temos os alarmes digitais e
suas respectivas descrições e cores.
Gerenciamento de Alarmes
Outro recurso que foi criado através
do Sistema de Supervisão e Controle são
quatro estados operacionais: Parado, Operando, Partindo e Parando. Tais estados
tem por finalidade racionalizar os alarmes
no supervisório, lembrando que segundo
a EEMUA (The Engineering Equipment
And Materials Users Association): “Alarme
é qualquer meio auditivo ou visual que
16
F10. Tela de Consulta de Alarmes e Eventos.
indique uma condição anormal associada
ao processo ou equipamento, e que exige
uma ação em um tempo restrito”.
Através de um estudo feito utilizando
o histórico do iFix, foi possível definir as
características de cada bombeio. Quando
do estado operacional Partindo ou Parando.
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
os alarmes dos equipamentos/instrumentos
ao bombeio específico são suprimidos, e
quando dos estados Parado ou Operando
eles são ativados e ajustados com os valores
dos alarmes conforme procedimento operacional, tudo automaticamente.
Schedule: No Proficy iFix é utilizada a
case
F11. Tela do Gráficos Trend Real e Hitórico.
Alarme
HI
HIHI
RATE (ROC)
LO
LOLO
UNDER
OVER
Descrição
Alarme alto
Alarme muito alto
Este alarme indica que o valor da variável excedeu uma taxa
pré-definida de mudança, num scan da base de dados
Alarme baixo
Alarme muito baixo
Quando o valor da variável é inferior ao valor limite de baixa do
instrumento configurado no iFIX
Quando o valor da variável é superior ao valor limite alto do
range do instrumento configurado no iFIX
Cor
Vermelho
Viloleta
2) Toda quinta-feira às 08h 30min será
acionado o teste de alarme de emergência
do Terminal.
Vermelho
Conclusão
Vermelho
Violeta
Azul Cian
Azul Cian
T3. Alarmes analógicos e suas respectivas descrições e cores.
Alarme
CFN (Change from Normal Open)
CFN (Change from Normal Close)
COS (Change of State)
OK (Change from Normal)
Descrição
Valor muda de um 1 para 0
Valor muda de um 0 para 1
Mudanças de valor em qualquer direção
Retorno para condição normal
Cor
Azul Cian
Azul Cian
Azul Cian
Verde
T4. Alarmes digitais e suas respectivas descrições e cores.
opção de agendamento de tarefas que podem
ser executadas por evento ou por tempo.
Exemplo de tarefas por evento:
1) O som de alarmes, quando o contador
de alarmes não reconhecidos for maior que
zero será executado um arquivo de som
“beep.wav”.
2) Quando o valor de um tag digital
previamente definido for para 1, serão suprimidos os alarmes de alguns tags.
Exemplo de tarefas por tempo:
1) Toda segunda-feira, quarta-feira e
sexta-feira será sincronizado o relógio do
CLP através do relógio do Servidor SCADA.
Através da implantação do software Proficy
iFix nos Terminais da TRANSPETRO com
os padrões de telas, consultas de histórico de
alarmes e eventos, desenhos de equipamentos/
instrumentos, tabela de cores de status dos
equipamentos/instrumentos e definições dos
alarmes, foi conseguida uma maior agilidade
nas operações e um aumento da segurança
operacional, podendo o Operador tomar
decisões acertadas para o cumprimento da
missão da Transpetro.
Foi alcançada também uma maior eficiência na implementação de novos projetos
pela equipe de Automação e pela equipe
de Manutenção na tarefa de manter todo o
sistema de supervisão e controle funcionando
adequadamente.
MA
Vitor Cássio Duarte Porto é Técnico de Informática
SR da Petrobras Transporte S.A – TRANSPETRO
Enzo Bertazini é Professor da Unisanta – Universidade Santa Cecília
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
17
automação
Soft
Starters
Um comparativo técnico entre
essa tecnologia e os demais
sistemas de partida de motores
Com certeza, a maior parte da
carga elétrica em uma indústria,
seja ela de processos contínuos
ou discretos, é a motorização.
Projetar sistemas de partida de
motores, portanto, há muito é
um desafio para os integradores
de tecnologia. Conheça através deste artigo as principais
técnicas de partida de motores,
bem como uma análise sobre o
mais popular sistema estático:
o soft-starter
Alexandre Capelli
Sistemas de Partida
Eletrodinâmicos
Existem várias configurações de partida
de motores que utilizam apenas contatores,
relés e botoeiras. As três mais comuns são:
partida direta, com autotransformador, e
partida estrela/triângulo.
Partida direta
saiba mais
Inversores de Frequência
Mecatrônica Atual 02
Controle de velocidade e torque de
motores trifásicos
Mecatrônica Atual 08
Soft Starters - Partida Suave Para
Motores de Indução
Mecatrônica Atual 14
Controle de Motores Algoritmos
Complexos para Microcontroladores
XMC4000, da Infineon
Saber Eletrônica 460
Controle de Motores DC,
Solenóides e Relés Através da
Interface LPT
Saber Eletrônica 442
18
A partida direta é o circuito mais simples,
conforme podemos observar pela figura 1.
Um simples contato em conjunto com um
relé térmico é o necessário.
“Mas até que ponto posso usar a
partida direta sem comprometer o bom
funcionamento do sistema?”
Para responder esta pergunta, vamos
ignorar as implicações mecânicas sobre
a carga (inércia, resistência dos materiais
envolvidos, etc.), e considerar apenas as
implicações elétricas.
O “impacto” sobre a instalação dependerá
de dois fatores: a magnitude da corrente, ou
melhor, do pico de corrente de partida; e a
capacidade da rede de absorver a corrente
de partida (“in-rush”).
De um modo geral, não se aconselha
prover partida direta a motores com mais de
3 CV de potência, considerando um motor
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
trifásico de 220 VCA, pois estamos tratando,
então, de aproximadamente 10 A de corrente
total, em regime normal de funcionamento.
Ora, um motor pode atingir até sete
vezes sua corrente nominal no instante da
partida. No exemplo, teríamos cerca de 70
A. Dependendo da inércia mecânica, os
sistemas de proteção podem atuar antes
do motor atingir sua velocidade nominal.
Partida com autotransformador
O princípio de funcionamento da partida
com autotransformador é bem simples. Através da figura 2 podemos entender melhor
seu funcionamento. No instante da partida
os contatores K 2 e K 3 fecham-se, enquanto
K1 permanece aberto. Desta maneira o motor
parte com tensão reduzida, oriunda de um
“tap” do transformador. Geralmente, esse
é construído de modo a gerar entre 50 %
da tensão da rede, a 65 % dela.
Uma vez que a inércia é vencida, K 2 e K 3
abrem, e K1 liga o motor diretamente à rede.
Essa transição pode ser feita manualmente
através de botoeiras, ou automaticamente
com relés temporizadores.
A figura 3 mostra como os valores de
pico são drasticamente reduzidos com 50
% de tensão.
automação
F1. Circuito para Partida Direta.
Partida estrela / delta
A figura 4 ilustra outro famoso sistema
de partida, talvez, até o mais famoso de todos.
Trata-se da partida estrela/delta.
O princípio de funcionamento baseia-se
na alteração do “fechamento” das bobinas.
Quando estas estão ligadas em estrela, a
tensão sobre cada uma é igual a da rede
elétrica dividida por √3. Após a partida,
o fechamento muda para delta. Agora, a
tensão em cada bobina é igual a da rede.
Qual a lógica de
funcionamento desse sistema?
Na condição inicial de partida do motor
(estrela), K1, K 2, e K 3 estão desligados e a
rede RST está sob tensão.
Pulsando-se o botão S1, a bobina do
contador K 2 e o relé temporizador K6 serão
alimentados, fechando os contatos de selo e
o contator K 2, que mantém energizadas as
bobinas dos contatores K1 e K 2.
Uma vez energizadas as bobinas de K 2
e K1, fecham-se os contatos principais e o
motor é acionado na ligação estrela.
Após o tempo relativo ao ajuste do relé
temporizador, este é ativado fazendo com
que o contato (15 – 16) desligue K 2, abrindo
seus contatos principais.
Com a bobina K2 desenergizada, energiza-se a bobina de K 3, que acionará o motor
em triângulo.
A parada do motor dá-se pelo botão S0,
que interrompe a bobina de K1 e seus contatos
(13-14) e (23-24), desligando a bobina K 3.
O sistema conta com uma proteção, a
qual estando o motor em movimento, o
contato K 3 (31-32) fica aberto e impede a
energização acidental da bobina K 2.
Reparem através da figura 5 como o
tempo de “sobrecarga” fica reduzido com
este sistema.
Soft-Starter
Soft-Starter, também conhecido como
“partida suave” é um equipamento eletrônico,
de acionamento estático, que reduz a tensão
F2. Funcionamento da Partida com Autotransformador em 65% da tensão da rede.
F3. Redução dos valores de pico com 50% da tensão.
para o motor no instante da partida. Basicamente, ele apresenta dois ajustes: corrente de
partida e torque. Alguns modelos, ao invés
do torque, disponibilizam o tempo em que
se deseja até o motor atingir a velocidade de
rotação nominal.
Sua estrutura interna pode ser vista na
figura 6. O circuito de partida é constituído
por uma malha de controle, geralmente, feita
com amplificadores operacionais.
Uma amostra de rede é injetada em um
circuito integrador, que pode atrasar o ângulo
de disparo numa faixa típica que varia de 10
% a 70 % da potência nominal do motor.
Uma ponte feita de tiristores tem seu
ângulo de disparo determinado pela malha
de controle.
Desta forma, a tensão e, consequentemente, a corrente no motor sobe segundo
uma rampa, cuja inclinação é determinada
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
19
automação
por ajustes disponíveis ao usuário. Uma
vez que a rampa atinja seu ápice, o valor de
tensão no motor é igual ao da rede (ângulo
de disparo próximo a zero grau).
A figura 7 mostra um soft-starter instalado. Ele é alocado em série com o motor
e conectado à rede elétrica via contator e
proteção térmica e eletromagnética.
Considerações Importantes
Sobre Equipamentos
de Partida Suave
Antes de comprar um soft-starter é bom
entender muito bem seus aspectos construtivos, face às necessidades da carga.
Controle de tensão dos elementos
chaveadores
F4. Sistema de partida Estrela / Delta.
F5. Redução do tempo de sobrecarga no Sistema Estrela / Delta.
Como Identificar Soft-Starters
Muitas vezes o fabricante não revela qual é a
arquitetura da ponte de tiristores utilizada no
seu produto. Entretanto, o leitor já deve ter
percebido o quanto este aspecto é importante.
Separar um tipo do outro é um trabalho simples e rápido. Basta para isto um multímetro.
Colocando na escala Ω ou diodos, encostamos
as pontas de prova entre entrada e saída de
cada fase, e verificamos qual a leitura.
Caso esteja aberta em ambos os sentidos e
20
nas três fases, significa que o equipamento
tem uma ponte totalmente controlada.
Toda fase que apresentar valor ôhmico
igual a zero ohm não é controlada. Caso
haja uma leitura igual a 0,7 na escala de
diodos, significa que tem diodos para o
semiciclo negativo.
Resumindo, uma simples operação de
“checagem” com o multímetro determina
a arquitetura do dispositivo.
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Há vários tipos de soft-starters no mercado. Temos, então, uma grande variedade
de preços e de performance.
O modelo mais econômico é aquele que
controla apenas uma das três fases, conforme
ilustra a figura 8.
Sua vantagem é o baixíssimo custo, às
custas, é claro, de uma assimetria de potência
entre as fases.
Conforme podemos ver, apenas uma
delas tem sua tensão reduzida na partida,
enquanto as demais são ligadas diretamente
ao motor. O dispositivo funciona bem,
porém, gera mais harmônicas.
Um outro tipo muito comum é o da
figura 9, onde duas fases (estrategicamente
“R” e “T”) são controladas. Embora mais
caro que o anterior, reduz a assimetria e
harmônicas na rede.
Há ainda o tipo ilustrado na figura 10,
onde um SCR por fase controla o semiciclo
positivo de cada uma. Os semiciclos negativos
não têm controle, e são entregues ao motor
integralmente, via os diodos em antiparalelo
com SCR.
A figura 11 nos traz o “top” de linha
onde as três fases são totalmente controladas. Com uma eletrônica de controle mais
elaborada, permite maior flexibilidade no
uso, e reduz o ruído elétrico na rede.
Malha de controle
Outro parâmetro muito importante é o
controle da ponte de tiristores. Na verdade,
ele pode ser de dois tipos: malha aberta ou
malha fechada.
O controle de malha aberta é bem
mais simples, e, através de um ou dois
automação
F6. Aspecto físico e estrutura interna de um Soft-Starter.
F7. Soft-Starter instalado.
F9. Tipo de soft-starter que controla duas
fases (R e T).
F8. O soft-starter
controla somente
uma das três
fases.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
21
automação
potenciômetros externos, o usuário pode
ajustar a rampa de aceleração do motor.
Normalmente, a faixa utilizada vai de 10
% a 70 % da potência nominal na partida,
chegando aos 100 % após vencida a inércia.
Neste caso não há sensores de corrente,
consequentemente, o controle opera sem um
feedback. O soft-starter em malha fechada,
por outro lado, é muito parecido fisicamente
com um inversor de frequência. Ele tem uma
IHM (Interface homem-máquina), e que
pode ser programada com vários parâmetros. Sensores de corrente estabelecem um
feedback ao equipamento. Assim, é possível
programar-se um “set point” de corrente.
O controle regula os ângulos de disparo
de modo que este valor seja respeitado e,
mais que isso, equalizado pelas três fases.
Neste caso, nem é preciso obter informações do fabricante ou fazer testes para
saber se o soft-starter é de malha aberta ou
fechada. Se tiver uma IHM, e dispõe de
vários parâmetros, é fechada. Por outro
lado, se apresentar apenas dois ou três potenciômetros de ajuste , é aberta.
Soft-Starter x Motores de Passo
F10. Controle parcial das três fases (R, S e T).
É consenso de especialistas em controle
que utilizar sistemas de partida suave em
motores de passo e/ou servomotores não é
uma boa ideia.
Esses motores apresentam um grande
número de bobinas, e seu rotor é um ímã
permanente.
Ora, essas características construtivas
foram desenvolvidas justamente para fornecer alto torque em baixas velocidades, ou
até velocidade zero. Caso haja necessidade
de algum controle de partida, que este seja
feito por um inversor de frequência, e não
por um soft-starter.
Limites
F11. Soft-start que controla totalmente as 3 fases (R, S e T).
O soft-starter pode ser instalado de modo
a acionar o motor durante sua partida e seu
funcionamento, ou somente na sua partida.
No primeiro caso, o dispositivo controla
a partida e, após vencida a inércia, conecta
o motor à rede através da sua ponte tiristorizada. Como, agora, o ângulo do disparo
é aproximadamente zero grau, o efeito
assemelha-se como se o soft-starter fosse um
simples “jumper”.
No segundo caso, o equipamento aciona o motor apenas na partida e, depois, é
“curto-circuitado” por um contator.
Por esta razão, e por fazer o papel de um
contator em determinadas situações, a norma
que rege esse equipamento e estabelece seus
limites é a mesma dos contatores: IEC 947-4-2.
Soft-Starter x Inversor
de Frequência
F12. Estrutura interna de um Inversor de Frequência.
22
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Cuidado! Por mais parecidos que eles
sejam fisicamente, não confunda soft-starter
com inversor de frequência.
Tanto o princípio de funcionamento
quanto a função são diferentes.
O soft-starter funciona segundo a redução
da tensão de partida, através de desloca-
mento do ângulo de disparo de uma ponte
tiristorizada. Sua função é, apenas e tão
somente, controlar o motor no instante da
partida. Após isto, a rede elétrica é conectada
diretamente ao motor. Todo o processo
acontece em 60 Hz.
O inversor de frequência, por outro lado,
tem a estrutura de acordo com a figura 12.
A rede é retificada, filtrada, e aplicada a
uma ponte de IGBTs. Esses são chaveados em
frequência de até 16 kHz. O equipamento
controla não somente a partida de motor,
mas é capaz de variar sua velocidade de
modo a manter o torque constante, através
do que chamamos curva V/f.
Resumindo, um inversor pode substituir
sempre um soft-starter, mas, o contrário
não é verdadeiro. Para entender melhor a
função de soft-starter, notem a figura 13.
Enquanto uma partida direta apresenta
picos de corrente de até sete vezes a nominal,
por um longo período, o soft-starter provê
picos da metade desse valor, por um tempo
significativamente menor.
Conclusão
Os soft-starters podem variar muito em
desempenho (e preço). Podemos encontrar o
mais elementar de todos, onde apenas uma fase
é controlada, e não há feedback no processo
(malha aberta, até equipamentos de malha
fechada) e pontes totalmente controladas.
Nesses casos, o dispositivo tem sua própria
IHM. A escolha por um ou outro não depende
da sofisticação que o processo exige, mas sim
da relação custo/benefício.
MA
F13. Comparação entre Partida Direta e Partida com Soft-Starter.
automação
Automatismos
Eletromecânicos
Parte 2
Veremos nesta segunda e última parte do artigo, dois
métodos independentes para análise do comportamento
de sistemas de controle nos automatismos eletromecânicos
Filipe Pereira
Representação de
Automatismos – o GRAFCET
saiba mais
Entenda os CLPs
Mecatrônica Fácil 49
CLPs e Programação Hardware
Mecatrônica Atual 41
Programação de um CLP Modos de
programação
Mecatrônica Atual 46
O funcionamento da memória de
um CLP
Mecatrônica Atual 42
Linguagem de Programação de
Robôs
Mecatrônica Atual 16
24
Numerosos processos industriais consistem na realização de uma série de atividades
e operações, seguindo uma sequência determinada. Os automatismos que controlam este
tipo de processos não podem ser puramente
sequenciais, sem que haja combinação de
partes combinatórias com partes sequenciais.
Um dos métodos que se empregam para
descrever o comportamento dos sistemas de
controle de forma independente da tecnologia
com os quais estão associados, e em especial
aqueles que apresentam características sequenciais, foi desenvolvido pela A.F.C.E.T.
(Association Française pour la Cybernétique
Économique et Technique), e se denomina
GRAFCET (Gráfico Funcional de Controle de Etapas e Transições). É importante
salientar que diversos autômatos programáveis
(CLPs), entre os quais se incluem os SIMATIC
S5 e S7, incorporam instruções ou formas
de programação que permitem introduzir
diretamente o GRAFCET.
Os princípios do GRAFCET e naqueles que se baseiam as suas aplicações, são
ilustrados na figura 1.
Os elementos-base e as regras de evolução
do GRAFCET serão descritos no decorrer
do artigo.
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Elementos gráficos de base
Estes elementos constituem os símbolos
a partir dos quais se desenha e constrói o
gráfico funcional. Os elementos básicos são
os seguintes:
•As etapas representam cada um dos
estados do sistema e devem corresponder a uma situação tal que as saídas
dependam unicamente das entradas
ou, dizendo de outra maneira, a relação
de entradas e saídas dentro de uma
etapa é puramente combinatória. O
símbolo empregado para representar
uma etapa é um quadrado com um
número ou símbolo no seu interior,
que o identifica e distingue dos outros
elementos. As etapas iniciais são aquelas em que se posiciona o sistema ao
iniciar-se o processo pela primeira vez
e são representadas por um quadrado
com linha dupla (figura 2).
•As linhas de evolução unem entre si as
etapas que, por sua vez, representam
as atividades consecutivas. As linhas
terão um sentido de orientação de
cima para baixo sempre, a não ser
que se represente uma seta orientada
em sentido contrário.
•As transições, que representam as
condições lógicas necessárias para que
automação
a atividade da etapa seja finalizada
e se inicie a (ou as) etapas seguintes
consecutivas. Estas condições lógicas
obtêm-se por combinação de variáveis
denominadas de receptividades. Graficamente, representam-se as transições
por uma linha cruzada sobre as linhas
de evolução entre as etapas.
•Os retornos (ou reenvios) são símbolos em forma de setas que indicam
a procedência ou destino das linhas
de evolução. As setas de reenvio
permitem fracionar um gráfico ou
evitar a existência de um grande
número de linhas de evolução com
cruzes excessivas.
•Duas linhas de evolução que se cruzem,
devem interceptar-se, com o princípio
de que não estão unidas. As regras
dos cruzamentos e das bifurcações
explicam-se em detalhe no módulo
das estruturas do GRAFCET.
•Quando se desenha o gráfico de
evolução, por qualquer caminho que
seja possível, deve-se alternar sempre
uma etapa e uma transição. A regra
básica da sintaxe do GRAFCET é
que entre 2 etapas deve existir uma e
uma só condição de transição, mesmo
que esta possa vir expressada por
uma função de lógica combinatória,
com a necessidade subjacente, que dê
sempre como resultado um bit (1 =
condição verdadeira, 0 = condição
falsa). (figura 3).
Mensagens de interpretação
Estas mensagens podem ser textos,
símbolos ou equações lógicas associados a
etapas ou transições para indicar a atividade
desenvolvida, ou as relações entre as variáveis
do sistema que se devem cumprir. Podem-se
distinguir dois tipos de mensagens:
•Mensagens de ação associadas a cada
etapa. Indicam qual é a atividade a
desenrolar-se nessa etapa quando está
ativa, podendo ser indicadas em forma
de texto ou em forma de equações
lógicas que indicam a relação entre
saídas-entradas.
•Mensagens de receptividade associadas
a cada transição. Estas mensagens
indicam as condições lógicas necessárias e suficientes para passar de
cada etapa para a etapa consecutiva,
ou consecutivas.
F1. Aplicação do GRAFCET em um Sistema de Controle de Automatismo.
F2. Etapas de transição.
F3. Etapas ativas e inativas.
F4. Exemplo do comportamento dinâmicos de um sistema de controle.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
25
automação
Regras de evolução
F5. Exemplo da evolução de Transições.
F6. Convergência e Divergência no "OU".
F7. Convergência e Divergência no "Y".
26
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Estas regras permitem definir e interpretar de forma unívoca o comportamento
dinâmico do sistema. Algumas fazem referência a etapas e outras a transições, pelo
que algumas se tornam redundantes entre si.
1) Cada etapa tem associada uma variável
de estado Xi de tipo bit.
2) Distinguem-se dois estados possíveis de uma etapa: ativa ou inativa.
Diremos que uma etapa está ativa
quando a sua variável de estado vale
1 e inativa quando vale 0.
3) Denominaremos arranque inicial
(a frio) ao estado de início de um
processo automático sem guardar em
memória qualquer situação anterior.
A ordem de arranque inicial (início
do processo) pode ser efetuada por
um operador humano ou provir de
um sistema automático hierarquicamente superior. Após um arranque
inicial, são ativadas todas as etapas
iniciais e ficam inativas todas as
outras. Figura 4
4) Denominaremos arranque “a quente”
à ação de reinício de um automatismo
quando este guarda na sua memória
alguma situação anterior. Esta situação
pode corresponder a um re-arranque
sem que haja a perda do contexto anterior, ou seja, mantendo memorizadas
as variáveis de estado do processo.
Num arranque “a quente” podem-se
ativar as etapas iniciais ou manter
o contexto, ou o estado anterior ao
arranque “a quente”. Esta decisão só
responderia por uma parte específica
do automatismo destinado a executar,
denominando-se de tarefa prévia.
5) Durante a evolução normal do processo, uma etapa “não inicial” se
ativará, quando está ativada a etapa
anterior e se cumpram as condições
de transição entre ambas (figura 5).
6) Qualquer etapa desativa-se quando
se cumprem as condições de transição da seguinte ou seguintes, e essa
mesma transição se tenha efetuado.
7) Uma transição pode encontrar-se em
uma das quatro situações seguintes:
•Não validada: A etapa ou etapas
imediatamente anteriores ou seguintes não estão ativas.
•Validada: A etapa ou etapas imediatamente anteriores estão ativas,
automação
mas não se cumpre a condição
lógica de transição.
•Preparada para transpor: A etapa
ou etapas imediatamente anteriores estão ativas e se cumpre
a condição lógica de transição.
•Transposta: Foi ativada a etapa ou
etapas imediatamente seguintes,
e foi desativada a etapa ou etapas
imediatamente anteriores.
8) Só se poderá transpor uma transição
se esta está propriamente validada.
9) Toda transição preparada para transpor será imediatamente transposta.
10) Se há varias transições preparadas para
serem transpostas simultaneamente,
serão transpostas simultaneamente. A
transposição de uma transição implica
automaticamente a desativação de todas
as etapas imediatamente anteriores.
11) Se durante o percurso de funcionamento de um automatismo, uma
etapa deve ser simultaneamente ativada e desativada, a mesma etapa
permanecerá ativada.
12) O gráfico de evolução expressado no
GRAFCET deve ser sempre fechado,
sem deixar qualquer caminho aberto.
Efetivamente, tal circunstância demonstraria uma incoerência ou uma
situação na qual o processo é incapaz
de continuar. Naturalmente, podem
existir situações em que a saída tenha
que iniciar o processo mediante algum
sinal externo.
Princípios complementares
1) Denominaremos evento a qualquer
situação na qual se produza a modificação de pelo menos uma das
variáveis que intervêm no sistema.
Assim, um evento corresponde sempre
a um flanco de subida ou de descida
de uma variável lógica.
2) Dois eventos podem estar entre
si inter-relacionados ou não inter-relacionados. Diremos que estão
inter-relacionados entre si quando:
•Estão associados a uma mesma
variável lógica. Por exemplo: o
flanco de subida de uma variável
A e o flanco de descida do seu
complementar, A, estão inter-relacionados.
•Estão associados a duas variáveis
lógicas que possuem um intersecção comum. Por exemplo,
as variáveis X e Y tais que X =
C + A e Y = B . C, estão inter-relacionadas em virtude de que
um flanco de subida de C pode
provocar um flanco de subida
simultâneo de X e Y.
3) Considera-se que, formalmente, dois
eventos externos não inter-relacionados
nunca se podem produzir (acontecer)
simultaneamente. Sempre haverá
uma pequena diferença de tempo
entre eles que fará com que não sejam
simultâneos.
Estrutura Básicas do GRAFCET
A representação de automatismos mediante o GRAFCET compõe-se de três
estruturas básicas, a saber:
Sequência Linear
É uma estrutura simples e que consiste
em etapas unidas consecutivamente pelas
linhas de evolução e condições de transição.
A estrutura linear aparece quase sempre em
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
27
automação
F8. Exemplo de Sistema de Manipulação.
nível de uma descrição genérica com macroetapas e também como parte de estruturas
mais complexas. As suas propriedades são
as seguintes:
•Dentro de um ramo de uma sequência
linear, somente uma etapa deve estar
ativa num instante determinado.
•Ativa-se uma etapa quando se encontrar ativada a anterior e se cumpram
as condições de transição entre ambas.
•A ativação de uma etapa implica
automaticamente a desativação da
etapa anterior.
•Uma sequência linear pode fazer parte
de uma estrutura mais complexa.
Convergência e Divergência no “OU”
A divergência e a convergência no “OU”
também chamada de bifurcação, emprega-se
para representar processos alternativos que
devem executar-se dependendo de certas
condições lógicas. Estabelecendo uma
analogia entre as linguagens informáticas,
a bifurcação “OU” corresponde a uma
estrutura do tipo “IF... THEN... ELSE”.
Em seguida, o subprocesso que se seguirá
a cada caso dependerá de quais sejam as
condições de transição que se cumpram
a partir da etapa prévia à bifurcação. Não
é imprescindível que os subprocessos que
partem de uma mesma divergência devam
confluir numa mesma convergência. Do
exposto, pode-se deduzir que: o que ocorrerá
28
em todo o processo é que toda a divergência
implicará a existência de uma convergência
em algum lugar do ciclo. As propriedades
básicas que cumprem a estrutura da bifurcação no “OU” são as seguintes:
•A partir do ponto de divergência o
processo poderá evoluir por outros
caminhos distintos alternativos, cada
um dos quais deve ter sua própria
condição de transição. Atente para
a figura 6.
•As condições de transição dos diversos
caminhos de divergência têm de ser
mutuamente exclusivos entre si (intersecção nula), pelo que o processo
só poderá progredir em cada caso
por um deles.
•Em nível do gráfico global, os caminhos distintos iniciados como
divergência em “OU” devem confluir
num ou em mais pontos de convergência em “OU”, ou seja, a estrutura
deve ser globalmente fechada e não
podem existir caminhos abertos, o
que colocaria situações sem saída
possível.
Divergência e Convergência em “Y”
A divergência e convergência em “Y”,
que chamaremos conjuntamente bifurcação
em “Y”, é uma estrutura que se emprega
para representar processos que se iniciam
simultaneamente, e se executam de for-
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
ma independente com tempos distintos e
condicionam a continuação se não tiverem
terminados todos eles.
Como exemplo teremos o caso de uma
estação mecânica com um prato giratório
de três posições, uma para alimentação e
evacuação de peças, outra para prender a
peça e a terceira para a abertura de rosca. As
três operações iniciam-se simultaneamente
e não pode prosseguir o processo enquanto
não hajam terminado as três operações ou
tarefas.
Vale o mesmo que acontece para as
bifurcações em “OU”, não é imprescindível
que os subprocessos simultâneos que partem
de uma mesma divergência devam confluir
numa mesma convergência. Veja a figura 7.
Pelo que é imprescindível que o gráfico,
visto globalmente, seja fechado. As propriedades que cumprem as convergências e
divergências em “Y” são as seguintes:
•A partir do ponto de divergência, o
processo evoluirá por vários caminhos
em cada vez, executando várias tarefas
simultaneamente.
•A condição de transição para iniciar as
tarefas simultâneas é única e comum
para todas elas.
•Em nível de gráfico global, os caminhos distintos iniciados como divergência em “Y” devem confluir em um
ou mais pontos de convergência em
“Y”. Dito de outra forma, a estrutura
deve ser globalmente fechada e não
podem existir caminhos abertos,
pelo que poderão ocorrer situações
sem saída possível.
•A convergência em “Y” impõe por
si uma condição de transição: todas
as tarefas que confluam a ela devem
ter terminado, para que o processo
possa continuar.
Desenhando com o GRAFCET
Desenharemos com o GR AFCET,
aplicando-o ao sistema de manipulação
da figura 8.
1° Fase – GRAFCET Funcional
Nesta primeira fase realiza-se o GRAFCET descritivo do processo, ou seja, como
uma sequência de ações a desenrolar-se sem
definir a forma nem os meios empregados
para as executar.
E o processo apresenta-se como uma
sucessão de etapas, indicando ao lado de
automação
cada uma das ações a desenrolar e entre
elas as condições de transição (figura 9).
2º Fase – GRAFCET com Atuadores
e Sensores
Na 2ª fase de desenho devem-se determinar quais são os atuadores que executarão operações distintas, por exemplo
cilindros pneumáticos, motores elétricos,
eletroválvulas, etc.
E os sensores, por exemplo geradores de
pulsos, fins de curso, detectores de proximidade indutivos, capacitivos, ópticos, etc.,
que passarão a constituir-se como sinais de
transição do sistema. O GRAFCET ficaria
então segundo se apresenta na figura 10.
3° Fase – Desenho do Sistema de
Controle
Uma vez obtido o GRAFCET contendo
todos os acionamentos, atuadores e sensores,
este pode ser utilizado para o desenho do
sistema de controle, com os componentes
de uma determinada tecnologia, que poderá
ser do tipo cabeada (elétrica ou eletrônica)
ou programável com o CLP.
O processo de desenho consta das
seguintes partes:
•Desenho da parte sequencial, que
compreende a estrutura das etapas
e das condições de transição que
as unem.
•Desenho da parte combinatória que
compreende todas as ações a executar
dentro de cada etapa.
Método GEMMA
O GEMMA (Guide d’Étude des Modes
de Marches et d’Arréts) é um método para o
estudo das situações possíveis de movimento
e parada que se podem encontrar na parte
operativa (PO) de um processo e as formas
de evoluir de umas para outras.
Para esse efeito, apoia-se num gráfico
bastante útil que representa uma série
de estados tipificados da PO e mostra as
possíveis formas de evolução de uns para
outros. Os seus princípios são:
Elementos de base: A aplicação prática
do GEMMA apoia-se numa gráfico-base,
do qual constam os seguintes elementos:
Retângulos de estado: onde se defi-
nem uma série de situações tipificadas, que
podem acontecer em qualquer automatismo.
F9. Sucessão de etapas - GRAFCET descritivo.
F10. GRAFCET com atuadores e sensores.
No caso em que o automatismo a desenhar
disponha de alguma situação ou estado
especial, dever-se-ia incluir algumas das
condições propostas.
Pode acontecer também que algumas das
situações tipificadas não tenham sentido para
o automatismo que estamos desenhando;
nesse caso aplicar-se-á o quadro correspondente (figura 11).
Condições de evolução: Indicam se
a passagem de um estado para outro está
condicionada, ou se deve-se tomar alguma
ação prévia. Pelo contrário do que acontecia
com o GRAFCET, estas condições entre
estados podem ou não existir. No caso de
não existirem, poderá entender-se que a
passagem é incondicional, sem nenhum
requisito prévio.
Famílias de estados: O conjunto de
estados possíveis de um sistema agrupam-se
em três famílias:
•Família A: Estados de parada;
•Família F: Estados de funcionamento;
•Família D: Estados de falha.
Diz-se que um sistema está em produção quando cumpre o objetivo para o qual
foi desenhado, e fora de produção no caso
contrário. Pode-se observar que os conceitos
de “em produção” e “em estado de funcionamento” possuem significados distintos.
Com efeito, pode-se estar em produção
tendo todo o sistema em estado de parada
(parada de fim de ciclo, por exemplo), ou
pode-se estar em funcionamento sem estar
em produção (preparação de máquina, por
exemplo). Figura 12.
Estados de funcionamento: A família
de estados de funcionamento compreende
todos aqueles pelos quais deve passar a parte
operativa para obter o resultado desejado do
processo. Assim, pertencem a esta família
os estados preparatórios de produção, os
testes e controles prévios ou posteriores
e, em grande parte, os que pertencem ao
próprio processo. Concretamente, o gráfico
contempla os seguintes estados normalizados: F1 (Produção normal), F2 (Movimento
(marcha) de preparação), F3 (Movimento
(marcha) de finalização), F4 (Verificação de
movimento (marcha) anormal), F5 (Verificação de movimento (marcha) em ordem) e
F6 (Movimento (marcha) de teste).
Linhas orientadas: Estas linhas contemplam todos os passos possíveis de uma
situação ou estado para outro. Na própria
linha será marcado o sentido de passagem.
Estados de parada: Dentro da família
dos estados de parada consideram-se todos
aqueles que determinam o funcionamento
do processo. A família possui os seguintes estados normalizados: A1 (Parada no
estado inicial), A2 (Pedido de parada ao
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
29
automação
F11. Método GEMMA - Retângulos de estado.
final do ciclo), A3 (Pedido de parada num
estado determinado), A4 (Parada em estado
intermédio), A5 (Preparação de arranque
após uma falha), A6 (Iniciação da parte
operativa) e A7 (Pré-Posicionamento da
parte operativa).
Estados de falha: Esta família possui
todos aqueles estados de parada por falha da
parte operativa ou de em condições anômalas. Os estados normalizados dentro desta
família são: D1 (Parada de emergência), D2
(Diagnóstico e/ou tratamento da falha) e D3
(Seguir em produção com falha).
Conclusão
Esperamos que com este artigo, tenha
ficado claro a abordagem sobre os métodos
GEMMA e GRAFCET, ampliando mais o
conhecimento para descrever o comportamento dos sistemas de controle em diferentes
automatismos.
MA
F12. Método GEMMA - Famílias de estado.
30
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Eng.º Filipe Pereira
Diretor do Curso de Eletrônica, Automação
e Computadores - Escola Sec. D. Sancho I Departamento Eletrotécnica
E-mail: [email protected]
www.prof2000.pt/users/fasp.esds1
automação
mas não se cumpre a condição
lógica de transição.
•Preparada para transpor: A etapa
ou etapas imediatamente anteriores estão ativas e se cumpre
a condição lógica de transição.
•Transposta: Foi ativada a etapa ou
etapas imediatamente seguintes,
e foi desativada a etapa ou etapas
imediatamente anteriores.
8) Só se poderá transpor uma transição
se esta está propriamente validada.
9) Toda transição preparada para transpor será imediatamente transposta.
10) Se há varias transições preparadas para
serem transpostas simultaneamente,
serão transpostas simultaneamente. A
transposição de uma transição implica
automaticamente a desativação de todas
as etapas imediatamente anteriores.
11) Se durante o percurso de funcionamento de um automatismo, uma
etapa deve ser simultaneamente ativada e desativada, a mesma etapa
permanecerá ativada.
12) O gráfico de evolução expressado no
GRAFCET deve ser sempre fechado,
sem deixar qualquer caminho aberto.
Efetivamente, tal circunstância demonstraria uma incoerência ou uma
situação na qual o processo é incapaz
de continuar. Naturalmente, podem
existir situações em que a saída tenha
que iniciar o processo mediante algum
sinal externo.
Princípios complementares
1) Denominaremos evento a qualquer
situação na qual se produza a modificação de pelo menos uma das
variáveis que intervêm no sistema.
Assim, um evento corresponde sempre
a um flanco de subida ou de descida
de uma variável lógica.
2) Dois eventos podem estar entre
si inter-relacionados ou não inter-relacionados. Diremos que estão
inter-relacionados entre si quando:
•Estão associados a uma mesma
variável lógica. Por exemplo: o
flanco de subida de uma variável
A e o flanco de descida do seu
complementar, A, estão inter-relacionados.
•Estão associados a duas variáveis
lógicas que possuem um intersecção comum. Por exemplo,
as variáveis X e Y tais que X =
C + A e Y = B . C, estão inter-relacionadas em virtude de que
um flanco de subida de C pode
provocar um flanco de subida
simultâneo de X e Y.
3) Considera-se que, formalmente, dois
eventos externos não inter-relacionados
nunca se podem produzir (acontecer)
simultaneamente. Sempre haverá
uma pequena diferença de tempo
entre eles que fará com que não sejam
simultâneos.
Estrutura Básicas do GRAFCET
A representação de automatismos mediante o GRAFCET compõe-se de três
estruturas básicas, a saber:
Sequência Linear
É uma estrutura simples e que consiste
em etapas unidas consecutivamente pelas
linhas de evolução e condições de transição.
A estrutura linear aparece quase sempre em
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
27
instrumentação
Medição de Pressão
Características, Tecnologias
e Tendências
A medição e controle de pressão é a variável de processo mais
usada na indústria de controle de processos nos seus mais diversos segmentos. Além disso, através da pressão é facilmente
possível inferir uma série de outras variáveis de processo, tais
como nível, volume, vazão e densidade.
Comentaremos neste artigo as principais características das
tecnologias mais importantes utilizadas em sensores de pressão, assim como alguns detalhes em termos de instalações, do
mercado e tendências com os transmissores de pressão.
César Cassiolato
A Medição de Pressão e
um pouco de História
saiba mais
Medição de Vazão
Mecatrônica Atual 51
Artigos Técnicos, César
Cassiolato
Manuais de Operação e
Treinamento dos Transmissores
de Pressão Smar: LD301, LD302,
LD303 e LD400.
Site do fabricante:
www.smar.com.br
32
A medição de pressão é ponto de interesse
da ciência há muitos anos. No final do século
XVI, o italiano Galileo Galilei (1564-1642)
recebeu patente por um sistema de bomba
d’água usada na irrigação. (Curiosidade:
em 1592, usando apenas um tubo de ensaio
e uma bacia com água, Galileo montou o
primeiro termômetro. Ele colocou um tubo
com a boca para baixo, semi submerso na
água. Assim, quando o ar de dentro do tubo
esfriava, o volume diminuía e subia um pouco
de água dentro do cilindro de vidro. Quando
o ar esquentava, o volume aumentava e a
água era empurrada para fora. O nível da
água, portanto, media a temperatura do ar).
O coração de sua bomba era um sistema de
sucção que ele descobriu ter a capacidade
de elevar a água no máximo 10 metros. A
causa desse limite não foi descoberta por ele,
o que motivou outros cientistas a estudarem
esse fenômeno.
Em 1643, o físico italiano Evangelista
Torricelli (1608-1647) desenvolveu o barômetro. Com esse aparelho, avaliava a pressão
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
atmosférica, ou seja, a força do ar sobre a
superfície da terra. Ele fez uma experiência
preenchendo um tubo de 1 metro com mercúrio, selado de um dos lados e mergulhado
em uma cuba com mercúrio do outro.
A coluna de mercúrio invariavelmente
descia no tubo até cerca de 760 mm. Sem
saber exatamente o porquê deste fenômeno,
ele o atribuiu a uma força vinda da superfície
terrestre. Torricelli concluiu também que o
espaço deixado pelo mercúrio no começo
do tubo não continha nada e o chamou de
“vacuum” (vácuo).
Cinco anos mais tarde, o francês Blaise
Pascal usou o barômetro para mostrar que
no alto das montanhas a pressão do ar era
menor.
Em 1650, o físico alemão Otto Von
Guericke desenvolveu a primeira bomba
de ar eficiente, com a qual Robert Boyle
realizou experimentos sobre compressão e
descompressão e depois de 200 anos, o físico
e químico francês, Joseph Louis Gay-Lussac,
verificou que a pressão de um gás confinado
a um volume constante é proporcional à sua
temperatura.
instrumentação
Em 1849, Eugene Bourdon recebeu
patente pelo Tubo de Bourdon, utilizado até
hoje em medições de pressões relativas. Em
1893, E.H. Amagat utilizou o pistão de peso
morto em medições de pressão (figura 1).
Nas últimas décadas, com o advento da
tecnologia digital, uma enorme variedade
de equipamentos se espalhou pelo mercado
em diversas aplicações. A caracterização
de pressão só teve seu real valor a partir do
momento em que conseguimos traduzi-la
em valores mensuráveis.
Todo sistema de medição de pressão é
constituído pelo elemento primário, o qual
estará em contato direto ou indireto com o
processo onde se tem as mudanças de pressão
e pelo elemento secundário (Transmissor de
Pressão) que terá a tarefa de traduzir esta
mudança em valores mensuráveis para uso
em indicação, monitoração e controle.
Veja na figura 2 os cientistas importantes
no desenvolvimento da medição de pressão.
Da esquerda para a direita, Galileo, Torricelli,
Pascal, Von Guericke, Boyle e Gay-Lussac.
respectivamente por PD = hρg e PU = (h +
L) ρg. A pressão resultante sobre o mesmo é
igual a PU - PD = Lρg. A pressão que exerce
uma força perpendicular à superfície do
fluido é a chamada pressão estática.
O princípio de Pascal diz que qualquer
aumento de pressão no líquido será transmitido igualmente a todos os pontos do
líquido. Esse princípio é usado nos sistemas
hidráulicos (por exemplo, nos freio dos carros) e pode ser visto na figura 5. Em outras
palavras: As forças aplicadas têm intensidades
proporcionais às áreas respectivas.
Vale ainda citar a Lei de Stevin (1548
- 1620): "Em um fluido homogêneo e
incompressível em equilíbrio sob a ação
da gravidade, a pressão cresce linearmente
com a profundidade; a diferença de pressão
entre dois pontos é igual ao produto do peso
específico do fluido pela diferença de nível
entre os pontos considerados".
Vejamos agora, a pressão exercida pelos
fluidos em movimento na seção transversal
de um tubo.
Tomemos a figura 6, onde:
F1 = força aplicada à superfície A1
P1 = razão entre F1 e A1;
ΔL1 = distância que o fluido deslocou;
v1 = velocidade de deslocamento;
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Princípios Básicos da
Medição de Pressão
Vejamos o conceito de Pressão Estática.
Tomemos como base a figura 3, nela temos
um recipiente com um líquido onde este
exerce uma pressão em um determinado
ponto proporcional ao peso do líquido e à
distância do ponto à superfície (o princípio
de Arquimedes: um corpo submerso em um
líquido fica sujeito a uma força, conhecida por
empuxo, igual ao peso do líquido deslocado.
Por exemplo, baseado neste princípio,
pode-se determinar o nível, onde se usa
um flutuador que sofre o empuxo do nível
de um líquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um
tubo de torque.
O medidor deve ter um dispositivo de
ajuste para densidade do líquido, cujo nível
está sendo medido, pois o empuxo varia
com a densidade).
A pressão estática P é definida como
sendo a razão entre força F, aplicada perpendicularmente a uma superfície de área A:
Dado um paralelepípedo, conforme
ilustra a figura 4, onde temos a área de um
lado A e comprimento L, a pressão em sua
face superior e em sua face inferior são dadas
F1. Tubo de Bourdon.
F2. Os homens que fizeram a história da
medição de pressão: Galileo (a), Torricelli
(b), Pascal (c), Von Guericke (d), Boyle (e),
Gay-Lussac (f).
F3. Pressão em um ponto P submerso.
F4. Pressão em corpo submerso.
F5. A pressão é perpendicular à superfície
e as forças aplicadas têm intensidades
proporcionais às áreas respectivas.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
33
instrumentação
F6. Equação de Bernoulli: Pressão exercida pelos fluidos em movimento na seção
transversal de um tubo.
h1 = altura relativa à referência gravitacional; e
F2 = força aplicada à superfície A2;
P2 = razão entre F2 e A2;
ΔL2 = distância que o fluido deslocou;
V2 = velocidade de deslocamento;
h2 = altura relativa à referência gravitacional.
Supondo um fluido ideal, que não possui viscosidade, ele desloca-se sem atritos e
portanto sem perdas de energia.
O trabalho realizado pela resultante das
forças que atuam em um sistema é igual à
variação da energia cinética, teorema trabalho- energia. Com isto, temos:
Esta é a equação de Bernoulli que
comprova que o somatório das pressões
ao longo de um tubo é sempre constante
para um sistema ideal. O interessante aqui
é que nesta equação pode-se reconhecer as
seguintes pressões:
P1 = Pressão Aplicada
(1/2) ρ.v12 = Pressão Dinâmica
ρ.g.h1 = Pressão Estática
Rearranjando essa relação chegamos
à equação:
F7. Referências de Pressão e tipos mais usuais.
Essa relação é muito útil para o cálculo
da velocidade do fluido, dadas a pressão de
impacto e a pressão estática. A partir dessa
relação, pode-se calcular, por exemplo, a
vazão do fluido:
Onde C = vazão real / vazão teórica
Os valores de C são resultados experimentais e para cada tipo de elemento
de primogênio e sistema de tomada de
impulso, C varia em função do diâmetro
(D) da tubulação, do N° de Reynolds (Rd)
e da relação dos diâmetros referentes às
seções A1 e A2
F8. Sensor Piezorresistivo.
34
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Onde C = f(D,Rd,b)
instrumentação
Unidades de Pressão no
Sistema Internacional (SI)
O Pascal [Pa] é a unidade de pressão
do Sistema Internacional de unidades (SI).
Um Pa é a pressão gerada pela força de
1 newton agindo sobre uma superfície de
1 metro quadrado.
A tabela 1 mostra as principais unidades
e a conversão entre as mesmas.
Tipos mais Usuais de
Medição de Pressão
Em função da referência pode-se classificar a medição de pressão como: manométrica,
absoluta e diferencial ou relativa. Tomemos
como referência a figura 7:
•Pressão absoluta: é medida com
relação ao vácuo perfeito, ou seja, é a
diferença da pressão em um determinado ponto de medição pela pressão do
vácuo (zero absoluto). Normalmente,
quando se indica esta grandeza usa-se
a notação ABS. Exemplo: A pressão
absoluta que a atmosfera exerce ao
nível do mar é de 760 mmHg.
•Pressão diferencial: é a diferença de
pressão medida entre dois pontos.
Quando qualquer ponto diferente do
vácuo ou atmosfera é tomado como
referência, diz-se medir pressão diferencial. Exemplo: a pressão diferencial
encontrada numa placa de orifício.
•Pressão manométrica (Gauge):
é medida em relação à pressão do
ambiente, ou seja, em relação a atmosfera. Logo, é a diferença entre a
pressão absoluta medida em um ponto
qualquer e a pressão atmosférica. É
sempre importante registrar na notação
que a medição é relativa. Exemplo:
10 kgf/cm2 Pressão Relativa.
inH2O @20°C
atm
bar
kPa
kgf/cm2
mmH2O @20°C
mmHg @0°C
inHg @32°F
psi
inH2O @20°C
1
407,513
402,185
4,02185
394,407
0,03937
0,53620
13,6195
27,7296
atm
0,0025
1
0,98692
0,00987
0,96784
0,00010
0,00132
0,03342
0,06805
Note que a pressão manométrica é dada
pela diferença entre a absoluta e a atmosférica.
Sensores Utilizados na
Medição de Pressão
Em geral, os sensores são classificados
conforme a técnica usada na conversão
mecânica da pressão em um sinal eletrônico
proporcional. Todas as tecnologias têm um
só propósito que é transformar a pressão
aplicada em um sensor, em um sinal eletrônico proporcional a mesma:
•Capacitância Variável (Capacitivos);
•Piezorresistivo (Strain Gage);
•Potenciométrico;
•Piezoelétrico;
•Relutância Variável;
•Ressonante;
•Ótico;
•Outros.
Vamos comentar alguns destes sensores
e princípios brevemente.
1) Piezorresistivo ou Strain Gage – A
piezorresistividade refere-se à mudança da
resistência elétrica com a deformação/contração como resultado da pressão aplicada.
Na sua grande maioria são formados por
elementos cristalinos (strain gage) interligados
em ponte (wheatstone) com outros resistores
que provêm o ajuste de zero, sensibilidade e
compensação de temperatura. O material
de construção varia de fabricante para
fabricante e hoje em dia é comum sensores
de estado sólido.
Desvantagens: faixa limitante de temperatura de operação, aplicável em ranges
baixos de pressão por gerarem um sinal
muito baixo de excitação, muito instável.
Atualmente existe o chamado “Film
Transducer”, o qual é construído com a
deposição de vapor ou injeção de elementos
strain gage diretamente em um diafragma,
o que minimiza a instabilidade devida
bar
0,00249
1,01325
1
0,01000
0,98066
0,00010
0,00133
0,03386
0,06895
kPa
0,24864
101,325
100,000
1
98,0662
0,00979
0,13332
3,38638
6,89475
kgf/cm2
0,00254
1,03323
1,01972
0,01020
1
0,00010
0,00136
0,03453
0,07031
mmH2O @20°C
25,4000
10350,8
10215,5
102,155
10017,9
1
13,6195
345,935
704,333
ao uso de adesivos nas ligas nos modelos
“Bonded Wire”.
A grande vantagem é que já produz um
sinal eletrônico num nível maior, porém em
altas temperaturas são totalmente vulneráveis,
já que a temperatura afeta o material adesivo
utilizado ao colar o silício ao diafragma.
Várias técnicas baseadas na fabricação
de sensores de silício piezorresistivo (silicon
substrate) estão emergindo, mas são susceptíveis a degradação de seus sinais em função da
temperatura e exigem circuitos complicados
para a compensação, minimização do erro e
sensibilidade do zero. Totalmente inviáveis
em aplicações sujeitas a temperaturas altas
por longo períodos, uma vez que a difusão
degrada os substratos em altas temperaturas.
Figura 8.
2) Piezoelétrico – O material piezoelétrico é um cristal que produz uma
tensão diferencial proporcional a pressão
a ele aplicada em suas faces: quartzo, sal
de Rochelle, titânio de bário, turmalina
etc. Este material acumula cargas elétricas
em certas áreas de sua estrutura cristalina,
quando sofrem uma deformação física, por
ação de uma pressão. A piezoeletricidade
foi descoberta por Pierre e Jacques Curie
em 1880.
Tem a desvantagem de requerer um circuito de alta impedância e um amplificador
de alto ganho, sendo susceptível a ruídos.
Além disso, devido à natureza dinâmica,
não permite a medição de pressão em estado
sólido. Porém, tem a vantagem de rápida
resposta. Figura 9.
A relação entre a carga elétrica e a pressão
aplicada ao cristal é praticamente linear:
A - área do eletrodo;
Sq – sensibilidade;
mmHg @0°C
1,86497
759,999
750,062
7,50062
735,558
0,07342
1
25,4000
51,7149
inHg @32°F
0,07342
29,9213
29,5300
0,29530
28,9590
0,00289
0,03937
1
2,03602
psi
0,03606
14,6959
14,5038
0,14504
14,2233
0,00142
0,01934
0,49115
1
T1. Conversão em unidades de pressão mais usadas em automação industrial.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
35
instrumentação
p - pressão aplicada;
q - carga elétrica;
C - capacidade do cristal;
Vo - tensão de saída
3) Ressonantes – Possuem em geral
o princípio da tecnologia que é conhecida
como “vibrating wire”.
Uma mola de fio magnético é anexada
ao diafragma que, ao ser submetido a um
campo magnético e ser percorrido por uma
corrente elétrica, entra em oscilação.
A frequência de oscilação é proporcional
ao quadrado da tensão (expansão/compressão) do fio.
No sensor Silício Ressonante, não se usa
fio e sim o silício para ressonar com diferentes
frequências que são funções da expansão/
compressão(é uma função do tipo 1/f2).
O sensor é formado por uma cápsula de
silício colocada em um diafragma que vibra
ao se aplicar um diferencial de pressão, e a
frequência de vibração depende da pressão
aplicada.
Alguns sensores ressonantes exigem
técnicas de compensação em temperatura via
hardware/software complicadas, aumentando
o número de componentes, o que em alguns
equipamentos exige mais placas eletrônicas.
F9. Sensor Piezoelétrico.
F10. Exemplo de construção de um sensor capacitivo.
36
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
4) Capacitivos – Estes são os sensores
mais confiáveis e que já foram usados em
milhões de aplicações. São baseados em
transdutores onde a pressão aplicada a diafragmas- sensores faz com que se tenha uma
variação da capacitância entre os mesmos e
um diafragma central, por exemplo.
Esta variação de capacitância tipicamente é usada para variar a frequência de
um oscilador, ou usada como elemento em
uma ponte de capacitores. Esta variação de
capacitância pode ser utilizada para variar
a frequência de um oscilador.
Esta frequência pode ser medida diretamente pela CPU e convertida em Pressão.
Neste caso não existe conversão A/D, o que
contribui na exatidão e eliminação de drifts
embutidos nas conversões analógicas/digitais.
Vale a pena lembrar que este princípio
de leitura totalmente digital é utilizado
pela Smar desde meados da década de 80
(a Smar é a única empresa brasileira e uma
das poucas no mundo a fabricar este tipo
de sensores).
Possuem respostas lineares e são praticamente insensíveis a variações de temperatura,
instrumentação
sendo os mais indicados em instrumentação
e controle de processos, já que possuem
excelentes performance em estabilidade, em
temperatura e pressão estática (figura 10).
Algumas de suas vantagens:
•Ideais para aplicações de baixa e alta
pressão;
•Minimizam o Erro Total Provável
e consequentemente a variabilidade
do processo;
•Ideais para aplicações de vazão;
•Por sua resposta linear, permite alta
rangeabilidade com exatidão.
5) Óticos – Ainda são pouco difundidos, mas vejamos abaixo alguns marcos da
evolução da fibra ótica:
•Foi inventada em 1952 pelo físico
indiano Narinder Singh Kanpany;
•1970: Corning Glass produziu alguns
metros de fibra ótica com perdas de
20 dB/km;
•1973: Um link telefônico de fibras
óticas foi instalado no EUA;
•1976: Bell Laboratories instalou um
link telefônico de 1 km em Atlanta,
e provou ser praticamente possível a
fibra ótica para telefonia;
•1978: Começa em vários pontos
do mundo a fabricação de fibras
óticas com perdas menores do que
1,5 dB/km;
•1988: O primeiro cabo submarino
de fibras óticas mergulhou no oceano e deu início à super estrada da
informação;
•2004: A fibra ótica movimenta cerca
de 40 bilhões de dólares anuais;
•2007: Fibra óptica brasileira faz
30 anos e o mercado americano de
sensores com fibra ótica movimentou
237 milhões de dólares;
•2014: perspectiva de movimento de
1,6 bilhões de dólares no mercado
americano de sensores com fibra ótica.
A sensitividade dos sensores a fibra, ou
seja, o distúrbio menos intenso que pode
ser medido, pode depender de:
•Variações infinitesimais em algum
parâmetro de caracterização da fibra
usada, quando a fibra é o próprio
elemento sensor;
•Mudanças nas propriedades da luz
usada, quando a fibra é o canal através do qual a luz vai e volta do local
sob teste.
Os sensores de Fibra Ótica são compactos
e apresentam sensitividades comparáveis ao
similares convencionais.
Os Sensores de pressão são construídos
com o emprego de uma membrana móvel
numa das extremidade da fibra.
Podemos citar as seguintes vantagens
destes sensores: alta sensibilidade, tamanho
reduzido, flexibilidade e resistência, baixo
peso, longa vida útil, longa distância de
transmissão, baixa reatividade química do
material, ideal para operar em ambientes
com risco de explosão e intrinsecamente
seguros, isolamento elétrico, ideal para
operar em ambientes com alta tensão,
imunidade eletromagnética, multiplexação
de sinais (uma única fibra pode possuir
dezenas de sensores: pode medir vibração,
pressão, temperatura, fluxo multifásico,
deformação, etc…).
Uma técnica utilizada em construção
de sensores óticos é o Interferômetro Fabry-Perot (figura 11): este dispositivo é usado
geralmente para medidas de comprimentos
de onda com alta precisão, onde essencialmente dois espelhos parcialmente refletores
(de vidro ou quartzo) são alinhados e se
obtém o contraste de franjas máximo e a
distância entre os mesmos pela variação
mecânica. Esta variação da distância poderia
ser gerada por pressão e, com isso, teríamos
um sensor de pressão.
Equipamentos Industriais
para Medição de Pressão
Na indústria, dentre os diversos equipamentos usados para medir pressão podemos
destacar dois deles: o manômetro e o transmissor de pressão.
O manômetro (figura 12) é usado para
leituras locais da pressão, possuindo normalmente uma conexão com o processo e
um display (quando eletrônico) ou ponteiro
(quando mecânico) para que se possa ler a
pressão localmente.
Normalmente, são dispositivos de baixo
custo usados quando a pressão não precisa
ser transmitida para um sistema de controle
e não seja requerida exatidão. Por exemplo,
pressões estáticas, pressões de bomba, etc.
Existem também modelos diferenciais,
vacuômetrros, sanitários, etc.
Um transmissor de pressão inteligente
(figura 13) combina a tecnologia do sensor
mais sua eletrônica.
Tipicamente, deve prover as seguintes
características:
F12. Exemplos de manômetros.
F11. Sensor de Pressão com Princípio de Fabry-Perot.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
37
instrumentação
F13. LD400 - Transmissor de Pressão HART/4-20 mA.
F14. Medição de nível em tanque aberto.
F15. Medição de nível em tanque fechado.
38
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
•Sinal digital de saída;
•Interface de comunicação digital
(HART/4-20 mA, Foundation Fieldbus, Profibus-PA);
•Compensação de pressão e de temperatura;
•Estabilidade;
•Deve permitir fácil e amigável calibração;
•Re-range com e sem referência;
•Autodiagnósticos;
•Fácil instalação e calibração;
•Alta confiabilidade;
•Baixos custos e curtos tempos de
instalação e manutenção;
•Redução na intrusão/penetração
(processo);
•Economizar espaços na instalação;
•Permitir upgrades para a tecnologia
Foundation Fieldbus e Profibus PA;
•Recursos de interface EDDL e FDT/
DTMs;
•Protetor de transientes, sem polaridade
de alimentação;
•Trava física para transferência de
custódia, etc.
Alguns pontos que os usuários devem
estar atentos, para não pagarem a mais por
algo que não vão usar ou que sua aplicação
não exija:
•Exatidão & Rangeabilidade: se são
necessários equipamentos com tais
requisitos, analise as fórmulas de
exatidão e veja que, às vezes, a exatidão
não é a anunciada em toda a faixa.
Veja outras características também
como tempo de resposta, Totalização,
PID block, etc., pois podem ser mais
úteis nas aplicações; e
•Proteção ao investimento: analise o
preço de sobressalentes, intercambiabilidade entre modelos, simplicidade de
especificação, atualização para outras
tecnologias (Fieldbus Foundation,
Profibus PA), prestação de serviços,
suporte técnico, prazo de reposição,
etc. São fatores que podem fazer com
que a disponibilidade da planta possa
ficar comprometida.
Os transmissores de pressão microprocessados possuem a grande vantagem de
permitirem uma melhor interação com o
usuário, com interfaces amigáveis.
Além disso, possuem características de
autodiagnose que facilitam a identificação
de problemas.
instrumentação
Com o advento das redes fieldbuses,
pode-se agora extrair ao máximo os benefícios da tecnologia digital.
Estes transmissores possuem melhor
exatidão, uma estabilidade eletrônica superior
aos modelos analógicos, além de facilitarem
ajustes e calibrações.
A tecnologia digital também permite que
poderosos algoritmos possam ser implementados a favor da melhoria de performance e
exatidão da medição e a monitoração on-line
da vida do equipamento.
Exemplos de Aplicações Típicas
com Transmissor de Pressão
A seguir, vêm exemplos típicos de aplicação com transmissor de pressão. Para
mais detalhes sobre cada aplicação consulte
a literatura disponível nas referências do
artigo. Vale a pena lembrar que a correta
instalação garante o melhor aproveitamento
dos equipamentos em termos de performance.
F16. Medição de vazão usando tubo de Pitot.
Medição de nível de líquidos
Veja as figuras 14 e 15.
Medição de vazão
Veja as figuras 16 e 17.
Medição de volume e massa
Veja as figuras 18 e 19.
Acessórios Importantes
na Medição de Pressão
e suas Variantes
Pela ampla gama de aplicações possíveis,
há a necessidade de dispor de alguns acessórios no uso dos transmissores de pressão.
Os mais comuns são os manifolds e os selos
remotos, como podemos ver na figura 20
a seguir. Os selos remotos têm a função de
transmitir a pressão de um ponto distante
do sensor, ou mesmo garantir condições
adequadas à medição no que se refere à
temperatura de processo. Os manifolds são
pequenas válvulas usadas para facilitar nas
operações de manuseio dos equipamentos,
calibração e manutenção em geral.
F17. Medição de vazão usando placa de orifício.
Como Especificar
Transmissores de Pressão
Especificações incompletas ou mesmo
com dados inconsistentes são bastante
comuns na documentação para compra de
transmissores de pressão. À primeira vista
parecem itens simples de projeto, porém são
muitos os detalhes que, se não corretamente
especificados, poderão gerar um prejuízo
F18. Medição de volume.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
39
instrumentação
na hora da montagem ou mesmo durante
a operação, podendo este ser maior que os
valores dos equipamentos envolvidos.
Este tópico procura esclarecer algumas
questões fundamentais no processo de
especificação de transmissores de pressão.
O que se pretende medir? – Pressão
manométrica, pressão absoluta, pressão
diferencial; outras grandezas inferidas a
partir de medições de pressão (vazão, nível,
volume, força, densidade, etc.).
Vale ressaltar que as medições de pressões
abaixo da atmosférica não necessariamente
requerem transmissores de pressão absoluta.
Os transmissores de pressão absoluta são recomendados apenas para evitar as influências
das variações da pressão atmosférica. Essa
influência só será crítica quando se mede
pressões muito próximas (acima ou abaixo)
da pressão atmosférica. Nos demais casos
podem ser usados sem problemas transmissores de pressão manométrica.
Para que medir pressão? – Em geral
mede-se pressão para: controle ou monitoração
de processos; proteção (segurança); controle
de qualidade; transações comerciais de fluidos
(transferências de custódia, medição fiscal);
estudos e pesquisas; balanços de massa e energia.
Esses objetivos devem ser considerados
na escolha dos equipamentos. Quesitos
mais rigorosos de desempenho tais como:
exatidão, limites de sobre-pressão e pressão
estática, estabilidade e outros podem encarecer desnecessariamente o projeto. Todos os
fabricantes em geral oferecem ao mercado
mais de uma versão de transmissores com
características técnicas distintas e obviamente
com preços também distintos.
Qual é o fluido do processo? – O
fornecedor deverá ser informado das características do fluido. Em geral o fabricante
poderá recomendar materiais ou conexões
especiais. Vale lembrar que a decisão final
será sempre do usuário ou da empresa de
engenharia envolvida. Alguns dados do
fluido de processo são fundamentais na
escolha do transmissor:
•Estado (líquido, gás, vapor) - Define
a posição da válvula de dreno/vent;
•Pressão máxima do processo - Importante para a avaliação dos limites
de sobrepressão e pressão estática do
transmissor;
•Temperatura máxima do processo Poderá ser determinante para o uso
de selos remotos ou apenas manter
uma distância mínima na linha de
impulso (tubing).
Opcionais – Alguns opcionais podem ser
incluídos no fornecimento dos transmissores:
•Indicador local - Esse item não tem
um custo muito alto e é muito útil,
pois não só permite a leitura da
variável em unidades de engenharia
(kgf/cm2, bar, mmH2O, Pa, psi, etc.)
como também facilita a configuração
do transmissor quando não se dispõe
de um configurador.
•Manifold - A compra casada (transmissor + manifold) traz vantagens
comerciais e evita qualquer incompatibilidade técnica na montagem.
F19. Medição de massa.
40
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
•Suporte para tubo de 2” - Esse item
é quase obrigatório. Alguns suportes
permitem também a montagem em
superfícies planas. Recomenda-se
especificar o suporte com pelo menos
os parafusos e porcas em aço inox,
garantindo-se uma melhor resistência
às atmosferas corrosivas.
•Prensacabos - Esse item pode ser encomendado junto com o transmissor.
Recomenda-se porém, incluí-lo na
compra do material de montagem,
garantindo a compatibilidade com
a bitola do cabo a ser utilizado.
Protocolo de comunicação – Os
protocolos de comunicação mais comuns
são: 4-20 mA + HART; WirelessHART;
Foundation Fieldbus e Profibus PA.
Alguns fabricantes oferecem ao mercado,
transmissores que com a simples substituição
da placa de circuito eletrônico ou apenas do
firmware, o transmissor muda sua versão de
protocolo. Podem ser usados em sistemas
distintos.
Os fabricantes também fornecem junto
com os transmissores, CDs com todos os
arquivos (DDs e DTMs) de seus transmissores, garantindo a comunicação e interoperabilidade com os diversos sistemas de
controle do mercado.
Ferramentas especiais – Para os
transmissores com protocolo Foundation
Fieldbus ou Profibus PA , não serão necessários configuradores portáteis, uma vez
que a própria ferramenta de configuração
das redes, geralmente instalada nos computadores de supervisão ou em alguma
estação de engenharia, é também capaz
de acessar e configurar os instrumentos.
Para os projetos convencionais (4-20 mA
+ HART), recomenda-se a aquisição de
configurador portátil (hand held). Em alguns
transmissores, a configuração poderá ser
feita diretamente nos instrumentos, com
uso de recursos como chave magnética ou
botoeiras locais.
Pré-configurações – Nos transmissores convencionais (4-20 mA + HART) é
possível solicitar ao fabricante, em geral sem
custos adicionais, algumas pré-configurações:
extração de raiz quadrada; faixa calibrada;
indicação no display em unidades de engenharia (pressão); indicação no display em
unidades especiais, por exemplo: m3/h, l/h,
m3. Nesse caso deve-se informar previamente
a unidade e a escala.
instrumentação
Certificações – É comum o usuário
solicitar ao fabricante, certificados de calibração emitidos por laboratório rastreado
pela RBC. Os fabricantes sempre fornecem
certificados padronizados que são gerados
e emitidos durante a fase de fabricação
dos instrumentos. Outros certificados de
calibração, quando emitidos por laboratório
de metrologia rastreado pela RBC, podem
demandar em maior prazo de entrega e em
geral resultam em custos adicionais.
Outra certificação importante deve ser
observada quando se usa transmissores em área
classificadas. Os projetos de instrumentação
para esses casos adotam normas atendendo:
prova de explosão, segurança aumentada ou
segurança intrínseca. Os certificados são
distintos e é responsabilidade do usuário
sua correta utilização. O mesmo vale para
SIS, Sistemas Instrumentados de Segurança.
Conexões especiais – Em aplicações
com fluidos agressivos, temperatura ou viscosidade alta, sólidos em suspensão, recomenda-se
o uso de transmissores com selos remotos ou
integrais (os transmissores com selos integrais
são chamados de transmissores de nível).
Deve-se, sempre que possível, evitar o
uso de selos, pois estes degradam a exatidão
da medição, aumentam o tempo de resposta
do transmissor e sofrem grande influência
da temperatura ambiente.
Os selos com conexões flangeadas deverão
ser compatíveis com os flanges de processo
e respeitar as classes de pressão estabelecidas
nas tabelas de pressão e temperatura das
respectivas normas.
Faixa de pressão/rangeabilidade
– Os fabricantes adotam uma terminologia
padronizada que precisa ser conhecida:
•URL - Limite superior para a faixa
de calibração;
•LRL - Limite inferior para a faixa de
calibração (em geral LRL = - URL);
•URV - valor superior da faixa calibrada
(deverá ser menor ou igual à URL);
•LRV - valor inferior da faixa calibrada
(deverá ser maior ou igual à LRL);
•SPAN - URV – LRV (deverá ser maior
que o SPAN mínimo do instrumento);
•A relação URL / SPAN mínimo define
a rangeabilidade do instrumento.
Os catálogos dos fabricantes em geral
mostram os valores de URL, LRL, e SPAN
mínimo para as diversas faixas dos transmissores. Pode-se observar que o SPAN mínimo
de uma determinada faixa será sempre
F20. Acessórios para várias aplicações com transmissores.
maior que o URL da faixa imediatamente
inferior. Exemplo:
•Faixa 4 - URL: 25 kgf/cm2; Span mínimo: 0,21 kgf/cm2; limites de sobrepressão ou pressão estática: 160 kgf/cm2;
•Faixa 5 - URL: 250 kgf/cm2; Span
mínimo: 2,1 kgf/cm2; limites de sobrepressão ou pressão estática: 320 kgf/cm2;
Para uma aplicação com faixa calibrada
: 0 a 20 kgf/cm2, é possível usar o faixa 4
ou mesmo o faixa 5. Deve-se, entretanto,
escolher sempre o de faixa inferior. Todas
as especificações de estabilidade, efeito da
temperatura, efeito da pressão estática são
determinados com valores percentuais de
URL. Uma exceção para essa escolha se dá
quando os limites de sobrepressão ou pressão
estática podem ser atingidos. No exemplo
acima, esse limite é de 160 kgf/cm2 para o
faixa 4 e 320 kgf/cm2 para o faixa 5.
Recursos funcionais – Alguns transmissores possuem recursos funcionais bastante interessantes. Para os transmissores
com protocolo Foundation Fieldbus, é
importante conhecer a biblioteca de blocos
funcionais disponível.
O usuário deve se informar não apenas
sobre a diversidade desses blocos, como
também sobre a política de comercialização
desses recursos. Alguns fabricantes fornecem
o instrumento com alguns blocos básicos e
cobram adicionais para inclusão de blocos
avançados.
Importante é também se informar
sobre a quantidade de blocos que podem
ser processados em um único transmissor.
Este limitante pode ser crítico em projetos
com malhas de controle mais complexas.
Para os transmissores convencionais
(4-20 mA + HART) é possível também o
uso de funcionalidades adicionais:
Controle PID – Nessa configuração
o transmissor realiza o algoritmo PID,
comparando a variável do processo com
um set-point pré-ajustado e gera o sinal de
saída de corrente para conexão direta ao
posicionador da válvula de controle. Esse
recurso é válido para malhas simples de
controle e que não necessitam de intervenções
do operador (sempre em automático com
set-point constante).
Totalização de vazão – O transmissor
de pressão diferencial quando usado em
medições de vazão pode ser configurado
para indicação local da vazão totalizada,
além da instantânea.
Conclusão
Vimos aqui um pouco da história da medição de pressão, sua importância na automação
e controle de processos, peculiaridades de
alguns tipos de sensores, aliados aos avanços
tecnológicos nos transmissores de pressão.
Vimos também os cuidados referentes às
instalações e às especificações de transmissores
e as tendências de mercado.
MA
Declaração de Copyright
Todas as ilustrações, marcas e produtos mencionados neste artigo pertencem aos seus respectivos proprietários, assim como qualquer outra
forma de propriedade intelectual, sendo usadas
estritamente em caráter educacional.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
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instrumentação
Aplicação de Cilindros
Pneumáticos em
Controle Modulante
Neste artigo abordaremos os atuadores cilíndricos pneumáticos utilizados para controle de processos.
Celso Nobre
Q
saiba mais
O Avanço da Pneumática através da
"Dupla Pressão"
Mecatrônica Atual 02
Circuitos Eletropneumáticos
Industriais
Mecatrônica Atual 03
Instrumentação Pneumática
Mecatrônica Atual 11
42
Quando se fala em controle de processos
industriais, dois conceitos nos vêm à mente:
•Controles discretos: do tipo on-off,
liga-desliga ou abre-fecha. Exemplos: os postes de iluminação das
ruas; embaladores automáticos com
controle de peso ou volume; fornos
elétricos, termostato de aparelhos de
ar-condicionado; nível de tanques e
caixas d’água etc.
•Controles contínuos: também conhecidos como “modulantes” em que as
válvulas ou registros adotam posições
intermediárias entre a posição tudo
aberto (100% de abertura) ou tudo
fechado (0% de abertura). Exemplo:
vazão em tubulação; combustão em
fornos industriais; temperaturas de
reatores químicos, pressão em caldeiras, nível de estocagem ou separação
de produtos, etc.
Em geral, as válvulas ou registros, também
conhecidos como elementos finais de controle,
precisam de uma determinada força para se
movimentar, dependendo do seu tamanho,
aplicação ou característica construtiva. Essa
força é originária de um atuador que pode
ser elétrico, hidráulico ou pneumático.
Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Atuadores para Controle Contínuo
Tipo Diafragma
Próprio para válvulas lineares. É composto
basicamente por uma câmara separada em
dois compartimentos por um diafragma de
borracha com uma haste no centro. Ao se
pressurizar um lado da câmara, o diafragma se deforma promovendo um movimento
na haste. O outro lado da câmara alivia a
pressão para facilitar o movimento da haste.
Este tipo de atuador pode ser de dupla
ação, com pressurização e despressurização
nos dois lados da câmara; ou de simples
ação com retorno por mola, com pressão
aplicada em uma só das câmaras, conforme
ilustra na figura 1.
Este atuador é o mais comumente encontrado em instalações industriais. Em
geral tem construção simples e, por isso, é
de fácil manutenção; a pressão de alimentação é baixa, tipicamente 3 a 15 psi (pound
per square inch); baixo custo e, no caso de
retorno por mola, tem um ação predeterminada em caso de falha.
Entretanto, quando a válvula ou elemento final de controle requer forças maiores
ou cursos da haste superiores a 100 mm,
instrumentação
por exemplo, este tipo de atuador acaba ficando muito grande em peso e dimensões,
e passa a requerer pressões mais altas. Tais
fatos podem torná-lo pouco conveniente ao
controle de processos.
Tipo Pistão ou Cilindro Pneumático
Para resolver as questões de torques
grandes e cursos maiores da haste, é comum
adotar-se atuadores do tipo pistão ou cilindro
pneumático, tal como mostra a figura 2.
As forças disponíveis variam entre 100
kgf e 2.000 kgf, o que permite uma diversidade de aplicações, tais como comportas
de silos. As pressões de alimentação também são maiores do que as permitidas para
o atuador do tipo diafragma.
O tempo de resposta é rápido, além de
ter um peso e dimensões menores, se comparado com o equivalente do atuador do
tipo diafragma, para uma mesma força. É
adaptável às variações do torque da válvula,
significando que, em caso de desgaste ou
agarramento da haste da válvula, é possível aplicar pressões maiores para atingir-se
a abertura necessária da válvula.
Ao se escolher cilindros pneumáticos
para controle modulante, deve-se atentar
para a posição de segurança em casos de
falha. Enquanto os atuadores por diafragma
e pistões menores usam o retorno por mola
para levar a haste da válvula para uma posição segura em caso de falha, os cilindros
irão requerer dispositivos acessórios para
executar a função de falha segura.
Os cilindros requerem o uso de posicionador para modular a posição do elemento
final de controle de forma precisa e eficaz. A
aplicação de cilindros pneumáticos é muito
atraente para acionamento de aletas de tiragem de fornos, conhecidos como “dampers”,
ou então controle de comportas de silos de
armazenamento de grãos ou minérios, entre
outras aplicações.
F1. Atuador tipo Diafragma.
F2. Atuador tipo Cilimdro Pneumático.
Os Posicionadores e
Cilindros Pneumáticos
Os posicionadores foram originalmente
desenvolvidos para serem instalados em válvulas
de controle que utilizam um atuador do tipo
diafragma, como os que foram inicialmente
descritos neste artigo. Os requisitos técnicos
de desempenho de posicionadores para atuadores tipo diafragma são os mesmos que para
os cilindros pneumáticos. Os ajustes e sintonia
dos parâmetros de controle dos posicionado-
F3. Posicionador controlando um cilindro pneumático de forno industrial.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
43
instrumentação
res são similares, quer aplicados a cilindros
ou atuadores tipo diafragma. O sistema de
pressurização é o mesmo em ambos os casos.
Como os posicionadores foram concebidos para operar em válvulas de controle
com atuador do tipo diafragma, a maioria,
senão a totalidade, dos posicionadores oferecidos no mercado é adequada para cursos
máximos de haste da válvula variando entre
100 mm e 120 mm.
Por outro lado, os cilindros pneumáticos
mais usuais têm um curso máximo de até
1000 mm. Resta então projetar um dispositivo de acoplamento mecânico adequando
o posicionador para cursos maiores.
Soluções Dedicadas
F4. Cilindro pnumático e posicionador controlando uma válvula-mangote para mineração.
F5. Régua oblíqua.
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Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
A criatividade do profissional de controle de processos é bastante útil quando se
trata de resolver problemas da planta. Afinal de contas, o processo não pode parar e
a produtividade e lucratividade da empresa
dependem de um bom controle.
Na figura 3, vê-se um posicionador controlando um cilindro pneumático na tiragem
de um forno em uma planta termoelétrica
para geração de energia no México. A solução
aqui foi transformar o movimento linear do
cilindro em um movimento rotativo através
de um dispositivo envolvendo alavancas.
O sinal da posição do cilindro é “lido”
por um sensor próprio para movimentos rotativos. O sinal de posição real da haste do
cilindro é comparado com a posição ideal
(set point) e, se necessário, o posicionador
varia a pressão das câmaras do cilindro até
que a posição ideal seja atingida.
A figura 4 mostra um cilindro pneumático e um posicionador no controle de uma
válvula mangote pronta para ser instalada
no processo de uma empresa de mineração
no Brasil. Este é um caso em que um atuador tipo diafragma não consegue atingir a
força necessária para movimentar a válvula.
Da mesma forma, o movimento linear
de estrangulamento da válvula mangote é
transformado em um movimento rotativo
por meio de hastes de alavancas. O processo
de correção da posição de abertura da válvula
é similar ao do caso anterior.
Como se vê, a inventividade dos profissionais de automação resolve os problemas
específicos de controle automático da planta.
A questão é que para cada aplicação, uma
nova solução tem que ser projetada. E, infelizmente, a solução não é repetitiva.
instrumentação
Soluções Definitivas
Como forma de encontrar soluções repetitivas, com redução de custo de produção e
com melhor desempenho, os fornecedores
de sistemas de automação colocaram em
prática diversas ideias. Algumas se tornaram
realidade. Mas seriam consideradas pouco
práticas e de alto custo.
Muitos ajustes, alavancas a serem montadas, a utilização de cames de caracterização
de abertura, desgastes precoces dos materiais
de partes mecânicas móveis e outros tantos
fatores acabaram inviabilizando as ideias
criativas, mas já indicavam qual o caminho
mais adequado a seguir.
Abriram-se novas possibilidades com o
surgimento de novas tecnologias de materiais
e com implementação eletrônica em substituição aos antigos controles mecânicos ou
pneumáticos. O surgimento de materiais
mais resistentes mecânica e quimicamente
e, ao mesmo tempo, mais flexíveis permitiu
a adoção de soluções até então impossíveis
para as questões mecânicas. A digitalização
dos antigos controladores e posicionadores
mecânicos também abriu um leque de possibilidades de estratégias de controle, lógica
e comunicação até então indisponíveis aos
desenvolvedores de tecnologia.
A primeira ideia foi reduzir o movimento
da haste do cilindro para valores compatíveis
com os posicionadores existentes no mercado.
Adotou-se a régua oblíqua, conforme mostra
a figura 5. Com esta régua, transforma-se
um movimento de grande amplitude, de até
1000 mm, em outro de amplitude reduzida,
ortogonal ao primeiro. A animação a seguir
ilustra o princípio de funcionamento:
A seguir, acoplou-se o posicionador ao
sistema da régua através de dispositivos projetados para facilitar a montagem e posta
em marcha de todo o sistema. A figura 6
mostra vários dispositivos destinados a evitar
travamento da régua, além de incrustações
de materiais normalmente encontrados nas
plantas de processos, principalmente aquelas
que contêm poeira em suspensão ou produtos que podem se solidificar.
Assim, é possível conseguir forças de acionamento para extensões maiores do que aquelas
disponíveis em atuadores do tipo diafragma.
As forças disponíveis nos atuadores cilíndricos pneumáticos – ACP Linear, da Smar são
mostradas no gráfico da figura 7.
MA
Celso Nobre é Gerente de Produtos da Smar
Equipamentos Industriais Ltda.
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Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
F6. Posicionador acoplado ao sistema da régua oblíqua.
F7. Forças disponíveis nos cilindros pneumáticos.
manutenção
Engenharia de
Manutenção
Técnica da Inspeção Visual
O tema deste artigo é a Técnica de Inspeção Visual, uma
das mais antigas e importantes ferramentas utilizadas pela
Engenharia de Manutenção de qualquer processo industrial devido a sua simplicidade de execução e baixo custo
operacional.
Alexandre Comitti
A
saiba mais
Termovisores Fluke
Revista PC&Cia 97
Engenharia de Manutenção: Análise
de Falhas
www.mecatronicaatual.com.
br/secoes/leitura/774
Engenharia da Manutenção Redução
de queima em motores elétricos
www.mecatronicaatual.com.
br/secoes/leitura/802
Termografia Aplicações em Alta
Tensão – Subestações
www.mecatronicaatual.com.
br/secoes/leitura/732
inspeção visual é uma das técnicas de Engenharia de Manutenção de maior simplicidade
em sua realização, e de menor custo operacional. Ela depende do poder de observação
do indivíduo e da capacidade técnica do
mesmo em compreender o significado da
falha ou evento. Por sua simplicidade, não há
nenhum processo industrial em que ela não
esteja presente, sendo utilizada normalmente
na verificação de alterações dimensionais,
desgastes, corrosão, deformação, alinhamento,
trincas e outros...
Atualmente, existem no mercado câmeras
digitais de grande capacidade para armazenamento de fotos e de excelente resolução
gráfica, tais câmeras, permitem a confecção
de relatórios que demonstrarão as ocorrências
do meio industrial, sendo um meio eficaz
para registro e confecção de históricos de
manutenção, bem como de suporte para
análise e tomadas de decisão; podendo
ser, ainda, empregada como um meio para
realização de Manutenção Preditiva.
Nesse sentido, a Inspeção Visual é um
procedimento que ajuda a detectar rapidamente os pontos críticos e/ou problemáticos
de uma instalação ou sistema. E, conforme
se verá, é um procedimento que exige conhecimento técnico, objetividade e bom
senso. O seu principal objetivo é verificar
se os componentes e equipamentos de sua
planta estão:
•em conformidade com as Normas
aplicáveis;
•corretamente selecionados e instalados
de acordo com as Normas aplicáveis;
•não danificados visivelmente, de
modo a restringir seu funcionamento
adequado e sua segurança.
Exemplos de Problemas
Detectados por Inspeção Visual
Com o objetivo de demonstrar o emprego desta ferramenta na detecção de
falhas, ilustramos, com fotos, exemplos
de inspeções visuais realizadas por pessoal
técnico de Manutenção.
Caso 1:
Emenda em Cabo de Neutro da Instalação, com falha na isolação dentro da
bandeja. Risco de Curto-Circuito (figura 1).
Ação corretiva: passar fita isolante no
local faltante.
Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual
47
manutenção
Caso 2:
Queima da câmara externa do disjuntor
(figura 2).
Ação corretiva: substituir o disjuntor para
revisá-lo. Após sua retirada, constatou-se
que houve um mau encaixe dos contatos
internos do mesmo (durante processo de
abertura/fechamento do disjuntor), gerando
seu desgaste.
Caso 3:
F1. Emenda em cabo de neutro da intalação com falha de isolação.
Apresentou problema de fuga para terra,
ou seja, a isolação de AT passou a conduzir
devido à deterioração da mesma pela presença
de ácido, vindo a descarregar sobre o terra
no ponto indicado pela seta em vermelho
na figura 3.
A mufla e sua isolação foram refeitas, e
a mesma foi afastada do barramento. Pois,
ela encontrava-se junto ao barramento (no
ponto indicado pela seta em vermelho);
salientamos tratar-se de 13,2 kV – não
sendo necessário contato direto para haver
condução. O problema foi detectado devido
ao alto ruído provocado pelo defeito, em
uma inspeção visual de rotina.
Caso 4:
F2. Mau encaixe dos contatos internos do
disjuntor.
F3. Problema de fuga para a terra.
Disjuntor “jumpeado”, com defeito na
Fase S (figura 4).
Ação corretiva: substituir o disjuntor.
Observação: esta ação é feita em emergência
para não parar o equipamento, devendo ser
reestabelecida a condição original, o mais
breve possível, pois, o equipamento fica
sem proteção.
Caso 5:
Terminal com mau contato, com presença
de oxidação (óxido de cobre, também chamado de “zinabre” ou “azinhavre” (figura 5).
Ação corretiva: fazer a limpeza do
local, substituir terminal e refazer conexão
(figura 6).
Observação: foi detectado em uma inspeção visual; neste caso, a Termografia não
detectou o problema, pois o painel estava
desligado quando da inspeção termográfica.
Caso 6:
F4. Disjuntor "jumpeado" com defeito na fase S.
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Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
Mangueira furada após a reguladora de
pressão da máquina (figura 7).
Ação corretiva: Cortar a mangueira no
vazamento e deslocá-la para o novo ponto. Se
o tamanho da mangueira não for suficiente,
substituí-la (figura 8).
manutenção
Caso 7:
Motor trabalhando sem ventoinha e
tampa traseira.
Ação corretiva: Revisar o motor e
restaurá-lo à condição original para evitar
sua queima.
Exemplos de Inpeções Visuais
Aplicadas à Análise de Falhas
Em outra forma de emprego da inspeção visual, trata-se do registro e análise de
falhas em equipamentos e componentes,
objetivando iniciar processo de correção
de irregularidades:
F5. Terminal com mau contato.
F6. Substituição do terminal oxidado.
Caso 8:
Motivo da Queima do Motor 100 CV
(19/11/01) – 6 polos: curto contra a massa.
Sendo, portanto, um defeito de isolamento
na fabricação do produto. Veja a figura 9.
Foi encaminhado para ser rebobinado
pela Assistência Técnica do fornecedor do
motor (por estar dentro do prazo de garantia
do produto), após emissão de laudo técnico
sobre a causa da queima.
Caso 9:
Motivo da Queima do Motor (400 CV):
sobrecarga (figura 10).
Provocada por mau contato nos cabos
de ligação do motor.
Embora este motor possuísse Partida
Suave (Soft-starter), esta não atuou. Supõe-se
que o mau contato provocou uma assimetria
de carga, que não permitiu ao Soft-starter
visualizar o defeito e proteger o motor. A
proteção de sobrecarga do Soft-starter é dada
pela Média da Somatória das Correntes das
3 Fases. A atuação em caso de falta de fase
é instantânea.
O motivo do mau contato nos cabos de
ligação do motor se deveu a má prensagem
do terminal, pois um deles separou-se, facilmente, do cabo após a queima (figura 11).
Outro fator determinante pode estar
ligado ao subdimensionamento do terminal,
o mesmo apresentaria pouca área de contato
elétrico (conector sextavado) para a elevada
corrente circulante (ou seja, em torno de 450
A em regime normal de trabalho). Acrescentamos que estes terminais acompanham
o motor na compra do mesmo.
Este motor encontrava-se dentro da
Garantia oferecida pelo Fabricante e foi
rebobinado pela Assistência Técnica após
a apresentação de laudo técnico.
F7. Mangueira furada.
F8. Ação corretiva: corte da mangueira e deslocamente para novo ponto.
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manutenção
Inspeção Indireta Através
de Alicate-Amperímetro
Na figura 12, ilustramos com um exemplo uma maneira indireta de se fazer uma
inspeção visual através de um instrumento
de medição, o alicate-amperímetro.
Estes terminais são dos cabos de ligação
de um motor. Neste caso, a falha (queima
do motor) foi evitada mediante a utilização
do alicate-amperímetro, monitorando-se as
correntes (carga) do motor.
Conclusão
F9. Curto-circuito contra a massa.
F10. Sobrecarga provocada por mau contato nos cabos de ligação do motor.
F11. Má prensagem do terminal no cabo de ligação do motor.
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Mecatrônica Atual :: Julho/Agosto 2012
A inspeção visual pode não apenas
servir como um instrumento de Preditiva e
análise de equipamentos/componentes, mas
também para Emissão de Laudos Técnicos
para equipamentos em Garantia que estejam
danificados, contribuindo para a não assimilação de custos indevidos na Manutenção
(conforme já mostrado em item anterior).
Nos casos de equipamentos/componentes
danificados já fora da Garantia, serve como
forma de avaliação dos mesmos, ajudando
a se tomar medidas preventivas/corretivas
para evitar repetições do fato.
Os relatórios baseados nestas inspeções
formarão um excelente Histórico de Manutenção, que será de valia para tomadas de
decisão referentes a Investimento na Empresa.
Hoje em dia, o grande paradigma na
área de Manutenção consiste em evitar
que as falhas, quebras, queimas e danos
ocorram, não bastando apenas consertar a
quebra o mais rápido possível, mas evitando
que ela ocorra.
Existem no mercado várias técnicas e
ferramentas de Manutenção Preditiva, no
entanto, a mais simples e a de menor custo
ainda é a Inspeção Visual, e para que esta
técnica possa ser aplicada na Manutenção
se faz necessário boa capacitação técnica
dos profissionais de Manutenção.
MA
F12. Terminais dos cabos de ligação do motor.

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