Mecatrônica Atual
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Mecatrônica Atual
Editora Saber Ltda Diretor Hélio Fittipaldi www.mecatronicaatual.com.br Editor e Diretor Responsável Hélio Fittipaldi Revisão Técnica Eutíquio Lopez Redação Augusto Heiss Publicidade Caroline Ferreira Nikole Barros Designer Diego Moreno Gomes Colaboradores Alexandre Capelli Alexandre Comitti Celso Nobre César Cassiolato Enzo Bertazini Eutíquio Lopez Filipe Pereira Vitor Cássio Duarte Porto PARA ANUNCIAR: (11) 2095-5339 [email protected] Capa Plataforma P56 – Petrobrás / Divulgação Impressão Neograf Gráfica e Editora Distribuição Brasil: DINAP Portugal: Logista Portugal tel.: 121-9267 800 ASSINATURAS www.mecatronicaatual.com.br fone: (11) 2095-5335 / fax: (11) 2098-3366 atendimento das 8:30 às 17:30h Edições anteriores (mediante disponibilidade de estoque), solicite pelo site ou pelo tel. 2095-5330, ao preço da última edição em banca. Mecatrônica Atual é uma publicação da Editora Saber Ltda, ISSN 1676-0972. Redação, administração, publicidade e correspondência: Rua Jacinto José de Araújo, 315, Tatuapé, CEP 03087-020, São Paulo, SP, tel./fax (11) 2095-5333 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. Atendimento ao Leitor: [email protected] Associada da: Associação Nacional das Editoras de Publicações Técnicas, Dirigidas e Especializadas 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 oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanções legais. As consultas técnicas referentes aos artigos da Revista deverão ser feitas exclusivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Técnico). São tomados todos os cuidados razoáveis na preparação do conteúdo desta Revista, mas não assumimos a responsabilidade legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampouco assumimos a responsabilidade por danos resultantes de imperícia do montador. Caso haja enganos em texto 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 alterações nos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o fechamento. 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, 6 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 7 //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. 8 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 41 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. 44 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. 46 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. 48 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. Julho/Agosto 2012 :: Mecatrônica Atual 49 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. 50 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.