revista mecatronica atual - edicao 005

8/8/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 005

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3MECATRNICA ATUAL N 5 - AGOSTO/2002

SEO DO LEITOR

CAD

A s s i n a t u r a s

InternetShareware baseado no CAD

Aos editores: fao curso de Eletrnica no CEFET-SP e gostaria de sa-ber se existe na net algum programa shareware ou freeware baseado noCAD para download . Se vocs puderem me ajudar, ficarei muito agradeci-do. Sem mais,

Gilson Christovan

Ol Gilson. Existe um programa chamado VDraft que semelhante ao AutoCAD. Ele pode ser usado para fazer desenhos bsicos apenas em duas dimenses e abre desenhos feitos no AutoCAD. Voc pode fazer o download da verso shareware deste programa no endereo: www.vdraft.com .

Artigos na Internet

Prezados senhores, gostaria de saber se vocs vo disponibilizarna Internet as matrias das revistas j lanadas. Seria muito interes-sante para divulgar cada vez mais a revista. Um abrao.

Srgio

Caro Srgio. Sim, pretendemos, num futuro prximo, disponibilizar algumas matrias da revista no nosso si te (www.meca tronicaatual.com.br) . Assim, os leitores podero conhecer melhor a revista e tambm utilizar o site para suas pesquisas. Aguarde!

Assinatura e nmerosatrasados

Esta a primeira vez quecompro a revista MecatrnicaAtual. Vocs esto de para-bns, pois uma revista defcil compreenso e de bomcontedo. Serve muito bempara quem estuda e gosta doassunto. Atualmente, fao Fa-culdade de Engenharia Mec-nica-Mecatrnica, na USP-EESC, em So Carlos, e es-tou passando para ps-gradu-ao. Gostaria de sabe r comoassinar esta revista e de re-ceber tambm as edies an-teriores (n 01,02 e 03), poisso de muita valia para mim.Atenciosamente.

Andr Mirandola

Prezado Andr. Que bom que a revista o est auxilian- do na sua trajetria profissio- nal, pois este o nosso objetivo. Obrigado pelo elogio. Aassinatura da revista pode ser fei ta no endereo www.mecatronicaatual. com.br/ assinatura ou pelo telefone 11 61924700. As edies anteriores podem ser adquiridas no endereo www.meca t r o n i c a a t u a l . c o m . b r / e d i - coes.htm ou no mesmo telefone j mencionado.

E

r r a m o s

Endereo

SEODO

SEO DO LEITOR

Obrigado a todos os leitores que nos enviaram cartas e e-mails.Infeliz-mente, o espao no suficiente para publicar todas as cartas, mas esco-lhemos aquelas que julgamos trazer informaes para a maior parte dosleitores. Continuem enviando os seus comentrios, crticas e sugestes,pois somente com esse suporte poderemos adequar as nossas publica-es ao que os leitores necessitam.

Cartas : Editora SaberRua Jacinto Jos de Arajo, n 315CEP 03087-020 So Paulo SP BrasilE-mail: [email protected]

Erramos

Na ltima edio, no arti-go Sensores, na pgina 22,a e q u a o q u e c a l c u l a aimpedncia :

XL=2 fL

E no:XL=2 fL


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MECATRNICA ATUAL N 5 - AGOSTO/20024

SEO DO LEITOR

Qualdas duas?

Armdroid

Mecatrnica

no exterior

IndstriaMecatrnica Atual

na indstria

Prezados Senhores. Nossa empresa, KalatecAutomao, est no mercado de Automao Indus-trial h mais de 13 anos, e acreditamos, sem sombra

de dvida, que a revista Mecatrnica Atual preen-che uma lacuna informativa h vrios anos abertano ramo industrial. Somos assinantes e leitores des-sa publicao que fornece, de maneira simples, pre-ciosas informaes para um universo em constantetransformao: a Automao Industrial. Atenciosa-mente.

Samir Kassouf - Gerente de Aplicao

Prezado Samir. com muita satisfao que rece- bemos as suas palavras de incentivo. A principal mo- tivao de criarmos esta revista foi justamente pre- encher esta lacuna que voc mencionou, pois existem informaes que somente o dia-a-dia da Inds- tria ir ensinar. E por isso que contamos com cola- boradores que atuam diretamente no ramo industrial para garantir que as informaes que aqui publica- mos sejam realmente teis e faam valer o dinheiro gasto com esta revista.

O robArmdroid

Ol, meu nome Richard Schubert, eu souestudante do 3 ano do curso tcnico de Ele-trnica, e preciso fazer um projeto de forma-tura para feira tcnica do colgio. Eu tenhoum projeto quase pronto, s que eu precisode um brao mecnico parec ido com oArmdroid , e gostaria que vocs me indicas-sem onde eu poderia compr-lo, ou comofaz-lo. Atenciosamente,

Richard Schubert

Prezado Richard, o rob Armdroid ummanipulador movimentado por seis motores

de passo, sem nenhum tipo de sensor de po-sio (trabalha, portanto, em malha aberta).Ele feito pela Colne Robotics. Co., da In-glaterra, mas no sei se atualmente est sen-do fabricado, nem o endereo eletrnico dosfabricantes. Aqui, no Brasil, existem outrosbraos mecnicos disponveis no mercado.Um deles o Rob Colpix, fabricado pelaempresa Edacom, de So Paulo(www.edacom.com.br ). Embora no seja es-tritamente das mesmas caractersticas doArmdroid, talvez possa satisfazer seus reque-rimentos.

Mecatrnica Atual no exterior

Visitando sites de Eletrnica que tratam deRobtica e Automao, encontrei a sua pgina, ondevi que vocs publicam a revista Mecatrnica Atual

(Inversores de Freqncia, Robs Manipuladores,Eletropneumtica). Minha pergunta se posso con-seguir esta revista aqui em Monterrey, no Mxico.Agradeceria muito por esta informao.

Francisco

Caro Francisco. Por enquanto as nossas publica-es so distribudas somente no Brasil, pela Dinap,e em Portugal, pela Midesa, mas voc pode adquiriras revistas via assinatura (www.mecatronicaatual.com.br/assinatura ou + 55 1161924700, ou via nmeros atrasados ( www.mecatronicaatual.com.br/edicoes.htm ou + 55 1161924700). No deixe de nos acompanhar!

Qual das duas?

Meu nome Leonardo Francisquini e gostaria de obteralgumas informaes.Sou estudante de EngenhariaMecatrnica na PUC-MG. Qual das duas revistas(Mecatrnica Atual e Mecatrnica Fcil) mais indicadapara o meu nvel de conhecimento? Caso sejam as duas,existe alguma promoo ou desconto paraassin-las simultaneamente? Aguardo retorno. Obrigado,

Leonardo Francisquini

Caro Leonardo. Na verdade, as duas revistas servem para voc, pois uma delas, a "Mecatrnica Fcil traz matrias bsicas, que so muito importantes para auxiliar no seu aprendizado, alm dos projetos prticos, que atravs do carter ldico da Mecatrnica traz em uma srie de informaes importantes. J a Mecatrnica Atual lhe mos- trar o que voc vai encontrar na Indstria em termos de Mecatrnica, o que eu nem preciso dizer que fundamen- tal. No momento, no estamos fazendo uma promoo de assinatura conjunta. Isto porque as duas revistas j esto com preo promocional nas suas assinaturas. Para maio- res informaes, voc poder entrar em contato com o de- partamento de assinaturas no telefone 11 61924700 ou pelo e-mail [email protected].


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NOTCIAS

5MECATRNICA ATUAL N5 - AGOSTO/2002

. . . SOLU E SPROBLEMAS E...

NOVIDADE

1 CASO

SOLUESSOLUESSOLUESSOLUESSOLUEStendendo as solicitaes dos nossos leitores, fi-nalmente, criamos a seo Problemas e Solu-

es na Automao Industrial. Esse espao estdisponvel para relatar as experincias em campo dosprofissionais da rea tecnolgica.

A inteno desse servio estabelecer umfrum de casos reais. Dessa forma, pretende-mos oferecer idias ao leitor, que pode encontraraqui a soluo para seu problema. Caso voc te-nha uma experincia interessante, ou uma soluo

A prtica, nas reas de: mecnica industrial,eletrotcnica, eletrnica, eletropneumtica,eletrohidrulica, robtica, CLPs, CNCs, etc., no dei-xe de colaborar. Nos envie atravs do [email protected] .

A divulgao do seu case, alm de agregar valorao seu curriculum , contribuir muito para a empre-gabilidade do nosso pblico. No se esquea, porm,que essa seo destinada s aplicaes industriais.

Sejam todos bem-vindos!

Rudo eletromagntico em mquina-ferramentacausa transtornos vizinhana.

Alexandre Capelli

cerca de dois anos recebi uma solicitao deassistncia tcnica atpica. Um cliente, que aca-

bara de comprar um Centro de Usinagem com CNC,estava impossibilitado de utilizar sua mquina por-que o vizinho (ou melhor vizinha) reclamava de inter-

ferncias na faixa de rdio AM.O caso quase tomou propores em esfera le-gal, visto que a vizinha em questo no conse-guia ouvir seu rdio AM nas estaes acima de1000 kHz, quando a mquina entrava em opera-o.

De fato, foi uma terrvel coincidncia, pois, con-forme vemos na figura ao lado, a mquina estavaseparada do rdio apenas pela espessura do tijoloda parede.

A primeira soluo que veio na minha mente foimudar a mquina para outro local na fbrica, mais

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MECATRNICA ATUAL N5 - AGOSTO/20026

. . . SOLUES

2 CASO

distante do rdio. Isso no foi possvel devido logstica de produo. A segunda soluo foi tentarconversar com a reclamante para mudar o rdio deposio, porm, ela recusou-se, visto que dormia na-

quele quarto, e era l que desejava ouvir o rdio.Bem, uma vez definido o problema, comecei

o processo de eliminao da interferncia.

1 tentativa:O defeito ocorria apenas quando o motor do eixo-

rvore (principal e mais potente motor da mquina)era ligado. Na verdade, esse motor era acionado porum inversor de freqncia. De imediato, diminu afreqncia de PWM do inversor, a fim de que a EMIdiminuisse na mesma proporo.

Resultado: A interferncia diminuiu, porm, ain-

da estava presente, e a vizinha continuava insatis-feita.

2 tentativa:Alm da freqncia PWM, instalei um transfor-

mador isolador entre a mquina e a rede eltrica. Ainteno era isolar a antena formada pelos cabosde alimentao.

Resultado: Pequena melhoria, mas ainda com in-terferncia no rdio.

3 tentativa:Instalamos uma tela metlica na parede do

cliente. A tela estava aterrada, e servia como gaiolade Faraday.

Resultado: Inalterado.

4 tentativa:Retirei todas as modificaes anteriores, e

colocamos no lugar t rs pequenos ncleostoroidais de ferrite nos cabos de alimentaodo inversor.

Resultado: Eliminao completa da interfe-rncia. Cliente e vizinha satisfeitos.

CONCLUSO

Vrias so as tcnicas possveis de eliminaoda EMI (interferncia eletromagntica), porm, semdvida, a instalao de filtros (ncleos) toroidais deferrite na linha de alimentao AC uma das maiseficientes.

mquina em questo, por possuir um programa

de usinagem extenso e que excedia a capaci-dade de memria interna do CNC, funcionava emmodo on-line com um PC.

Quando o eixo-rvore era acionado, e aps de-corridos alguns minutos, a mquina quebrava acomunicao e entrava em emergncia, muitasvezes danificando (matando) a pea usinada.

Procedimento:Para minha felicidade, a primeira tentativa foi

suficiente para resolver o problema. Na verdade, ape-

nas a freqncia de chaveamento (PWM) de inver-sor foi reduzida (atravs dos parmetros) de 16 kHzpara 4 kHz.

A mquina aumentou ligeiramente o rudo sono-ro, porm, diminuiu sensivelmente a EMI, o que re-solveu o problema.

CONCLUSO

A reduo da freqncia de chaveamento umfator a ser considerado na resoluo de problemasreferentes a EMI.

Marcos de ArajoGagliardi

A

Centro de usinagem equipado com CNCquebra comunicao

on-line, quando eixo-rvore ligado


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NOTCIAS


N O T C I A S

A

MECA MECA MECA MECA MECA TRNICA TRNICA TRNICA TRNICA TRNICA

NOTCIASNOTCIASNOTCIASNOTCIASNOTCIASNewton C. BragaMdulos de controle de motores alcanam

novos nveis de integrao

Afamlia iNTERO de mdulos de potncia paramotores industriais e servos integra a etapa

de potncia com uma placadriver (EDB) num ni-co invlucro com as mesmas dimenses do pa-dro industrial EconoPack. O EDB possibilita quecada mdulo tenha um controle programvel emdulo de potncia protegido, assim como ou-tros recursos que so endereados ao crescimen-to de popularidade dos motores de velocidade va-rivel.

Simplificando o hardware, os mdulos permitemque o motor tenha performances determinadas pelosoftware, reduzindo desta forma tempo e custo dedesenvolvimento. O primeiro dispositivo da famlia

o PIIPM50P1B004 que consiste num inversortrifsico de 50 A x 1 200 V para aplicaes de 15kW de potncia.

Fairchild Seminconductor International apresenta oFGL60N100D, um IGBT para 1000 V com um diodo de

recuperao rpida (FRD) no mesmo invlucro. Esse com-ponente indicado para aplicaes como fornos e fogesde induo para arroz, fornos de microondas e outras apli-caes de aquecimento de alta potncia. O novo dispositi-vo, quando comparado com os equivalentes de estruturade comporta planar, oferece uma condutncia de Vce (sat)= 2,5 V com corrente de 60 A e alta velocidade de comuta-o (50 kHz), o que simplifica as topologias e reduz cus-tos. A linha de IGBTs da Fairchild de 600 V a 1700 V indicada para uma ampla linha de dispositivos que operamcom aquecimento indutivo. Mais informaes em:www.fairchildsemi.com.

Novo IGBT de 1000 V da Fairchild indicadopara aquecimento indutivo

O PIIPM50P12B004 contm um DSPprogramvel on-board , assim como circuitos desensoriamento, isolamento e driver de comporta.Mais informaes na International Rectifier:www.irf.com


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MECATRNICA ATUAL N5 - AGOSTO/20028

N O T C I A S

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O Encoder Modular com Auto-Alinhamentomodelo 121 pode ser encontrado agora emtamanhos de at 0,625". Essa nova linha foilanada para resolver problemas de instalaoe calibrao de encoders moduladores que eramdisponveis em tamanhos de at 0,500" de ti-pos comuns.

O modelo 121 de Encoder Modular comAuto-Alinhamento, no requer calibrao, es-paamento ou ferramentas especiais para ainstalao. Mais informaes podem ser ob-tidas no site da empresa em: http://www.encoderproducts .com/americas / index.html

Novo encoder daEncoder Products

novo rel TDR PRO5000 da Magnecraft,para Tenso Universal e Retardo de Tempo

Multifuno um dispositivo verstil com cin-co funes de temporizao num nico invlu-cro: intervalo-on, repetio, um pulso, interva-lo-off e intervalo. As faixas de tempo vo de0,1 segundos a 9 990 horas com uma precisode 0,1%. As funes e temporizao so facil-

Novo rel com retardo

ovos transceptores seriais RS-232 completos soapresentados pela Intersil, com o menor invlu-

cro disponvel na indstria. Esses transceptores,com a denominao 3Tx/5Rx, so projetados es-pecialmente para aplicaes em portas seriais dealta velocidade e baixo consumo que devem serempregadas em PDAs, aplicaes portteis,notebooks e outros equipamentos alimentados porbateria, onde espao e consumo so fatores im-portantes a serem considerados nos projetos.

Os novos transceptores so encapsulados eminvlucros 32-pad 5 X 5 mmMicro Lead Frame Plastic (MLFP ). Este novo tipo de invlucro MLFPproporciona vantagens em aplicaes onde espa-

o e dissipao de potncia so fatores crticos.Medindo apenas 5 x 5 x 0,9 mm, o invlucroMLFP menor do que metade dos invlucros SSOPque ele substitui.

A Intersil apresenta a menor soluo paratransceptores seriais RS - 232

Os novos ISL4241EIR, ISL4243EIR, ISL4244EIR e ISL4245EIR passam a fazer parte dafamlia Intersil de transceptores seriais LINE-ARLINK .

Caractersticas:Invlucro: 32-pad, 5 x 5 mm MLFPPossui trs drivers e cinco receptores (3Tx/5Rx)Faixa de alimentao: 2,7 to 5,5 VEsto de acordo com as especificaes EIA/TIA-

232 e V.28/V.24 mesmo em 3 VPrecisam de apenas 10 nA de correntepower-down Proteo ESD para todos os pinos RS-232 I/O com

+/-15 kV (IEC1000)

Faixa de temperaturas Industrial (-40C to +85C)Mais informaes em: http://www.intersil.com/

rs232

AMultifuse apresenta uma linha de fusveisressetveis para at 33 V indicados paraaplicaes em tenses mais altas, fabricadoscom Polmero com Coeficiente Positivo de Tem-peratura (PPTC).

Os novos dispositivos: MF-SM100/33V,SM150/33V e SSM185/33V proporcionam pro-teo contra sobrecorrente segundo asespecificaes IEEE1394.

O produto para montagem SMD indicadopara aplicaes em hubs , impressoras, cmerasde vdeo digital, automao e controle, e muitomais. Mais informaes nosite da empresa em:www.bourns.com

A Bourns Multifuse apresentanova linha de produtos 33 V

mente ajustveis com chaves de programaona lateral do rel. O estado da temporizao indicado por um LED, tambm na parte lateraldo componente. Uma fonte universal permite quea alimentao seja feita com tenses AC ou DCna faixa de 24 a 240 V. O soquete pode ser pa-dro de 8 ou 11 pinos. Mais informaes em:www.magnecraft.com.


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NOTCIAS


N O T C I A S

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A Analog Devices apresenta o ADC de 12 bitsmais rpido do mundo

Com uma velocidade 1,5 maior do que o maisrpido dos ADCs disponveis hoje em dia, o

novo ADC da Analog Devices indicado para usona prxima gerao de modems por cabo,radiotransceptores 3G, rdios ponto-a-ponto e sis-temas de imagem para uso mdico.

Com uma velocidade de 210 MSPS (megaamostragens por segundo), o AD9430 68% mais r-pido que o equivalente mais prximo, o AD9433, daAnalog Devices tambm. o primeiro ADC que tem avelocidade e preciso exigidas para a nova geraode equipamentos de comunicaes e imagem. Paraos modems por cabo o padro Euro-DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification ) usa um

espectro de retorno amplo, exigindo uma performancealta dos conversores de dados, mais do que no pa-dro DOCSIS Norte-americano. Com o AD9430 osOEMs podem criar sistemas por cabos eficientes, comuma entrada universal eliminando a necessidade deutilizar sistemas prprios para cada regio.

Caractersticas: performance de 64 dB at 65MHz com 210 MSPS e SFDR (faixa dinmica livrede esprios) de 80 dBc at 65 MHz com 210 MSPS.No-linearidade integral (INL) tipicamente de +/- 1,5

s displays tticos se baseiam na simulao de deformaesda pele que ocorrem quando os dedos interagem com obje-

tos, transmitindo esta informao ao sistema nervoso. O Teletato(tato distncia - ou sensao de tocar obstculos distncia)so campos de pesquisa que esto se desenvolvendo com a fi-nalidade de se obter este tipo de sensoriamento com os recursosmodernos da eletrnica.

Os desafios para se transmitir sensaes como de aspereza deuma superfcie so enormes e que, se resolvidos, vo possibilitar acriao de ferramentas de grande valia para a medicina.

O que os pesquisadores C. R. Wagner, S. J. Lederman e R. D.Howe do Dept. Of Psychology, da Universidade de Queens, Ca-nad propem que um display tctil usando servomotores RCpode alcanar uma alta largura de faixa de ao, uma densidadeelevada no atuador, um deslocamento vertical grande e uma res-posta esttica firme, tudo isso a uma custo relativamente baixo econstruo simples.

Na foto temos a construo completa do sistema, incluindo aborracha de latex que o recobre.

Displays tticos usandoservomotores RC

LSB, e No-linearidade Diferencial (DNL) de +/- 1 LSB.Dissipao tpica a 210 MSPS: 1,3 W.

Mais informaes em:www.analog.com


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MECNICA INDUSTRIAL

MECATRNICA ATUAL N 5 - AGOSTO/20021 0

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Douglas Ribeiro dos Santos

uando dizemos que em um rolamento hmuita tecnologia empregada, significa di-zer que as empresas responsveis pela fa-bricao desses componentes investiram

muito dinheiro e tempo em pesquisa atravs de en-saios e estudos de laboratrio, visando o aperfeioa-mento e o melhor desempenho destes elementos.

Os ganhos oriundos destas pesquisas so vrioscomo, por exemplo, melhoria do material de fabrica-o, diminuio das dimenses, aumento da vida til,aumento do limite mximo de rotaes, maior resis-tncia em meios mais agressivos, reduo dos tem-

pos de manuteno entre outros.Mas quais os modelos? Como fazer a aplicaocorreta? Quais os tipos de montagem? Qual a impor-tncia da lubrificao? Qual a vida til? Como sele-cionar um rolamento a partir da solicitao da carga?Como especificar um rolamento para emitir uma or-dem de compra? Quais os cuidados na hora da ma-nuteno? Estas e outras perguntas so comuns, noapenas no meio acadmico, como tambm industrial.Nossa inteno aqui formar uma base para a assi-milao desses conceitos, uma vez que a melhoraplicao advm do uso constante e da consulta aodepartamento tcnico do fabricante do rolamento.

MANCAIS DE ROLAMENTO OUDESLIZAMENTO?

Antes de abordar especificamente os rolamentos,precisamos falar um pouco sobre mancais. Rolamen-tos, outrora conhecidos como mancais de rolamento,pois se diferenciam dos mancais de deslizamento, eda se faz necessrio discorrer tanto sobremancais quanto da sua caracterstica de funcionamento, sede rolamento ou deslizamento .

Mancal um ponto de apoio de um eixo, ondeocorre a transferncia de cargas que atuam sobre oeixo para este ponto de apoio.

Diz-se que um mancal de rolamento quando acarga transferida atravs de elementos que esto

em contato por rolamento e no por deslizamento.Nos mancais de deslizamento a rea de lubrifica-o relativamente grande e amortece vibraes echoques, permitindo menor jogo. Dispondo de umatolerncia mais aberta de ajuste, esses so de sim-ples construo e fabricao , podendo ser inteiriosou bipartidos. Os mancais de deslizamento de gran-de dimetro so, com certeza, mais baratos que osmancais de rolamento. Isso simples de se entendertambm que pelo fato de no possurem elementosde rolagem, os mancais de deslizamento podem serconstrudos com dimetros menores e apresentamconstruo bem mais simplificada.

So componentes amplamente utilizadosna indstria nos mais variveis projetos eaplicveis a uma gama irrestrita de mqui-nas, possuindo estas inmeras finalidadese funcionando sob diferentes condies detemperatura, carga, vibrao, produtividadee manuteno. fcil, portanto, deduzir queem um rolamento h muita tecnologia em-pregada e que cada modelo tem uma cons-truo especfica para uma determinadaaplicao.

MECNICA INDUSTRIAL



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MECNICA INDUSTRIAL

1 1MECATRNICA ATUAL N 5 - AGOSTO/2002

Mancais de deslizamento importante destacar que os

mancais de deslizamento necessi-tam de excelente acabamento en-tre as superfcies de deslizamentoou escorregamento e o lubrificantedeve ser selecionado de acordo comas condies de trabalho. Vale lem-brar que a pelcula de lubrificante sse forma aps o movimento dedeslizamento inicial, sendo este omotivo pelo qual o coeficiente de atri-to de partida em um mancal dedeslizamento apresenta valoresnotadamente mais significativos queem um mancal de rolamento, ouseja, enquanto em um mancal dedeslizamento o coeficiente de atrito da ordem de 0,12, num mancal derolamento de aproximadamente0,02, videfigura 1, que apresentaas curvas do coeficiente de atrito emfuno da rotao, para diferentespresses mdias Pm, para mancaiscom lubrificao por anel com umdimetro de eixo de 70 mm.

Analisando afigura 1, podemosobservar o que ocorre em ummancal radial, o coeficiente de atri-to diminui rapidamente com o au-mento da rotao, isto , o coefici-ente de atrito na partida de maiorvalor e vai diminuindo at um valormnimo, que se d no momento emque os metais de desencostam,vindo depois a aumentar conformeo aumento da rotao.

direita da linha verticalverde de referncia localiza-seo campo onde acontece a lu-brificao hidrodinmica, ouseja, as superfcies de des-lizamento so separadas porum filme de lubrificante. Des-se modo, a presso do lubrifi-cante suporta a carga que atuasobre o eixo, de forma que noh desgaste metlico, que odesejado. Neste campo, a pro-priedade do lubrificante quetem importncia a viscosi-dade dinmica.

Os mancais de desliza-mento so fabricados a partir

de certos materiais seleciona-dos em razo de possurem ca-ractersticas especiais como,por exemplo, absorver cho-ques, serem autolubrificantes,impregnados de leo, entre ou-tras. Dos materiais usados parafabricao de mancais dedeslizamento podemos citar,dentre os metais, o bronze, olato, o bronze ao estanho,bronze sinterizado, ferro fundi-

Figura 1 - Curvas do coeficiente de atrito em funo da rotao para diferentes pressesmdias Pm, para mancais com lubrificao por anel com um dimetro de eixo de 70 mm.

Figura 2 - Mancal de deslizamento

Figura 3 - Bronzinas - buchas utilizadas em motores de combusto interna .

do cinzento,metal branco, ligade alumnio e liga de magnsio.Na figura 2 podemos ver ummancal de deslizamento, cujomaterial de contato entre eixoe mancal o bronze e na figu-ra 3 observamos as conheci-das bronzinas, buchas utiliza-das em motores de combustointerna .

H tambm uma vastagama de buchas de elast-Figura 4 - Mancal de deslizamento tipo satlite.


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MECNICA INDUSTRIAL


meros no mercado, aplicveis principalmente para asreas de saneamento bsico, hidreltrica, indstriaalimentcia, indstria qumica e reas de hidrulicaem geral. So compostos base de resinas e fibrassintticas e possuem inmerosbenefcios, entre os quais esto:

Material elstico, possui ca-pacidade de absorver choques edesalinhamentos.

autolubrificante podendooperar a seco ou submerso.

Possui tima resistncia aodesgaste e abraso.

No sofre corroso. Tem baixo coeficiente de atrito. Material vendido em formato

de tubos, podendo ser usinado por

quem vai executar a montagem. Tem alta capacidade de carga.A figura 4 apresenta um

mancal de deslizamento tipo sa-tlite com bucha de elastmero.

A resposta pergunta:Mancais de rolamento oudeslizamento? Depende de vri-os fatores. Sendo preciso entoestudar o caso, analisar as con-dies que envolvem o equipa-mento em questo e conhecer everificar as principais aplicaesde mancais de deslizamento erolamento. Daqui em diante, es-taremos abordando os mancaisde rolamento, item de grande in-teresse para qualquer um que tra-balhar com transmisso de ener-gia atravs de movimento rotativo.

TIPOS CARACTERSTICOS DEROLAMENTOS

Rolamentos fixos de uma carreira de esferas (figura 5) - tal-vez o tipo mais conhecido, pois aten-de a um vasto campo de aplicaes.Trata-se de um rolamento que per-mite apoio de carga axial alm dacarga radial, sendo mais indicadopara aplicaes que requerem bai-xo rudo e vibrao e mquinas dealta velocidade de rotao. Est dis-ponvel em vrios tipos de constru-es, e alm do tipo aberto, pode-se encontrar os blindados, os quaisvm lubrificados de fbrica.

Rolamentos axiais de esferas de escoras simples e de escora dupla (figura 6) - Os rolamentosaxiais de esferas so constitudos por anis em for-mato de arruelas com canal e gaiolas com esferas

embutidas. O anel que deve sermontado no eixo denominado deanel interno e o outro a ser monta-do no alojamento do mancal de-nominado de anel externo.

Nos rolamentos de escora du-pla, o eixo instalado no anel cen-tral, tambm conhecido de anelintermedirio. Os rolamentosaxiais de escoras simples supor-tam a carga axial em um s sen-tido, enquanto os rolamentosaxiais de escoras duplas toleram

cargas axiais nos dois sentidos.Nesses rolamentos comumter gaiolas de ao prensadas, en-quanto que nos rolamentos pe-quenos e nos rolamentos grandesgaiolas usinadas.

Rolamentos axiais autocompensadores de rolos - Nes-tes rolamentos os rolos sotrapezoidais e esto dispostosobliquamente na superfcie derolagem. Eles possuem auto-ali-nhamento justamente porque apista do anel externo esfrica.Possuem grandes capacidadesde carga axial e estando sob car-ga axial, permitem ainda a apli-cao de cargas radiais modera-das. As gaiolas podem ser pren-sadas em ao ou usinadas de la-to.

Rolamentos de duas carreiras de esferas de contato angular - Estes rolamentos permi-tem carga radial e em um nicosentido carga axial. Os anisexterno e interno juntamente comas esferas formam ngulos de con-tato que vo de 15 40, de modoque, quanto maior o angulo de con-tato, maior a capacidade de supor-tar carga axial e quanto menor oangulo de contato, mais indicadopara aplicaes em altas rotaes.Encontram-se tambm na con-cepo com duas carreiras de es-feras que podem receber cargasaxiais nos dois sentidos (figura 7).

Figura 5 - Rolamentos fixos de uma carreirade esferas (cortesia da FAG).

Figura 6 - Rolamento axial de esferas deescora dupla (cortesia da FAG).

Figura 7 - Rolamento de duas carreiras deesferas de contato angular. (cortesia da FAG).


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MECNICA INDUSTRIAL


As gaiolas so prensadas em ao, mas, para asaplicaes que requerem maior preciso utiliza-segaiolas de poliamida.

Rolamentos autocompensadores de esferas e de rolos (figura 8 e 9) - A pistado anel externo esfrica e o anelinterno possui duas pistas derolagem. O centro do raio da cur-vatura do anel externo est no cen-tro do rolamento, de forma que asesferas, a gaiola e o anel internose inclinam em relao ao anel ex-terno. Fica fcil de perceber queesses rolamentos tendem a com-pensar erros de desalinhamentode mancais, pequenos desvios deusinagem ou mesmo pequenas

deficincias de montagem. im-portante entender que esses ro-lamentos so indicados em casosonde o eixo sofre algum tipo deflexo, que precisa ser compen-sada durante o funcionamento damquina.

Os rolamentos autocompen-sadores de rolos permitem oapoio da carga radial e em am-bos os sentidos a carga axial,possuindo alta capacidade de car-ga radial e sendo indicados paraaplicaes com cargas pesadase mesmo cargas de choque.

Eles so tambm fabricadoscom furo cnico e podem ser mon-tados diretamente sobre o eixo ouatravs de buchas. As gaiolaspodem ser prensadas em ao,usinadas em lato ou poliamida.

Rolamentos de rolos agulha - Estes rolamentos so compos-tos por um grande nmero de ro-los finos e alongados, com com-primento de rolo de 3 a 10 vezeso dimetro. Esse tipo de constru-o possui maior capacidade decarga radial. H no mercado umagrande variedade de rolamentostipo agulha, alguns com rolos esem anis, com anel interno e semanel interno, com e sem gaiola.

Rolamentos de rolos cnicos (figura 10 e 11) - Os ro-lamentos de rolos cnicos permi-tem grandes cargas radiais e, emum nico sentido, as cargas

axiais, por isso costuma-se montar duplas destes ro-lamentos, montados invertidos, para que cada umsuporte a carga axial em um sentido.

O anel interno tem formato de cone, enquanto oanel externo funciona mais comouma capa, e pelo fato de seremseparveis, os anis podem sermontados separadamente emseus alojamentos. So tambm fa-bricados com duas e quatro car-reiras de esferas. As gaiolas sonormalmente prensadas em ao.

CARACTERSTICAS DOSROLAMENTOS

Dimensionamento

Quando se projeta um equipa-mento ou uma mquina, normal-mente se obtm os dimetrosmnimos dos eixos, e a partir da j se tem uma idia para os di-metros dos furos dos rolamentos,ou seja, o dimetro interno do anelinterno do rolamento. Aps estaidia de dimetro, necessriopassar para uma anlise dedimensionamento do rolamentoquanto solicitao esttica, vida til e mesmo em relao aocusto ou economia.

Dentro da fase de dimen-sionamento de um rolamento faz-se distino entre a solicitaoesttica e a solicitao dinmica,e sobre estes conceitos queabordaremos agora.

O clculo da solicitao est-tica estuda o rolamento quando omesmo est parado ou gira mui-to lentamente, e implica em veri-ficar se a carga que se deseja apli-car sobre o rolamento est den-tro dos parmetros para o qual elefoi projetado, ou seja, verifica sea carga pode ou no causar de-formaes plsticas muito eleva-das na pista de rolagem ou noscorpos rolantes.

No clculo da solicitao di-nmica, quando h movimentorelativo entre os anis verificadaa segurana contra uma fadigaprematura do material das pistas

Figura 10 - Rolamento de rolo cnico(cortesia da FAG).

Figura 8 - Rolamento autocompensador deesferas (cortesia da FAG).

Figura 9 - Rolamento autocompensador derolos (cortesia da FAG).


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MECNICA INDUSTRIAL


e dos elementos rolantes, e nes-te conceito comeamos a tratarda vida de um rolamento. A vidade um rolamento compreendidacomo sendo o nmero de revolu-es ou de horas a uma determi-nada velocidade constante (rota-es por minuto - rpm) que o rola-mento alcana antes de apresen-tar o primeiro sinal de fadiga (es-camas) em algum dos elementosgirantes ou na pista de rolagem. de conhecimento geral que ro-lamentos aparentemente idnti-cos, funcionando sob condiesidnticas, apresentam vidas dife-rentes. As informaes que os fabricantes apresen-

tam sobre a capacidade de carga dinmica de umrolamento esto baseadas na definio de vida nomi-nal, que representa a vida alcanada por 90% ou maisdos rolamentos aparentemente idnticos de uma amos-tra realmente considervel, submetida s mesmas con-dies de operao. Os fabricantes definem vrias ou-tras vidas para os rolamentos como, por exemplo, vidade graxa para um rolamento com pr-lubrificao, vidade rudo e vida til, que a vida realmente alcanadapelo rolamento e depende de vrios fatores.

Solicitao Esttica

Comprova se o rolamento escolhido possui capa-cidade suficiente de carga esttica e pode ser calcu-lado a partir da seguinte frmula:

=

onde:fs = fator de esforos estticos;Co= Capacidade de carga esttica, valores dados

em N,KN, Kgf;Po =Carga esttica equivalente,valores calculados

em N,KN, Kgf.

Fs um valor de segurana contra deformaeselevadas nos pontos de contato entre o anel de rolageme os elementos rolantes. Nos casos em que se deseja um giro particularmente suave e silencioso, o fatorfs ser mais elevado; nos casos em que as exignci-as so menores, o fator fs ser menor. Cada fabrican-te apresenta valores de fs correspondentes aos seusprodutos, mas como todos trabalham dentro de nor-mas especficas e internacionais, esses valores sobem prximos, como, por exemplo:

Fs = 1,5 2,5 para exigncias elevadas,Fs = 1,0 1,5 para exigncias normais,Fs = 0,7 1,0 para exigncias reduzidas.

A capacidade de carga est-tica Co est indicada nas tabe-las fornecidas pelos fabricantese indica a capacidade de cargaesttica do rolamento.

A carga esttica equivalentePo um valor a ser calculado, eresulta em uma carga radial nosrolamento radiais ou uma cargaaxial nos rolamento axiais, sendocalculada pela seguinte frmula:

=

valores calculados em N,KN,Kgf, onde:

Po = Carga esttica equivalente,Fr = Carga axial , valores dados em N,KN, Kgf;Fa = Carga radial, valores dados em N,KN, Kgf;Xo = Fator radial;Yo = Fator axial.Os fatores radiais e axiais so indicados em ta-

belas fornecidas nos manuais dos fabricantes.

Solicitao Dinmica

Como j foi dito, o clculo dos rolamentos em re-lao solicitao dinmica, segundo as normas,est ligado vida do rolamento at a fadiga, ou seja,

at a formao de escamas ou pittings. Para o cl-culo da vida nominal, usa-se a seguinte frmula :

Valores dados em106 rotaes, sendo:L10= L = vida nominal; valores dados em106 rota-

es ;C= capacidade dinmica;valores dados em N,KN,

Kgf; P = carga dinmica equivalente;valores dados

em N,KN, Kgf; p = expoente de durao da vida nominalA capacidade de carga dinmica C est indicada

nas tabelas fornecidas pelos fabricantes e possibilitaque o rolamento alcance uma vida nominal L10 de 106rotaes.

A carga dinmica equivalente P um valor a sercalculado, resultando em uma carga radial constan-te, em grandeza e direo nos rolamento radiais, ouuma carga axial nos rolamento axiais, sendo calcula-da pela seguinte frmula:

=

Figura 11 - Rolamento de rolos cnicos(cortesia da FAG).


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MECNICA INDUSTRIAL


Valores calculados em N,KN, Kgf, onde:P = Carga esttica equivalenteFa = Carga axial , valores dados em N,KN, Kgf;Fr = Carga radial, valores dados em N,KN, Kgf;

X = Fator radialY = Fator axialOs fatores radiais e axiais so indicados em tabe-

las fornecidas nos manuais dos fabricantes.O valor do expoente de durao da vida nominal p

diferenciado para rolamentos de esferas ou de ro-los, sendo p=3 para rolamentos de esferas e p=10/3para rolamentos de rolos.

Observe que se a rotao do rolamento for cons-tante, a vida nominal pode ser expressa em horas,o que foi sempre muito comum ou o mais esperado.No entanto, nos casos de redutores de velocidadee levando-se em conta que atualmente tambm muito comum o uso de inversores de freqncia paravariar a rotao em motores e aplicar nas mqui-nas diferentes rotaes e torques, analisaremos tam-bm como fazer o clculo nestes casos, primeira-mente vamos ver como fica a frmula se a rotaofor constante:

==Valores dados horas, sendo:

L10= L = durao da vida nominal dada em horas;L= vida nominal, valores dados em de 106 rota-es;

n = rotao (freqncia de giro);valores dados em rpm.

Adequando a frmula teremos:

=

=

Ou

=

Desta forma, nascem dois fatores, denominadosfL e fn, apresentados a seguir :

= e =

A equao da vida nominal assume a seguinteforma simplificada

=

Sendo:fL = Fator dinmicoC = Capacidade de carga dinmica,valores da-

dos em N,KN, Kgf;

P = Carga dinmica equivalente,valores dados em N,KN, Kgf; fn = Fator de rotao.

Observaes

Os fatores de rotao e dinmico so chamadostambm de coeficientes por alguns fabricantes.

O fator fn apresentado pelas tabelas dos fabri-cantes e est ligado rotao que o rolamento irtrabalhar.

O fator fL um valor a ser alcanado, pois os fabri-cantes apresentam valores de fatores dinmicos paragrupos de equipamentos ou mquinas. Esses valo-res esto entre 2 e 3,5, sendo necessrio consultar omanual do fabricante de rolamento para uma seleocorreta desse ndice, ou esse valor poder ser dadoem funo da vida nominal desejada.

P, denominada Carga dinmica equivalente umvalor calculado, e como foi mostrado previamente,depende da carga que atua sobre o rolamento.

C, denominada Capacidade de carga dinmica acapacidade que o rolamento deve ter, os fabricantesapresentam em tabelas em seus manuais a mximaCapacidade de carga dinmica que seus rolamentossuportam.

Solicitao Dinmica Com Cargas e RotaesVariveis

Nem sempre teremos uma carga e rotao cons-tantes para um rolamento, como j foi dito anterior-mente. Nestes casos, aproxima-se a curva do grficoresultante da combinao de cargas e rotaes varia-das (figura 12). Oserve que preciso isolar um pero-do de funcionamento do equipamento onde as cargasso definidas e as rotaes tm durao determinada,para nessas situaes aplicar-se a seguinte frmula.


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MECNICA INDUSTRIAL


=

Valores fornecidosem N,KN, Kgf, a rotao mdia(dada em rpm), calculada pela frmula:

=

Valores dados em rpm (rotaes por minuto).

Carga mnima dos rolamentos

Se os rolamentos forem submetidos a cargas mui-

to baixas, poder acontecer escorregamento oudeslizamento, assunto que abordamos logo no inciodesse artigo. A carga mnima a que um rolamentoest submetido corresponde a:

Rolamentos com gaiola P/C =0,02 , e P/C =0,04para rolamentos sem gaiola, sendo:

C = Capacidade de carga dinmica,valores dados em N,KN, Kgf;

P = Carga dinmica equivalente,valores dados em N,KN, Kgf;

Observaes sobre os clculos

O procedimento de clculoapresentado corresponde s in-dicaes DIN ISO 76 e 281.

Os fabricantes adotam ndi-ces diferentes e as mesmas fr-mulas dispostas de forma dife-rente de acordo com os fatoresapresentados por eles em seusmanuais. Existem tambm fato-res de correo da vida do rola-mento relativos temperatura detrabalho, lubrificao, ao ma-terial, vida ampliada, entre ou-tros, fatores que no devem fi-car de lado no momento da se-leo do rolamento.

O nosso objetivo aqui tra-zer uma iniciao para aquelesque tm interesse no assunto,fornecendo uma base para quemdeseja aprender mais, de manei-ra que a correta seleo de umrolamento se dar a partir dos

catlogos de seleo e aplicao fornecidos pelosfabricantes. importante tambm frisar que os cat-logos editados pelos fabricantes esto conforme altima reviso da norma no momento da edio, demaneira que voc poder encontrar manuais de dife-rentes fabricantes e at de mesmos fabricantes comalgumas diferenas, o que no impede que faa umaseleo a contento seguindo o manual que voc pos-sui ou vier a possuir.

No final, apresentamos alguns fabricantes bas-tante conceituados no mercado .

TIPOS DE MONTAGENS DEROLAMENTOS

Existem trs tipos de montagem de rolamentosmuito conhecidas na indstria e que no poderamos

deixar de abordar neste artigo, so elas :Montagem com disposio em TANDEM,Montagem com disposio em O (BACK TO BACK),Montagem com disposio em X (FACE TO FACE),Para exemplificar esses tipos de montagem

estamos usando os rolamentos de uma carreira deesferas de contato angular e rolamentos de roloscnicos, videfigura 13. Esses rolamentos podemsuportar cargas axiais atuando em apenas um sentido.

Quando uma carga radial aplicada ao rolamen-to, ela resulta em uma carga axial, que deve ser neu-tralizada. A maneira usada para neutralizar esta car-ga induzida montar um segundo rolamento contra oprimeiro que est montado.A montagem em pares pre-

ferida quando apenas um rola-mento no suficiente para su-portar a carga em questo. Paraeste caso, utiliza-se a montagemcom disposio emtandem ; ago-ra, no caso de haver cargas nosdois sentidos, na mesma dire-o do eixo, e necessrio quehaja uma certa folga axial, em-prega-se a montagem com dis-posio em O ou X.

Na montagem com disposi-o tipo tandem as cargas ficamem paralelo, e as cargas radiaise axiais ficam distribudas entreos dois rolamentos de maneirauniforme. Esse tipo de disposi-o s suporta cargas axiais emum s sentido, de maneira que comum ver um terceiro rolamen-to montado contra o par, para ocaso de eventuais cargas axiaisaparecerem no sentido oposto.

Figura 12 - Grfico resultante da combinaode cargas e rotaes variadas


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Nos rolamento dispostos em O as linhas de cargadivergem em direo ao eixo do rolamento, podendo,nesses casos, serem aplicadas cargas em ambos ossentidos, porm as cargas so suportadas apenaspor um rolamento em cada sentido. As montagens comdisposio em O possibilitam um arranjo relativamen-te rgido e so mais indicadas para absorver cargasde momento.

Nos rolamentos dispostos em X, as linhas de car-ga convergem em direo ao eixo do rolamento. Nes-

tes casos, tambm podem seraplicadas cargas axiais emambos os sentidos, todaviatambm sero suportadas porsomente um rolamento emcada sentido. Esse tipo de mon-tagem no adequado para su-portar cargas de momento etambm no to rgido quan-to montagem em O, mas fa-cilita a instalao quando h anecessidade de interfernciano anel interno.

DIMENSES PRINCIPAISDE UM ROLAMENTO

Os rolamentos so elemen-tos de mquina de uso univer-sal, vm de fabrica prontos paraserem instalados, e isto se dporque as principais dimensesdos rolamentos de maior usoso normalizadas. Essas di-menses so normalizadas porinstitutos internacionais de pa-dronizao como a ISO(International Organization for Standardization ) e DIN(Deutsches Institut fur Normung ).Os algarismos (letras e n-meros ) na ordem em que apa-recem indicam o seguinte:

O primeiro nmero dacodificao bsica ou a combi-nao de letra e nmero indica otipo de rolamento, videtabela 1.

O segundo e terceiro n-meros indicam a srie de dimen-ses, dentro dessa padroniza-o cada furo de rolamentorene uma gama de dimetrosexternos e larguras. No par dedois algarismos para a srie de

medidas, o primeiro corresponde srie de largura(para os rolamentos axiais altura) e o segundo indi-ca a srie de dimetros.

Os dois nmeros finais na designao bsica,quando multiplicados por cinco, indicam o dimetrodo furo do rolamento em milmetros.

Os fabricantes incluem vrios outros nmeros ouletras codificao do rolamento para dar maioresinformaes do mesmo aos projetistas, e estascodificaes suplementares aparecem na forma de

Figura 13 - Rolamentos de uma carreira de esferas de contato angular e rolamentos de roloscnicos.

Tabela 1 - O primeiro nmero da codificao bsica ou a combinao de letra e nmeroindica o tipo de rolamento.


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prefixos ou sufixos. Veja nafigura 14, quatro exem-plos de identificao de rolamentos.

Observaes: Em certos casos, o nmero que indi-ca o primeiro nmero da srie de dimenses (no caso asrie de largura) ou o tipo de rolamento omitido.

GAIOLAS DE ROLAMENTOS

As principais funes das gaiolas so: Impor uma mesma distncia dos elementos ro-

lantes entre si: isto faz com que a carga seja distribu-da de forma uniforme e mantenha o atrito e a gera-o de calor o mais baixo possvel.

Guiar os elementos rolantes, quando esto emzona livre de carga.

Impedir que os elementos rolantes se soltem, nocaso de rolamentos separveis ou basculveis.

As gaiolas dos rolamentos podem ser macias oude chapas de ao ou lato, sendo que as de chapaso mais leves que as macias, possibilitando maiorlubrificao, uma vez que h mais espao para o lu-brificante. As gaiolas macias de lato ou resina

fenlica tm como materialbsico para sua construotubos de aos, ligas leves eresina. As gaiolas macias depoliamida so produzidas porum processo de injeo, sen-do apropriadas para rolamen-tos grandes. A injeo possi-bilita a obteno de formatosde gaiolas que permitemconstrues com alta capa-cidade de carga; as gaiolascom este tipo de material semostraram muito boas nassolicitaes de golpe,desalinhamento de um anelem relao ao outro e eleva-

das aceleraes.As figuras 15, 16 e 17apresentam alguns tipos de gaiolas.

CONCLUSO

Neste artigo tentamos abordar a importncia dosrolamentos, explanando o que um mancal de rola-mento e de deslizamento, deste ltimo apresentamoso conceito de funcionamento e algumas aplicaes.

Sobre os rolamentos, apresentamos tipos princi-pais e suas caractersticas, tentamos trazer uma no-o bsica sobre os primeiros conceitos de clculodos rolamentos, sem nos aprofundarmos muito, poisestamos ainda apresentando o assunto.

No podamos deixar de fora as montagens padrodos rolamentos, conhecidas tambm como montagensde pares de rolamentos, descrevemos a codificaobsica dos rolamentos e finalmente tecemos algum co-mentrio sobre as gaiolas dos rolamentos.

Ainda h muito por falar, desde condies de tra-balho, principais peas da caixa de mancal at oscuidados durante a manuteno, mas estes ficam paraa prxima... at l. l

Figura 15 - Gaiola rebitada pararolamento fixos de esferas

(cortesia da FAG).

Figura 16 - Gaiola pararolamento de rolos cilndricos

(cortesia da FAG).

Figura 17 - Gaiola pararolamento de contato angular;

(cortesia da FAG).

Para saber mais

Fabricantes derolamentos

FAGwww.fag.com.br

SKFwww.skf.com.br

NSKwww.nsk.com.br

Figura 14 - Quatro exemplos de identificao de rolamentos.


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1 9MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002

ROBTICA


ESPECIAL


I N S T R U M E N TA O

MMMMM

1 par1 par1 par1 par1 par te - te - te - te - te - 1 par1 par1 par1 par1 par te - te - te - te - te -

uitos leitores nos solicita-ram um artigo sobre os con-ceitos bsicos de Ins-

trumentao Industrial, princpios deMedies e Controles, e estamos,nesta oportunidade, atendendo estaimportante sugesto.

Nosso objetivo o de for-necer esses conceitos, deta-lhando algumas aplicaes,identificaes, smbolos e ascaractersticas bsicas dosmeios de medio utilizadosna Instrumentao Industrial.Este artigo servir tambm

para atualizao das plantas exis-tentes, que, por algum motivo, per-manecem sem a identificao deseus instrumentos.

Esperamos contribuir com algu-mas definies de medio e controle apresentando os conceitos ne-

cessrios para os instrumentistas,inclusive para aqueles que estoiniciando-se nesta especializao ,cuja ausncia de novos profissionais

marcante para um mercado que con-tinua crescendo.

COMO PODEMOS DEFINIR OSIGNIFICADO DO TERMO

INSTRUMENTAO ?

Podemos dizer que Instru- mentao a cincia que aplica e desenvolve tcnicas para medies e controles em equipamentos e processos industriais.

A instrumentao responsvelpelo rendimento mximo de um pro-cesso, tomando-se, desta maneira, oscuidados para que a automao sejaperfeita.

Todo o processo de energia ce-dida a um sistema industrial deveser traduzido tanto quanto possvel,na sua totalidade, em trabalho deelaborao do produto desejado. A

distribuio automtica do fluxo deenergia s unidades de processo realizada pelos diversos sistemasde controles e medies , resultan-do naquilo que podemos definircomo sendo trabalho eficiente.

A definio de Controledepende dos instru-mentos empregados.

Podemos afirmarque a definio de

controle possui suaprpria terminologia. Os ter-

mos utilizados definem as

IIIIInstrnstrnstrnstrnstr umentaoumentaoumentaoumentaoumentao

industrialindustrialindustrialindustrialindustrialMedio e controle

(Princpios bsicos)

Jos Carlos Amadeo


1 91 91 9MECATRNICA ATUAL N 5 - AGOSTO/2002


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caractersticas prprias de medidas,que podem ser os mais diversos ins-trumentos usados, ou seja, os indica-dores, registradores, controladores,transmissores, vlvulas de controle,etc.

Tentaremos, a seguir, esclarecere sugerir algumas definies dos ter-mos mais utilizados:

O Processo : pode ser explicadocomo sendo as funes coletivasexecutadas no processo e pelo equi-pamento no qual uma varivel con-trolada.

Ento, podemos concluir que otermo processo engloba tudo aqui-lo que afeta a varivel controlada.

Na figura 1 temos a demonstra-

o de um processo no qual um pro-duto aquecido at uma temperatu-ra desejada.

Utilizando afigura 1, vamosaproveitar para definir os conceitosmencionados:

Meio controlado o produto queest processado e varivel controlada a temperatura do fluido.

O vapor que aquece o fluido oagente de controle . A varivel manipulada a vazo de vapor, que podeser aumentada ou diminuda de acor-do com a variao da temperaturadesejada.

Variveis so as grandezas que traduzem transferncias de energia no interior do processo.

Podemos dar alguns exemplos devariveis : presso, controle de nvel,vazo, temperatura, velocidade, vis-cosidade, condutividade, umidade,etc.

Controlador Automtico omecanismo que mede o valor dava- rivel e corrige ou define o desvio dovalor desejado.

Elemento Final de Controle aquele que atua no processo, va-riando a troca de energia, coman-dado pelo Controlador Automtico.Es se elemento pode ser uma vl-vula de comando pneumtico, umavlvula solenide, um cilindro pneu-mtico que atua sobre umdamper, um sistema basculante,uma resistncia eltrica, etc.

No nosso exemplo figura 1 a

vlvula solenide o elemento final

de controle, que age diretamente navazo do vapor.

DO QUE CONSTITUDO UMAPARELHO DE MEDIO ?

Geralmente, os aparelhos de medio so compostos de um elemento primrio, q ue o dispositivode tomada, instalado onde realiza-da a medio, que podemos chamarde detector ; elemento sensvel va-riao da grandeza.

Elemento secundrio: aqueleque transforma a grandeza recebidado elemento primrio em uma gran-deza de sada diretamente utilizvel,que pode ser um movimento mec-nico, tenso, etc.

Sistema de ligao, que est lo- calizado entre os dois elementos ( primrio e secundrio ), que so as tubulaes, a fiao, ondas eletro- magnticas, etc.

Lembramos que oelemento primrio tem, em alguns processos, afinalidade de transformar a naturezada grandeza a ser medida, tornando-a transmissvel ou mensurvel, que o exemplo de umaPlaca de Orif- cio. Quanto ao elemento secundrio ,pode ser: um indicador registrador,um totalizador, um transmissor pneu-mtico ou eltrico.

Seria aconselhvel rever algunsconceitos das caractersticas b-sicas dos meios de Medio maisutilizados na Instrumentao indus-trial, e os termos em Ingls (entre

parnteses para nos acostumar-mos com esses termos, pois amaioria dos equipamentos de pre-ciso so importados).

Ento, vamos l......Escala (range) Zona utilizvel

do aparelho, expressa por um indi-cador/ nmero mximo e outro mni-mo, que representam a unidade dagrandeza a ser medida.

Comprimento da escala con-signado pelo nmero dado pela dife-rena entre o valor mximo e o valormnimo da escala.

Exemplo de faixa de Medio ,tambm conhecida porRange ( * ) :de 100 a 300 C.

Alcance (Span ): a diferenaentre os valores superior e inferior dafaixa de medio do instrumento. Nonosso exemplo (100 a 300 C) oSpan 200 C.

Preciso ( accuracy ) do instru-mento: exemplo : de + 0,5 %.

Zona Morta (Dead band ) rea

em que o instrumento no emiteresposta.Nota: a Zona Morta tambm

conhecida pelo termo tempo morto,que muitos fabricantes definem comosendo:

A maior faixa dentro da qual avarivel pode alterar-se sem que amudana seja percebida pelo ins-trumento. Seu efeito cria um atra-so inicial e reduz mais ainda a ve-locidade de resposta do instrumen-to, ou seja, um lapso de tempo, oqual depende da velocidade de

Figura 1 - Sistema de controle de temperatura para um tanque aquecido de vapor destacan-do-se os conceitos de: meio controlado, agente de controle e varivel manipulada.


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2 1MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002

ROBTICA


ESPECIAL


I N S T R U M E N TA Omudana, que passar antes queo instrumento possa detectar essavarivel.

Sensibilidade (sensitivity ) a razo entre o incremento da leiturae o incremento da varivel, causada

depois de atingir o estado de repouso.Exemplo : se a sensibilidade deum instrumento ( % ) de + 0,05%, (na escala de 100 a 200o C) seuvalor real ser de:

0,05 x 200 = + 0,1oC100

PS.: no podemos confundir sen-sibilidade com zona morta.

Repetibilidade (repeatability ) quanto o instrumento possa repetir oponto de atuao (Set point ) semacusar variao.

Ponto de atuao (Set Point) varivel de entrada que ajustao valor desejado da varivel con-trolada. Oset point pode ser ajus-tado manualmente, automatica-mente, ou ainda pode ser progra-mado. Seu valor expresso nasmesmas unidades que a varivelcontrolada.

Linearidade a propor-

cionalidade entre a grandeza medi-da no elemento primrio e a grande-za de sada do elemento secund-rio.

Fidelidade quando um ins-trumento apresenta fidelidade quan-to aos resultados das medidas, novariando com o tempo.

Erro esttico o desvio daleitura do instrumento em relaoao valor real de uma varivel queno muda com o tempo. Um erroesttico muito grande indesej-vel, mas no muito prejudicial aocontrole automtico. Em geral, mais importante que a varivel sejamantida em um valor constante, doque um valor exato. O erro estticono interfere nesse caso.

A preciso expressa normal-mente em termos de erro estti-co do instrumento, e como umaporcentagem da sua faixa de me-dio, ou seja, do Span . Se dis-sermos, por exemplo, que uminstrumento com uma faixa demedio que varia de 200 C a

1.200 C, tem uma preciso de+ 0,25%, isto significa que seuerro esttico em cada ponto daescala nunca excede de 2,5 C,isto , 0,25% de 1200 menos200.

Exemplo: erro esttico = 0,25/ 100 x ( 1200 200 ), portanto oerro esttico de 2,5 C.

Erro dinmico a diferenaentre a temperatura real e a tempe-ratura medida.

Exemplo para esclarecer melhoro erro dinmico:

Suponhamos que a temperatu-ra de um forno esteja variando eque a relao desta mudana detemperatura seja de 10 C por horaou seja, 0,167 C por minuto. Seuma unidade de radiao tem umcoeficiente de atraso de 0,01 mi-nutos, o erro dinmico ser de:

0,167 x 0,01 = 0,002 C

O QUE SIGNIFICA OTERMO:RAPIDEZ DE

RESPOSTA DE MEDIO?

A resposta imediata e comple-ta a uma mudana do valor da va-

rivel praticamente impossvel dese conseguir na prtica. Esta podeiniciar-se de imediato, porm leva-r algum tempo para ser processa-da. Hoje temos disponveis equipa-mentos/registradores que, atravsdos recursos da eletrnica, nospermitem obter respostas que po-dem ser consideradas como ime-diatas.

Entretanto, o termo atraso ain-da muito empregado nos mais di-versos processos industriais. Oatraso a diferena de tempoentre uma condio fsica e outrarelacionada.

Exemplo:Uma variao de temperatura

em um bulbo termomtrico no detectada de imediato. O calordeve ser transmitido atravs da pa-rede do bulbo ao fluido de enchi-mento (que est no interior destebulbo capilar), aps o que, a varia-o da presso resultante deve sertransmitida espiral receptora. Por-

tanto, o atraso em um bulbotermomtrico inclui a transmissode calor, o movimento do lquidoou gs de enchimento, e a trans-misso de presso, alm do tem-po necessrio para mover a espi-

ral. evidente, por conseguinte,que o atraso dos meios de medi-o ocorre no elemento primrio, nosistema de transmisso e no ele-mento medidor do instrumento.

Sendo o fator temperatura umadas variveis importantes a sercontrolada nos processos industri-ais, ser necessrio dar uma aten-o especial para esse caso emparticular.

Existem diversos tipos de ele-mentos primrios de temperatura: oseltricos, os de resistncia, elemen-to primrio de radiao, etc.

Um termopar feito de dois fiosde materiais diferentes soldadosnas pontas. Quando a temperaturaem uma de suas pontas, conheci-das por juntas de medio, dife-rente da temperatura da outra jun-ta, gerada uma fora eletromotriz ( f.e.m) no circuito, a qual varia coma diferena de temperatura.

O bulbo termomtrico de resis-

tncias baseia-se no princpio deuma resistncia eltrica, onde osmetais aumentam com a mesmatemperatura. Os metais utilizadosso geralmente o nquel e a plati-na, e ele composto de uma bobi-na de fio enrolada em um ncleorecebendo uma proteo adequa-da, conforme sua classe de tem-peratura.

No prximo art igo, iremosabordar dois dos pontos mais im-portantes de um Sistema de Con- trole e Medio , que so: a Iden- tificao e os Smbolos dos Ins-trumentos .

No percam.

REFERNCIA BIBLIOGRFICA

Consultas para elaborao desteartigo:

Engematic Automao Depto.de Treinamento -So Paulo

I S A - Instrument Society of America North Carolina USAl


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AUTOMAO


LADDERLADDERLADDERLADDERLADDERs controladores lgicosprogramveis, ou CLPs, soequipamentos eletrnicosempregados para controlar

sistemas de automao flexveis. Pos-suem diversos tipos de sadas, nasquais so conectados os atuadoresencarregados de fornecer energiapara o funcionamento do sistema f-

sico a ser controlado. Dispem, ain-da, de diversos tipos de entrada,onde so conectados sensores en-carregados de medir as variveis f-sicas prprias do sistema. Os CLPspermitem desenvolver e alterar fa-cilmente a lgica para o acio-namento das suas sadas em fun-o das entradas, mudando assim

a estratgia de controle de um de-terminado sistema. Logo, possvelutilizar os sinais de entrada forneci-dos pelos sensores no controle dosdiversos atuadores conectados nospontos de sada.

Durante a dcada de 50, o recur-so mais usado no controle lgico delinhas de produo e em mquinasisoladas era constitudo de mecanis-mos baseados em dispositivoseletromecnicos. Tais dispositivoseram principalmente rels, e a com-plexidade dos processos produtivosexigia instalaes em painis decontrole com centenas deles e, con-

seqentemente, um nmero aindamaior de interconexes entre eles.Freqentemente aconteciam proble-mas derivados do espao ocupado

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1 P1 P1 P1 P1 P ARARARARARTETETETETEFernando Pazos

Nos nmeros anteriores de Mecatrnica Atual (ver nmeros 2, 3e 4) fizemos uma abordagem sobre o tema Controladores Lgi-

cos Programveis, sua estrutura bsica, princpio de funciona-mento, CPU, mdulos de entrada/sada, entre outras caractersti-cas. Neste nmero, ser apresentada a programao especficadesses dispositivos controladores, cada vez mais utilizados na in-dstria e em diferentes processos de automao.

OOOOO

A LINGUAGEM DEA LINGUAGEM DEA LINGUAGEM DEA LINGUAGEM DEA LINGUAGEM DEPROGRAMAOPROGRAMAOPROGRAMAOPROGRAMAOPROGRAMAO

LADDERLADDERLADDERLADDERLADDER


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pelo equipamento de controle, es-pao que devia ser preservado depoeira, umidade, calor, etc., e aquantidade de falhas, sempre dif-ceis de achar e consertar, costuma-va ser excessiva.

Uma outra circunstncia compro-metedora consistia no fato de que,como a programao lgica do pro-cesso era realizada por conexes el-tricas fixas, eventuais alteraes nes-sa lgica exigiam interrupes do pro-cesso produtivo para reconectar osdispositivos.

No final da dcada de 50 e inciodos anos 60, com o surgimento datecnologia de estado slido, disposi-tivos transistorizados passaram a serutilizados, reduzindo assim algunsdos problemas existentes, entre eles,o tamanho dos painis de controle.Porm, foi a criao dos componen-tes eletrnicos integrados em largaescala (LSI) e, principalmente, o de-senvolvimento dos micropro-cessadores, nos anos 70, que permi-tiram a miniaturizao dos con-troladores digitais de processos e oaparecimento dos Controladores L-gicos Programveis.

Essa primeira gerao de CLPsfoi melhorando com a incluso deoutros recursos importantes, entreeles, interfaces de operao e pro-gramao de fcil utilizao, instru-es aritmticas, lgicas e de ma-nipulao de dados, recursos decomunicao via redes de CLP, pos-sibilidades de configurao espec-fica para cada aplicao medianteo uso de mdulos especficosintercambiveis, canais nicos detransferncia de dados, oubarramentos, onde so conectadas

quantidades considerveis desensores e atuadores, entre outrosmuitos recursos.

LINGUAGENSDE PROGRAMAO

Como em qualquer computador, oprocessador do CLP opera com umasrie de instrues e dados codifica-

dos em forma de nmeros binrios,que ele pode entender; esse cdigo conhecido como cdigo-objeto. Porm,a realizao de programas diretamen-te em cdigo-objeto inadequada,devido dificuldade de lembrar a ins-truo que cada nmero representa,alm de haver uma grande possibili-dade de errar ao digitar-se um progra-ma constitudo por nmeros e muitadificuldade para encontrar os erros,caso o programa no execute as aesdesejadas.

Por essa razo, nasceram as lin-guagens de programao, que permi-tem ao programador editar o progra-ma utilizando sentenas e estruturasescritas em forma bem mais prximada sua linguagem cotidiana e que re-presentam melhor a ao a ser exe-cutada. Nos computadores tradicio-nais, algumas linguagens j so mui-to conhecidas e de domnio de umagrande quantidade de programadores,tais como C ou Pascal. O texto do pro-grama escrito nessas linguagens conhecido comoprograma fonte , edeve passar por um processo chama-do compilao, que consiste em tra-duzir as sentenas escritas nessas lin-guagens ao cdigo-objeto que oprocessador possa entender, para oprograma poder ser executado.

Os CLPs nasceram com a neces-sidade de substituir os painis de con-trole a rels; portanto, uma linguagemde programao que fosse familiar experincia dos tcnicos e engenhei-

ros, acostumados com essa lgica,seria a escolha mais adequada paraa gerao de programas prprios para

CLPs. por essa razo que foi de-senvolvida uma linguagem conhecidacomo ladder (ou diagrama de con-tatos), que hoje em dia constitui a lin-guagem padro, mas no a nica, deprogramao desses Controladores.

Os editores de programas na lin-guagem ladder (normalmente paramicrocomputadores), possuem umambiente grfico onde o programadorvai desenhando o diagrama de con-tatos seguindo a lgica do programaa ser implementado. Alm disso, oseditores possuem uma opo de com-pilao para traduzir o diagrama de-senhado em um programa em cdi-go-objeto, o qual pode ser armazena-do como um arquivo executvel. O pro-grama executvel deve ser transferi-do do computador ao CLP (operaoconhecida comodownload ), o que ge-ralmente feito por meio de um cabode conexo entre portas seriais deambos equipamentos. Transferido oaplicativo, o programa executor doCLP pode execut-lo dispensando ocomputador, que pode assim serdesconectado. Alguns modelos deCLP possuem uma bateria para man-ter armazenado o aplicativo na mem-ria RAM sem perd-lo ao desligar oequipamento.

Entretanto, outros modelos de CLPpossuem um keypad com teclas comos contatos, entre outras opes, demaneira tal que o programador podeir introduzindo o programa diretamen-te no CLP, sem necessidade de dese-nhar o diagrama previamente no com-putador. Esses CLPs possuem na suamemria um programa monitor, quevai lendo o teclado e gerando o cdi-go-objeto correspondente na rea dememria destinada ao aplicativo.

Com os recursos oferecidos pelasnovas geraes de micropro-cessadores, a representao simbli-

Figura 1 - Diagrama "ladder" bsico. Figura 2 - Diagrama "ladder" da funo NOT. Figura 3 - Diagrama "ladder" da funo AND.


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ca dos programas tornou-se, em al-guns casos, impossvel de serimplementada por meio de um diagra-ma de contatos. o caso das senten-as que representam chamadas asub-rotinas, saltos a outras instrues,

chamadas a procedimentos e fun-es, e algumas sentenas deprocessamento aritmtico ou lgico.Por essa razo, alguns programas deeditorao de aplicativos para CLPpossuem outras linguagens alterna-tivas de programao, que contem-plam essas outras opes. A maisutilizada dessas outras linguagens a de mnemnicos booleanos,que consiste em um conjunto de ins-trues representadas por peque-nas palavras, chamadas demnemnicos, seguidas de dados so-bre os quais a instruo opera como,por exemplo, os nmeros de entra-das e sadas, operandos em umaoperao aritmtica ou lgica, etc.Essa linguagem, muito prxima dalinguagem Assembly, para mi-croprocessadores, embora sejamais difcil de implementar, maiscondizente com a forma como osprocessadores operam e, portanto,a maneira mais racional de progra-mar um CLP.

Neste artigo, centralizaremos anossa ateno na realizao de pro-gramas na linguagem ladder, por sera mais utilizada na programao deCLPs, mas sem deixar de observarque, por nos encontrarmos em ummundo tecnologicamente bastante di-nmico, essas linguagens menciona-das podem ser suplantadas de umahora para outra por outras mais avan-adas.

Finalmente, cabe observar que tais

linguagens no so nicas para todosos tipos de CLPs, mas que cada mo-

delo possui um conjunto de instruesespecficas, e por tal motivo, recomen-da-se que, ao se implementarem pro-gramas reais, realize-se primeiramen-te um estudo detalhado do manualfornecido pelo prprio fabricante.

A LINGUAGEM LADDER

O diagrama de contatos de umprograma realizado em linguagemladder consiste em um desenho for-mado por duas linhas verticais, querepresentam os plos positivo e ne-gativo de uma bateria ou fonte de ali-mentao genrica. Entre essas duaslinhas verticais so desenhados ra-mais horizontais que possuem cha-ves, que podem ser de lgica normal-mente aberta ou fechada, e que re-presentam os estados das entradasdo CLP. Nesses ramais horizontaisso representadas (em geral com umcrculo) as sadas do CLP, de manei-ra tal que o estado delas depende doestado das entradas desse mesmoramal.

Por exemplo, um programa bsicode uma entrada (sensor) controlandouma sada (atuador) ter o aspectomostrado na figura 1.

Onde I0 a entrada digital n-mero 0 do CLP e Q0 a sada digi-tal nmero 0 do CLP. Desta manei-ra, fica claro nesse diagrama de con-tatos que o estado da sada Q0 de-pender do estado da entrada I0:

quando esta for ativada, fechando achave I0, se fechar o circuito el-trico entre os plos virtuais da fontede alimentao (representados pelasduas linhas verticais) e se ativar,portanto, a sada Q0. Se, por exem-plo, conectarmos um pulsador en-trada digital I0 do CLP, e uma lmpa-da sua sada digital Q0 (a forma deconexo depende da interface de en-trada/sada), o que ocorrer ao exe-cutar esse programa que a CPU ircontinuamente efetuar a leitura daentrada I0, e atribuir sada Q0 ovalor lido. Em outras palavras, se opulsador for fechado, far com que aentrada I0 passe a nvel lgico 1, oque implicar que a sada, segundo oprograma, passe tambm a nvel l-gico 1, acendendo a lmpadaconectada em Q0.

Implementaoda funo NOT

Se o projetista desejar utilizar l-gica negativa, isto , que o estado dasada seja o inverso do estado da en-trada, dever programar a entrada I0como uma chave normalmente fecha-da, de modo que quando essa entra-da se ativar, se abra o circuito entreos plos virtuais da bateria,desativando a sada Q0. O diagramaladder correspondente ter, ento, oaspecto ilustrado nafigura 2.

Observe que isso no implicaque o pulsador, ou genericamente,o sensor conectado entrada I0,

Figura 4 - Diagrama ladder da funo ANDcom um contato NF. Figura 5 - Diagrama ladder da funo OR.

Tabela 1 - Tabela-verdade do diagrama da

figura 4 .

Figura 6 - Diagrama ladder da funo ORcom um contato NF.


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deva ser normalmente fechado, masque a lgica que o programaaplicativo implementa a lgicanegativa, ao contrrio do exemploanterior. Isso significa que, caso aCPU leia na entrada I0 o valor 0

(pulsador desativado), colocar nasada Q0 o valor 1, acendendo almpada ou ativando o atuadorconectado nela. Se o programa exe-cutivo, ao efetuar a varredura, ler naentrada I0 o valor 1 (pulsador ativa-do), escrever na sada Q0 o valor0 apagando a lmpada.

Implementaoda funo AND

Quando se quiser que uma sa-da fique ativada apenas quandodois sensores estiverem ativados juntos, deveremos implementar afuno AND no diagrama ladder,o qual ter o aspecto exibido nafigura 3.

Assim, seguindo a lgica descri-ta pela tabela verdade da funo AND,a sada Q0 s estar ativada quandoas duas entradas, I0 e I1, estiveremativadas. Caso alguma delas se en-contre em estado lgico 0 (entradadesativada), a sada Q0 estardesativada. Na lgica do diagrama decontatos, apenas quando as duaschaves estiverem fechadas que ocircuito virtual estar fechado e, por-tanto, ser ativada a sada Q0, ativan-do o atuador ligado nela.

Obviamente, assim como na fun-o AND, o estado da sada podedepender de mais de duas entradas.Nesse caso, suficiente desenharno ramal correspondente todas as

chaves que representam as entra-das em srie.

A seguir, apresentado nafigura4 um exemplo em que uma dessaschaves normalmente fechada.

Isso implica em que a sada Q0

s estar ativada quando a entradaI0 estiver tambm em estado lgico1 (fechando a primeira chave), e aentrada I1 estiver desativada em es-tado lgico 0 (mantendo a segundachave fechada). Em outras palavras,a lgica do programa se cor-responde com a tabela-verdade(tabela1 ).

Onde se deve entender o esta-do 0 como entrada ou sadadesativada, e o estado 1 como en-trada ou sada ativada.

Implementaoda funo OR

Quando se desejar que uma sa-da se ative diante da ativao dequalquer uma de duas entradas,dever-se- implementar uma funoOR no diagrama ladder, o qualter o seguinte aspecto, visto nafi-gura 5.

Assim, seguindo a lgica defi-nida pela funo OR, a sada Q0

s estar desativada quando esti-verem desativadas as duas entra-das I0 e I1. Se alguma delas (ouas duas) estiverem ativadas, emestado lgico 1, o programa exe-cutor ativar a sada, alimentando

o atuador ligado nela. Na lgica dodiagrama de contatos, o circuitovirtual estar fechado quandoqualquer uma, ou as duas chaves,estiverem fechadas, ativando as-sim a sada Q0.

Aqui tambm pode acontecerque o estado da sada dependa demais de duas entradas. Nessecaso, basta desenhar no ramalcorrespondente todas as chavescorrespondentes a todas as entra-das das quais depende a sada emparalelo.Atente para o exemplo dado nafigura 6 em que uma dessas cha-ves normalmente fechada.

Nesse caso, a sada Q0 estar ati-vada quando se ativar a entrada I0,quando se desativar a entrada I1, ouquando se cumprirem ambas as con-dies; pode ser visto de modo inver-so: a sada Q0 s estar desativadaquando a entrada I0 estiver desativadae a entrada I1 estiver ativada, nicocaso em que o caminho entre os p-los virtuais da bateria do diagrama ficaaberto. Em outras palavras, esse dia-grama responde tabela-verdade 2(tabela 2).

Implementaoda funo NAND

Se desejarmos que uma sadaesteja desativada apenas quandoduas entradas estiverem ativadas,deve-se implementar no diagrama

ladder uma funo NAND. Paraimplementar tal funo, existemduas possibilidades.

Tabela 2 - Tabela-verdade do diagrama dafigura 6, onde a lgica dos estados amesma utilizada no exemplo anterior.

Figura 8 - Diagrama ladder alternativo dafuno NAND.

Figura 7 - Diagrama ladder da funoNAND.

Figura 9 - Diagrama ladder da funo NOR.


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A primeira delas aplicar a lei deDe Morgan observando que: A B =A + B . O aspecto do diagrama de con-tatos o ilustrado nafigura 7.

Observe-se que a tabela-verda-de que representa a lgica desse

diagrama, com I0 e I1 como vari-veis de entrada e Q0 como varivelde sada, responde quela da fun-o NAND.

A segunda possibil idade implementar uma funo AND se-guida de uma funo NOT. Paraisso, seria necessria a utilizaode uma varivel intermdia, querepresentasse o resultado da fun-o AND e sobre a qual aplicara-mos a funo NOT. Efetivamente,na maioria dos CLPs esto dispo-nveis para o programador umasrie de bits em posies de me-mria na rea da tabela de entra-da/sada, posies que no secorrespondem com entradas e sa-das reais, mas esto l para o pro-gramador utilizar como variveis.Assim sendo, o diagrama de con-tatos poderia ficar com o aspectomostrado na figura 8.

Note que a sada virtual M0 es-tar ativada quando as duas entra-das, I0 e I1, estiverem ativadas, res-pondendo lgica da funo AND.Isso significa que, quando o progra-ma executor realizar a varredura,colocar nessa posio de mem-ria (chamada de M0) o bit corres-pondente lgica descrita. Em se-guida, colocar no bit correspon-dente sada real Q0, o estadocontrrio, is to , o programaimplementar uma funo NOTcom esse bit M0 como entrada eQ0 como sada.

Tambm aqui, obviamente, po-demos implementar a funo NANDpara mais de duas entradas comqualquer uma das duas possibilida-des descritas.

Implementaoda funo NOR

Se quisermos que uma sadaesteja ativada apenas quando duasentradas estiverem desativadas,deveremos implementar no diagra-ma de contatos uma funo NOR.Neste caso, tambm contamos comas duas possibilidades descritas naseo anterior.

A primeira aplicar a lei de DeMorgan, lembrando que A + B =A BO aspecto do diagrama de con-tatos, ento, seria aquele desenha-do na figura 9.

Observe-se que a tabela-verda-de que representa a lgica desse

diagrama, com I0 e I1 como vari-veis de entrada e Q0 como varivelde sada, responde quela da fun-o NOR.

A segunda possibilidade, simi-larmente ao descrito na seo an-

terior, consiste em aplicar a fun-o OR representando-a em umavarivel intermediria, para apli-car a funo NOT nessa varivel.Assim, o aspecto do diagrama decontatos seria o apresentado nafigura 10.

Veja que a sada virtual M0 esta-r desativada quando as duas entra-das, I0 e I1, estiverem desativadas,respondendo lgica da funo OR.Isso significa que, quando o progra-ma executor realizar a varredura, co-locar nessa posio de memria cha-mada de M0 o bit correspondente lgica descrita. Em seguida, colocarno bit correspondente sada real Q0,o estado contrrio, isto , o programaimplementar uma funo NOT comesse bit M0 como entrada e Q0 comosada.

Tambm neste caso, obviamen-te, podemos implementar a funoNOR para mais de duas entradas,com qualquer uma das duas possi-bilidades descritas.

Figura 11 - Diagrama ladder da expressolgica.

Figura 10 - Diagrama ladder alternativo dafuno NOR. Figura 13 - Circuito de SET e RESET.

Figura 12 - Diagrama ladder do circuito deintertravamento.


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Elaboraode circuitos

Evidentemente, em muitas situa-es deveremos implementar lgi-cas correspondentes a expresses

algbricas mais complexas, devidoao fato de que o estado do atuadorpoder depender de combinaescomplexas de estados de vriossensores. Isso sempre ser poss-vel implementar utilizando variveisintermdias.

Por exemplo, suponha-se que sedeseja implementar em um diagra-ma de contatos a lgica represen-tada pela expresso algbrica se-guinte, onde o estado da funo(sada) depende dos estados de trsvariveis binrias (entradas) chama-das de A, B e C:

S = A B + C + B A + B

claro que podemos (e sempreser conveniente) simplificar primei-ro essa expresso, antes deimplementar o diagrama de conta-tos. Isso possvel aplicando as leisde De Morgan e as propriedades da

lgebra de Boole. Mas, a ttulo deilustrao implementaremos um dia-grama de contatos seguindo a lgi-ca dessa expresso sem simplifica-o alguma. Tal diagrama poder tero aspecto visto nafigura 11.

Onde supomos as variveis deentrada A, B e C conectadas s en-tradas I0, I1, e I2, respectivamen-te, e a varivel S na sada Q0.

Observe-se que, assim como naexpresso lgica aparece mais deuma vez a mesma varivel, aquitambm utilizamos a mesma entra-da em mais de um ramal. Isso norepresenta inconveniente algum.Quando o programa executorefetuar o ciclo de varredura, ler osestados das trs entradas I0, I1, eI2, e escrever nas posies de me-mria correspondentes, M0 a M6, osestados respectivos lgica descri-ta pelo programa, para finalmenteestabelecer o estado da sada Q0segundo esta lgica.

Circuitos deintertravamento

At agora, todos os exemplos mos-trados respondem lgica com-

binacional, isto , uma lgica onde oestado das variveis de sada depen-de exclusivamente dos estados dasvariveis de entrada nesse momento.Todavia, deve-se atentar para o queacontece com a lgica do seguinte

diagrama de contatos; vejafigura 12.Qual ser o estado da sada Q0quando as entradas I0 e I1 estiveremdesativadas? Tudo depender do es-tado anterior dessas entradas; istoquer dizer que a sada j no maisdepende exclusivamente da condiodas entradas nesse momento, mas deum histrico desses estados. A lgicadesse diagrama no maiscombinacional, mas sim seqencial.

Se inicialmente a entrada I0 es-tiver desativada, seja qual for o es-tado da entrada I1, a sada virtualM0 estar desativada e, portanto, asada real Q0 tambm. Ao se ativara entrada I0 (mantendo I1desativada), se fechar o caminhoentre os plos virtuais da bateria,ativando as sadas M0 e Q0. Mas,ao ativar a sada M0, se fechar ocircuito pelo outro ramal, porquetambm estar se fechando a cha-ve M0, chave e sada tem seu esta-do armazenado no mesmo bit damemria. Assim sendo, se posterior-mente for desativada a chave I0, asada M0 permanecer ativada,uma vez que o circuito permanecefechado pelo ramal inferior. Mudouo estado da sada mesmo tendo no-vamente as duas entradasdesativadas. Essa situao persis-

Figura 15 - Diagrama de tempos do circuito de deteco de borda.

Figura 14 - Circuito de deteco de borda.

Figura 16 - Exemplo de aplicao de umcircuito de deteco de borda.


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te at ativar-se a entrada I1, abrin-do o circuito e desativando a sadaM0, e logo tambm a chave M0. Sedepois se desativar I1, o circuito per-manecer aberto e portanto a sa-da M0 desativada.

Em sntese, I0 chamado depulsador de start , pelo fato de queao ser pressionado ativa a sada,a qual permanece nessa condiomesmo depois de soltar opulsador, e I1 chamado pulsadorde stop , porque ao ser pressiona-do desativa a sada, a qual per-manece nesse estado mesmoaps desativar I1.

Este circuito de intertravamento,tambm conhecido como circuito derel, devido ao fato de que a sua l-gica tambm pode ser imple-mentada com um rel convencional, a base de todos os circuitos delgica seqencial, os quais podemser muito mais complexos e comsadas dependendo de diversas

combinaes e seqncias de es-tados nas entradas.

Finalmente, cabe destacar que al-guns modelos de CLP permitem utili-zar uma sada real tambm como en-trada virtual. Nesse caso, faz-se des-

necessria a utilizao da varivelM0, uma vez que tanto sada comochave podem ser chamadas de Q0.

Sentenas SET e RESET

Uma outra maneira de conseguirum intertravamento atravs do usoda sentena SET, a qual permite ati-var uma sada ante uma condiode entrada e permanecer nesta con-dio mesmo mudando o estado daentrada. Para desativar a sada,deve-se utilizar a sentena RESET,a qual desativa a sada ante umacondio da entrada e permanecedesativada mesmo mudando essacondio de entrada.

Os diferentes modelos de CLPdivergem na forma de implementaresse par de instrues, daremosaqui um exemplo genrico, ilustra-do na figura 13.

Aqui, diante da ativao da en-trada I0, se estabelecer (SET) nasada Q0 o estado lgico 1, o qualpermanecer nessa condio inde-finidamente, mesmo mudando o es-tado da entrada. Diante da ativaoda entrada I1, se desativar(RESET) a sada Q0, continuandonesse estado mesmo desativando-se a entrada I1.

Circuitos dedeteco de borda

Existem algumas situaes emque necessrio registrar no oestado de uma entrada, mas o ins-

tante em que essa entrada comu-ta. Isso realizado por meio decircuitos de deteco de borda,que podem detectar tanto o flancoascendente (instante de ativaoda entrada), como o flanco des-cendente (instante de desativaoda entrada). Esses circuitos seaproveitam da caracterstica dis-creta do CLP e do tempo de var-redura em que a CPU demora paraler os estados das entradas. Ob-serve o seguinte exemplo, dado nafigura 14.Inicialmente, quando a entradaI0 est desativada, as variveisM0 e M1 esto em estado lgico0. Quando o programa executor lerum estado lgico 1 na entrada I0,e estado lgico 0 na varivel M1,colocar um 1 nas variveis M0 eM1. Mas no seguinte ciclo de var-redura, ao ter lido um 1 na vari-vel M1, colocar um 0 na varivelM0. Isso implica que a varivel M0permanecer em estado lgico 1apenas durante um ciclo de var-redura, o que normalmente durauns poucos microssegundos (mui-tos CLP permitem fixar o tempo de

Figura 18 - Diagrama de tempos de um circuito temporizador.

Figura 17 - Diagrama ladder de umtemporizador.

Figura 19 - Diagrama ladder de umtemporizador com retardo no desligamento.


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varredura). O estado dessa vari-vel ser um impulso de curta du-rao que aparece no instante deativao da entrada I0.

O diagrama de tempos que re-presenta essa situao o mostra-

do na figura 15.Atente para o fato de que, na re-alidade, M0 no mudar de estadono exato instante de comutao deI0, que o instante de ativao dosensor conectado nessa entrada,mas a partir do seguinte ciclo devarredura, permanecendo em esta-do lgico 1 apenas durante um ci-clo.

Um exemplo de aplicao prti-ca desse circuito quando se de-seja ativar e desativar uma sadacom um nico pulsador. Quandoeste pressionado, se ativar a sa-da, e quando for pressionado pelasegunda vez, ser desativada, eassim por diante. O circuito comple-to para essa implementao pode fi-car com o aspecto exibido nafigu-ra 16.

Os dois primeiros ramais soiguais aos do diagrama anterior, avarivel M0 s se ativar quando seativar o pulsador conectado entra-da I0 e permanecer ativada duranteum impulso. Ao se ativar M0, ativar-se- M2, devido a que a linha superi-or do terceiro ramal estar fechada, eportanto se ativar a sada Q0. Umciclo de varredura depois, ao sedesativar M0, o terceiro ramal aindacontinuar fechado, devido a que a li-

nha inferior se fechar agora, manten-do M2 ativado e, por conseguinte, asada Q0 tambm. Ao se ativar pelasegunda vez I0, ser ativada a vari-vel M0 abrindo a linha inferior do ter-ceiro ramal e, logo, desativando M2

e conseqentemente a sada Q0. Noseguinte ciclo de varredura, ao sedesativar a varivel M0, a varivelM2 ainda permanecer desativada,por estar o terceiro ramal aberto,prosseguindo a sada Q0desativada.

Temporizadores

A maioria dos CLPs atuais pos-suem um recurso de retardo detempo, ou temporizador. A manei-ra como ele inserido no diagra-ma de contatos, assim como algu-mas particularidades sobre seuuso so prprias de cada modelode CLP. Daremos aqui uma defin i-o genrica, a qual deve seradaptada segundo o manual for-necido pelo fabricante na hora deser implementado um circuito comtemporizador.

O diagrama de contatos bsico similar ao seguinte, indicado nafi-gura 17.

Onde I0 a entrada que contro-la a ativao da base de tempo ePV (Preset Value ) a entrada

onde se determina o tempo de re-tardo, especificado como um ml-tiplo de uma base de tempo de-terminada; nesse exemplo, a basede tempo foi escolhida 0,1s e ovalor de PV em 300, o que signifi-

ca que o retardo ser de 30 s. Abase de tempo em geral pode serescolhida entre algumas opespr-determinadas. O smbolo %especifica endereo de memria,que pode ser de entrada (%I0),sada (%Q0), ou auxiliar do tipo re-gistrador (%R1). A contagem deimpulsos, cada um acontecendo acada perodo de tempo determina-do pela base de tempo (no exem-plo: 0,10s) armazenada numavarivel auxiliar endereada em%R1. Assim, quando se ativar a en-trada I0, comear uma contagemde impulsos at 300 (ou 30s). De-corrido esse tempo, ser ativada asada Q0. Se, no entanto, a entradaI0 se desativar antes da contagemfinalizar, a sada Q0 no se ativa-r em momento algum, zerando acontagem armazenada em %R1novamente. O diagrama de temposilustrado nafigura 18 traz essa si-tuao.

Alm desse diagrama bsico, possvel implementar outros dia-gramas de contatos que utilizamtemporizadores e apresentam ou-tros efeitos. Mostraremos, a ttulode ilustrao, apenas um par deexemplos. O primeiro deles con-siste em ativar uma sada quandose ativa uma entrada, e mant-la

Figura 20 - Diagrama de tempos do diagramade contatos anterior.

Figura 21 - Diagrama de contatos de umoscilador astvel.

Figura 22 - Diagrama de tempos do osciladorastvel.


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nessa condio at 30 s depois daentrada se desativar (efeito de re-tardo no desligamento). O diagramade contatos que produz tal efeito aquele fornecido nafigura 19.

O funcionamento desse diagra-

ma de contatos pode ser entendidomais claramente mediante um dia-grama de tempos, conforme mostraa figura 20.

Deve-se notar que agora adesativao de I0, juntamente com amanuteno da varivel M0 em esta-do lgico 1, a condio que inicializao temporizador. Mas quando a chaveM1 for fechada (30s depois), que avarivel M0 serresetada . Durante aativao dessa varivel que a sadareal Q0 ativada.

O segundo exemplo que serapresentado o clssico osciladorastvel, realizado com doistemporizadores; veja afigura 21.

O diagrama de tempos que ilus-tra

revista mecatronica atual - edicao 005

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