sistema de controle e monitoração de carga do modelo icônico do guindaste stalprodukter -...

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA FLUMINENSE

FRANCISCO JOS RANGEL RIBEIRO

MARINA DE OLIVEIRA MIELI

SISTEMA DE CONTROLE E MONITORAO DE CARGA DO MODELO ICNICO

DO GUINDASTE STALPRODUKTER

Campos dos Goytacazes

2015

1

FRANCISCO JOS RANGEL RIBEIRO

MARINA DE OLIVEIRA MIELI

SISTEMA DE CONTROLE E MONITORAO DE CARGA DO MODELO ICNICO

DO GUINDASTE STALPRODUKTER

Trabalho de Concluso de Curso, apresentado ao

Instituto Federal de Educao, Cincia e

Tecnologia Fluminense, como parte dos

requisitos necessrios para obteno do ttulo de

Bacharel em Engenharia de Controle e

Automao.

Orientador: Prof Me. Eugenio Ferreira Naegele da

Silva

Coorientador: Prof Me. Edson Simes dos Santos

Campos dos Goytacazes

2015

2

R484s Ribeiro, Francisco Jos Rangel.

Sistema de controle e monitorao de carga do modelo icnico do

guindaste Stalprodukter / Francisco Jos Rangel Ribeiro, Marina de

Oliveira Mieli 2015.

118 f. il. color.

Orientador: Eugnio Ferreira Naegele da Silva

Monografia (Bacharel em Engenharia de Controle e Automao).

Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia Fluminense

Campus Campos Centro. Campos dos Goytacazes (RJ), 2015.

1. 1. Guindastes, etc. 2. Mquinas para iar. 3. Mquinas elevatrias. I. Mieli, Marina de Oliveira. II. Silva, Eugnio Ferreira Naegele da

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)

Biblioteca. Setor de Processos Tcnicos (IFF)

4

A Joo Carlos de Almeida Mieli

M.O.M.

A Deus

F.J.R.R.

5

Voc o que repetidamente faz. Excelncia no um

evento, um hbito.

Aristteles

6

RESUMO

Guindastes so equipamentos utilizados para a elevao e a movimentao

de cargas e materiais pesados. Na indstria petrolfera offshore, esse trabalho

realizado atravs de guindastes hidrulicos, no s dentro dos limites da plataforma,

mas tambm em operaes com embarcaes auxiliares. Este trabalho trata,

especificamente, do guindaste hidrulico STALPRODUKTER, presente em algumas

plataformas da PETROBRAS. O mesmo, em sua condio de mquina, est

suscetvel a falhas. Para evitar tais problemas, existem sistemas de intertravamento

e segurana. Foi reproduzido no modelo icnico presente no laboratrio, o sistema

de controle e monitorao de carga do guindaste, que integra os sistemas de

controle do limite de iamento e do limite de elevao da lana, j encontrados no

modelo, ao sistema indicador de operao sobre a embarcao e sistema de

monitorao de carga. Tendo como objetivo o impedimento de uma operao que

possa causar sobrecargas nos motores e nos cabos dos guinchos.

Palavras-chave: Guindaste hidrulico. Monitorao de carga. Sobrecarga.

7

ABSTRACT

Cranes are equipments used for lifting and moving loads and heavy materials.

In the offshore oil industry, this work is carried out through hydraulic cranes, not only

within the limits of the platform, but also in operations with auxiliary vessels. This

work deals specifically with the STALPRODUKTER hydraulic crane, present in some

of PETROBRAS platforms. Like every machine, it is susceptible to failure. To avoid

such problems, there are interlocking and security systems. The control and load

monitoring system was developed using the iconic model present in the laboratory,

which includes the lifting limit control and boom lifting limit systems which can be

found in the model, the operation on vessel indicator systems and cargo monitoring

system, aiming the prevention of an operation that can cause overloads in the motors

and winches cables.

Keywords: Hydraulic crane. Load monitoring. Overload.

8

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Geometria do guindaste tomado como base para o projeto ....................... 17

Figura 2: Localizao das alavancas de controle ...................................................... 18

Figura 3: Guinchos de iamento auxiliar e principal .................................................. 19

Figura 4: Princpio de funcionamento de um circuito hidrulico fechado de forma

simplificada ................................................................................................................ 28

Figura 5: Circuito hidrulico do motor ........................................................................ 29

Figura 6: (a) Motor em torque mximo e velocidade mnima; (b) Motor em torque

mnimo e velocidade mxima .................................................................................... 30

Figura 7: Circuito hidrulico fechado ......................................................................... 31

Figura 8: Motor hidrulico de pistes variveis ......................................................... 32

Figura 9: Bomba hidrulica auxiliar ........................................................................... 33

Figura 10: (a) Alavanca de controle; (b) Localizao da alavanca de controle da

lana e do giro ........................................................................................................... 33

Figura 11: Localizao do boto seletor dos guinchos .............................................. 35

Figura 12: Diagrama ladder do sistema seletor de guinchos ..................................... 35

Figura 13: Localizao do sensor limite de cabo frouxo ............................................ 36

Figura 14: Foto com a localizao do boto para determinao da posio do

gancho e display ....................................................................................................... 36

Figura 15: Localizao do encoder nos guinchos auxiliar e principal ........................ 37

Figura 16: Localizao das clulas de carga dos guinchos auxiliar e principal ......... 37

Figura 17: Clula de carga instalada no parafuso de cisalhamento do guincho

auxiliar ....................................................................................................................... 38

Figura 18: Localizao dos botes homem morto ..................................................... 39

Figura 19: Vlvula direcional com solenoide HY 112 desenergizado ........................ 40

9

Figura 20: Console de controle da cabine do operador ............................................. 41

Figura 21: Modelo icnico do guindaste STALPRODUKTER.................................... 42

Figura 22: Localizao dos sensores instalados no modelo icnico ......................... 43

Figura 23: Ponte de Wheatstone ............................................................................... 44

Figura 24 : Clula de carga ....................................................................................... 45

Figura 25: Diagrama ilustrativo do circuito amplificador ............................................ 46

Figura 26: Implementao do circuito amplificador ................................................... 46

Figura 27: Encoder .................................................................................................... 47

Figura 28: Sinais fornecidos por um encoder quadrature. ......................................... 47

Figura 29: (a) ilustrao do potencimetro; (b) diagrama representativo do circuito

interno do potencimetro ........................................................................................... 49

Figura 30: Potencimetro .......................................................................................... 50

Figura 31: Fonte de alimentao da clula de carga e do sensor de ngulo da lana

.................................................................................................................................. 50

Figura 32: Placa de aquisio ................................................................................... 51

Figura 33: Diagrama de blocos de uma cadeia de processamento ........................... 51

Figura 34: Sensor de incio de curso do cabo de iamento do guincho auxiliar ........ 55

Figura 35: Sensor de fim de curso do cabo de iamento do guincho auxiliar............ 56

Figura 36: Solenoide HY 101/102 da vlvula ............................................................ 56

Figura 37: Boto de by-pass para o sistema de iamento do guincho auxiliar .......... 57

Figura 38: Sensor de limite superior da lana ........................................................... 58

Figura 39: Batente amortecedor da lana ................................................................. 58

Figura 40: Sensores de limite inferior da lana ......................................................... 59

Figura 41: Solenoide HY 105 e HY 106 da vlvula ................................................... 59

Figura 42: Boto de by-pass para sensor de limite inferior mximo da lana ........... 60

10

Figura 43: (a) Operao sobre a plataforma; (b) operao sobre a embarcao ...... 61

Figura 44: Detalhe do sistema indicador de operao sobre a embarcao no

supervisrio ............................................................................................................... 62

Figura 45: Boto de acionamento do freio de iamento do guindaste original .......... 63

Figura 46: Altura relativa e absoluta da carga ........................................................... 64

Figura 47: Diagrama de blocos do sistema implementado no LabVIEW Sistema de

controle e monitorao de carga ............................................................................... 65

Figura 48: Detalhe do diagrama de blocos com destaque do sistema indicador de

operao sobre a embarcao .................................................................................. 66

Figura 49: Parmetros do sistema indicador de operao sobre a embarcao na

IHM ............................................................................................................................ 67

Figura 50: Detalhe do boto seletor da altura da onda do guindaste original............ 71

Figura 51: Detalhe do boto virtual seletor da altura da onda do modelo icnico ..... 71

Figura 52: Diagrama de blocos do sistema de controle e monitorao de carga do

modelo....................................................................................................................... 73

Figura 53: Parmetros do sistema de monitorao de carga na IHM ....................... 74

Figura 54: Movimentao do guindaste em caso de sobrecarga .............................. 75

Figura 55: Representao do sistema hidrulico do modelo ..................................... 76

Figura 56: Representao do circuito eltrico do modelo.......................................... 77

Figura 57: Diagrama de intertravamento do CLP ...................................................... 78

Figura 58: Detalhe do circuito hidrulico com destaque para as vlvulas que

representam a alavanca de controle ......................................................................... 79

Figura 59: Circuito hidrulico Simulao dos movimentos da lana e do guincho

situao 1 .................................................................................................................. 80

11

Figura 60: Circuito hidrulico Simulao dos movimentos da lana e do guincho

situao 2 .................................................................................................................. 81

Figura 61: Detalhe do circuito hidrulico com destaque para a vlvula homem morto

.................................................................................................................................. 82

Figura 62: Alavanca de controle com indicao do boto homem morto presentes no

modelo icnico .......................................................................................................... 83

Figura 63: Circuito eltrico acionamento do boto homem morto .......................... 84

Figura 64: Diagrama do CLP Acionamento do boto homem morto ...................... 85

Figura 65: Circuito hidrulico - Acionamento do boto homem morto ....................... 85

Figura 66: Circuito hidrulico - Acionamento da alavanca de controle ...................... 86

Figura 67: Circuito eltrico Acionamento do sensor de limite superior da lana .... 88

Figura 68: Diagrama do CLP Acionamento do sensor de limite superior da lana . 89

Figura 69: Circuito hidrulico Acionamento do sensor de limite superior da lana . 89

Figura 70: Circuito eltrico Acionamento do sensor de fim de curso do cabo do

guincho auxiliar ......................................................................................................... 91

Figura 71: Diagrama do CLP Acionamento do sensor de fim de curso do cabo do


Figura 72: Circuito hidrulico Acionamento do sensor de fim de curso do cabo do


Figura 73: Circuito Hidrulico Acionamento do sensor do limite de fim de curso do

cabo do guincho auxiliar com movimentao simultnea do motor da lana ............ 93

Figura 74: Circuito eltrico Acionamento do boto de by-pass para o sistema de

movimentao da lana............................................................................................. 95

Figura 75: Diagrama do CLP Acionamento do boto de by-pass para o sistema de


12

Figura 76: Circuito hidrulico Acionamento do boto de by-pass para o sistema de


Figura 77: Circuito eltrico Acionamento do boto de by-pass para o sistema de

movimentao do guincho auxiliar ............................................................................ 98

Figura 78: Diagrama do CLP Acionamento do boto de by-pass para o sistema de


Figura 79: Circuito hidrulico Acionamento do boto de by-pass para o sistema de


Figura 80: Representao do sistema hidrulico modificado do modelo ................ 101

Figura 81: Vlvula de reteno pilotada 1 ............................................................... 102

Figura 82: Vlvula de reteno pilotada 2 ............................................................... 102

Figura 83: Detalhe do solenoide HY 103 da vlvula direcional ............................... 103

Figura 84: Representao do sistema eltrico modificado do modelo .................... 104

Figura 85: Diagrama de intertravamento do CLP modificado .................................. 106

Figura 86: Diagrama ilustrativo do circuito amplificador do sinal proveniente do

sistema de monitorao de carga ........................................................................... 107

Figura 87: Circuito amplificador do sinal proveniente do sistema de monitorao de

carga implementado ................................................................................................ 108

Figura 88: Circuito eltrico Situao de sobrecarga ............................................. 109

Figura 89: Diagrama do CLP Situao de sobrecarga ......................................... 110

Figura 90: Circuito hidrulico - Situao de sobrecarga .......................................... 110

Figura 91: Circuito hidrulico situao de sobrecarga sentido de movimentao

impedido .................................................................................................................. 111

Figura 92: Circuito hidrulico situao de sobrecarga sentido de movimentao

permitido.................................................................................................................. 112

13

Figura 93: Circuito eltrico Acionamento do by-pass do sistema de monitorao de

carga ....................................................................................................................... 114

Figura 94: Diagrama do CLP Acionamento do by-pass do sistema de monitorao

de carga .................................................................................................................. 115

Figura 95: Circuito hidrulico Acionamento do by-pass do sistema de monitorao

de carga .................................................................................................................. 115

Figura 96: IHM do sistema de controle e monitorao de carga ............................. 116

Figura 97: IHM do guindaste original ....................................................................... 117

Figura 98: IHM desenvolvida para o modelo icnico ............................................... 117

14

SUMRIO

SUMRIO .................................................................................................................. 14

1. CONCEITOS ...................................................................................................... 17

1.1. GEOMETRIA DO GUINDASTE .................................................................... 17

1.2. ALAVANCAS DE CONTROLE ..................................................................... 18

1.3. ALTURA DA LANA .................................................................................... 18

1.4. NGULO CRTICO ...................................................................................... 18

1.5. NGULO DA LANA ................................................................................... 18

1.6. GUINCHOS .................................................................................................. 18

1.7. OPERADOR ................................................................................................. 19

1.8. RAIO DE CARGA ......................................................................................... 19

2. INTRODUO .................................................................................................... 20

2.1. APRESENTAO ........................................................................................ 20

2.2. JUSTIFICATIVA ........................................................................................... 21

2.3. OBJETIVOS GERAIS ................................................................................... 21

2.4. OBJETIVOS ESPECFICOS ........................................................................ 22

3. METODOLOGIA ................................................................................................. 23

4. TIPOS DE GUINDASTES E ASPECTOS GERAIS ............................................ 24

4.1. CONTEXTO HISTRICO............................................................................. 24

4.2. GUINDASTE HIDRULICO ......................................................................... 25

4.2.1. Sistemas Hidrulicos ............................................................................. 25

4.2.2. Caractersticas Dos Sistemas Hidrulicos ............................................. 25

5. O GUINDASTE STALPRODUKTER ................................................................... 27

5.1. SISTEMAS HIDRULICOS DO GUINDASTE.............................................. 27

5.1.1. Sistema Hidrulico Da Lana................................................................. 32

5.1.2. Sistema Hidrulico Dos Guinchos ......................................................... 34

5.2. SISTEMAS DE SEGURANA E INTERTRAVAMENTO .............................. 38

15

5.2.1. Freios ..................................................................................................... 38

5.2.2. Funo Homem Morto ........................................................................... 39

5.2.3. Proteo Contra Sobrecarga ................................................................. 40

5.2.4. Incio e Fim De Curso ............................................................................ 40

5.2.5. Alertas e Alarmes .................................................................................. 40

6. COMPONENTES DO PROJETO ....................................................................... 42

6.1. MODELO ...................................................................................................... 42

6.2. SENSORES ................................................................................................. 42

6.2.1. Clula De Carga .................................................................................... 43

6.2.2. Encoder ................................................................................................. 46

6.2.3. Potencimetro ........................................................................................ 48

6.3. ALIMENTAO DA CLULA DE CARGA E DO SENSOR DE NGULO DA

LANA ................................................................................................................... 50

6.4. DISPOSITIVOS DE AQUISIO DE DADOS.............................................. 51

6.5. SOFTWARE DE AQUISIO DE DADOS, PROCESSAMENTO E

SUPERVISRIO .................................................................................................... 52

7. SISTEMA DE CONTROLE E MONITORAO DO GUINDASTE ...................... 53

7.1. TABELA DE ALOCAO ............................................................................. 53

7.2. SISTEMA DE CONTROLE DO LIMITE DE IAMENTO .............................. 55

7.3. SISTEMA DE CONTROLE DO LIMITE DE ELEVAO DA LANA ........... 57

7.4. SISTEMA INDICADOR DE OPERAO SOBRE A EMBARCAO .......... 60

7.4.1. Descrio ............................................................................................... 60

7.4.2. Atuao.................................................................................................. 62

7.4.3. Implementao ...................................................................................... 63

7.5. SISTEMA DE MONITORAO DE CARGA ................................................ 68

7.5.1. Descrio ............................................................................................... 68

7.5.2. Atuao.................................................................................................. 69

7.5.3. Implementao ...................................................................................... 70

16

7.6. INTERTRAVAMENTO DO GUINDASTE ..................................................... 76

7.6.1. Implementao No Modelo Icnico ........................................................ 76

7.6.2. Intertravamento Atravs Do Sistema Homem Morto ............................. 81

7.6.3. Intertravamento Atravs Dos Sistemas De Controle Do Limite De

Iamento e De Elevao Da Lana .................................................................... 86

7.6.4. Intertravamento Atravs Do Sistema De Monitorao De Carga......... 100

7.7. INTERFACE HOMEM-MQUINA (IHM) .................................................... 116

8. CONCLUSO ................................................................................................... 118

9. REFERNCIAS ................................................................................................ 119

17

1. CONCEITOS

Para os propsitos deste trabalho, foram adotados os termos e definies a

seguir.

1.1. GEOMETRIA DO GUINDASTE

A geometria do projeto representada pela Figura 1.

Figura 1: Geometria do guindaste tomado como base para o projeto

Fonte: Autores

18

1.2. ALAVANCAS DE CONTROLE

Alavancas do tipo joystick hidrulico, com funes de acionamento do giro e

abaixamento e elevao da lana e movimento dos cabos de iamento, situadas

esquerda e direita do assento do operador, Figura 2.

Figura 2: Localizao das alavancas de controle

Fonte: (GUIMARES, DA SILVA, CARDOSO, 2013)

1.3. ALTURA DA LANA

Altura da ponta da lana em relao ao eixo horizontal da plataforma.

1.4. NGULO CRTICO

Mnimo ngulo da lana permitido para operaes do guindaste em funo da

carga admissvel de acordo com as tabelas de carga.

1.5. NGULO DA LANA

ngulo de inclinao da lana em relao ao eixo vertical da lana.

1.6. GUINCHOS

Guinchos de sustentao dos cabos auxiliar, principal e da lana, Figura 3.

19

Figura 3: Guinchos de iamento auxiliar e principal


1.7. OPERADOR

Profissional de movimentao de carga. Engenheiro ou tcnico com

treinamento especfico reconhecido.

1.8. RAIO DE CARGA

Raio atual de alcance da carga em relao aos guinchos auxiliar e principal.

20

2. INTRODUO

2.1. APRESENTAO

Guindastes so equipamentos utilizados para a elevao e a movimentao

de cargas e materiais pesados, usando o princpio da fsica no qual uma ou mais

mquinas simples transformam algum tipo de energia em energia mecnica para

mover cargas alm da capacidade humana. So comumente empregados nas

indstrias, terminais porturios e aeroporturios, onde se exige grande mobilidade

no manuseio de cargas e transporte de uma fonte primria embarcao, trem ou

elemento de transporte primrio, para uma fonte secundria, um veculo de

transportes ou depsito local. Pode descarregar e carregar containeres, organizar

material pesado em grandes depsitos, movimentar cargas pesadas na construo

civil e na indstria petrolfera.

Na indstria petrolfera offshore, os guindastes so de fundamental

importncia. As plataformas esto situadas em alto mar, necessitando ser

abastecidas com suprimentos alimentcios, equipamentos, produtos qumicos, dentre

outros. A forma mais vivel, logstica e financeiramente, de faz-lo, devido

distncia da costa, por meio de operaes com embarcaes. As embarcaes

que realizam este trabalho, normalmente, no possuem guindaste, portanto, os

guindastes das plataformas so responsveis pela movimentao dessas cargas.

O equipamento a ser tratado neste trabalho o Guindaste Hidrulico

STALPRODUKTER, presente em diversas plataformas de produo de petrleo da

PETROBRAS. O guindaste hidrulico, assim como todo equipamento, est

suscetvel a falhas, sejam elas de natureza mecnica, por exemplo, o aquecimento

de leo hidrulico, ou de natureza operacional, como acionamento indevido. Para

evitar tais falhas, existem sistemas de intertravamento e segurana, dentre os quais

podemos citar o sistema de controle do limite de iamento, de elevao da lana,

sistema indicador de operao sobre embarcao e sistema de monitorao de

carga que, juntos, compe o sistema de controle e monitorao do guindaste, entre

outros sistemas como o de homem morto, de freios, seleo de guinchos e

emergncia.

21

O sistema reproduzido ser o de controle e monitorao de carga do

guindaste, composto por quatro subsistemas citados anteriormente, dentre os quais

os sistemas de controle do limite de iamento e do limite de elevao da lana j se

encontram instalados no modelo icnico. Ser implementado o sistema de controle e

monitorao do guindaste, que ir integrar os sistemas j encontrados no modelo e

outros dois sistemas desenvolvidos no decorrer deste trabalho, os sistemas

indicador de operao sobre a embarcao e o sistema de monitorao de carga,

com o objetivo de impedir uma operao que possa causar sobrecargas nos

motores e nos cabos dos guinchos, o que poder ocasionar danos estrutura do

guindaste.

2.2. JUSTIFICATIVA

Atualmente, para monitorao de carga do guindaste STALPRODUKTER, o

CLP (Controlador Lgico Programvel) da empresa Saia Burgess, modelo SAIA

PCD4 com mdulos, vem sendo utilizado. Esses mdulos, porm, encontram-se

obsoletos, no havendo mais reposio disponvel no mercado. Alm disto, o

software utilizado para programao apresenta linguagem de baixo nvel, o que

dificulta a interpretao do programa.

Unindo a dificuldade de manuteno dificuldade de interpretao do

programa, houve a necessidade de criar uma segunda alternativa para substituio

do CLP Saia Burgess por um de fabricao nacional, facilitando futuras

manutenes e correes no sistema de controle e monitorao dos guindastes

existentes nas plataformas PETROBRAS.

2.3. OBJETIVOS GERAIS

O objetivo desde trabalho implementar o sistema de controle e monitorao

no modelo icnico do guindaste STALPRODUKTER presente no laboratrio de

Eletro-hidrulica do Instituto Federal Fluminense. Este sistema consiste na

integrao de quatro principais subsistemas: o sistema de controle do limite de

iamento, sistema de controle do limite de elevao da lana, sistema indicador de

operao sobre a embarcao e sistema de monitorao de carga, os dois

22

primeiros, porm, j se encontram instalados no modelo e sero integrados aos

outros dois sistemas desenvolvidos.

2.4. OBJETIVOS ESPECFICOS

Construir uma interface homem-mquina (IHM) que possibilite ao operador o

acompanhamento das operaes;

Determinar o comprimento do cabo do guincho;

Indicar a angulao instantnea da lana;

Indicar o tipo de operao realizada, operao sobre a embarcao ou sobre a

plataforma;

Determinar a carga admissvel pelo guindaste;

Intertravar o guindaste, caso a carga ultrapasse os limites permitidos.

23

3. METODOLOGIA

Para o funcionamento dos sistemas de monitorao de carga e indicador de

operao sobre a embarcao, preciso determinar o comprimento do cabo do

guincho, o ngulo da lana e a carga iada pelo guincho auxiliar. Para tal, sero

instalados sensores de rotao, encoder quadrature e pontencimetro, e uma clula

de carga.

O encoder e o potencimetro sero instalados no guincho auxiliar e no eixo

da lana, respectivamente, para leitura do comprimento do cabo e ngulo da lana.

No guincho auxiliar, tambm ser instalada uma clula de carga para que seja

possvel calcular a carga iada pelo cabo do guincho auxiliar.

Os sensores de rotao e de carga estaro em comunicao com a Placa

DAQ, cuja funo, enviar esses sinais ao software. A partir da obteno destes

parmetros, sero efetuados os ajustes e clculos necessrios, com o auxilio da

ferramenta LabVIEW, que determinaro o tipo de operao realizada, operao

sobre a plataforma ou sobre a embarcao. Com isso, a carga admissvel pelo

guindaste ser encontrada. A ferramenta, ento, enviar um sinal para o Controlador

Lgico Programvel (CLP), que far o intertravamento previamente programado no

mesmo, juntamente com o sistema eletro hidrulico do modelo, impedindo que o

guindaste seja submetido a uma carga acima da permitida pelo sistema.

Para a criao de uma interface homem-mquina (IHM), tambm ser

utilizado o LabVIEW, que possibilitar o acompanhamento das operaes a partir

de uma tela, onde estaro sinalizadas: a porcentagem da carga de trabalho, carga

no gancho, raio da carga, carga segura de trabalho para iamento em plataforma ou

em embarcao auxiliar.

24

4. TIPOS DE GUINDASTES E ASPECTOS GERAIS

4.1. CONTEXTO HISTRICO

Guindastes so equipamentos utilizados para movimentao e elevao de

cargas e, desde muito tempo, tm importante papel em grandes construes.

(RIBEIRO, 2014)

O guindaste com o propsito de mover cargas pesadas, foi criado pelos

gregos antigos, nos idos do sculo 6 a.C. A primeira vez que este equipamento

apareceu em algum livro, foi na obra Problemas Mecnicos, de Aristteles. Embora

se conhea, com alguma preciso, a poca em que foram inventados, ainda no se

sabe muito bem em que circunstncias isso ocorreu e tambm no h registros

especficos de como ou a razo para tal. Especialistas sugerem a hiptese de que o

ambiente intelectual grego daquela poca era bastante avanado e propcio para os

clculos matemticos e estudos da fsica.

Na Roma antiga houve uma poca em que a atividade da construo civil

alcanou patamares no imaginados at ento. Segundo Ribeiro (2014), os romanos

adotaram as formas de guindastes gregos para depois aperfeio-las. Foi a poca

de ouro do guindaste, que foi registrada em documentos especficos de engenharia

da poca. Presume-se que os engenheiros romanos da poca foram capazes de

realizar movimentao de cargas de peso extremamente alto.

Na idade mdia, no s a tcnica do guindaste havia se espalhado pela

Europa, mas tambm o aperfeioamento e incorporao de influncias por parte de

cada povo. Alm disso, comeou-se a usar guindastes em navegaes e para

movimentaes de cargas que no estavam necessariamente ligadas construo

civil. Na Inglaterra, h registros de uma forma mais avanada do guindaste a partir

de 1331.

Em 1586, na chamada era moderna, uma grua similar ao modelo dos

romanos passou a ser usada com timos resultados. Tornou-se bvio que o ato de

puxar a estrutura por meio da coordenao de vrios homens, era uma tarefa que

exigia bastante concentrao e disciplina. Alguns tipos de guindastes passaram a

ser usados, inclusive, de maneira individual. Com a revoluo industrial, os primeiros

guindastes modernos, mais parecidos com os utilizados atualmente, comearam a

25

ser instalados nos principais portos do mundo. O sucesso do guindaste hidrulico

causou uma verdadeira revoluo e o sistema passou a ser utilizado tambm em

pontes.

4.2. GUINDASTE HIDRULICO

4.2.1. Sistemas Hidrulicos

De acordo com Linsingen (2003), os sistemas hidrulicos so baseados em

um conceito simples: a transmisso e controle de foras atravs de um fluido. Assim,

por meio da converso e condicionamento da energia de entrada, sendo esta

geralmente eltrica ou trmica, obtm-se uma energia mecnica til na sada.

Parte da energia utilizada em processos hidrulicos dissipada devido s

caractersticas fsicas e comportamentais dos componentes e do fluido. Devido a

isso, para melhor desempenho do sistema hidrulico, necessrio que as

caractersticas do fluido sejam preservadas. Temperatura e nvel de contaminao,

por exemplo, so fatores que devem ser mantidos em seus valores padres, pois ao

longo do processo essas caractersticas podem ser alteradas devido a influncias do

meio.

4.2.2. Caractersticas Dos Sistemas Hidrulicos

Os sistemas hidrulicos possuem caractersticas que os tornam

especialmente recomendados para uma srie de aplicaes, No entanto, tambm

apresentam limitaes que devem ser consideradas. (LINSINGEN, 2003)

Nos guindastes, as principais vantagens da aplicao de sistemas hidrulicos

em relao aos demais so:

Baixa relao peso/potncia, ou seja, transmisso de grandes foras e

torques elevados com dimenses relativamente reduzidas;

Resposta rpida inverso de movimento sob carga, devido aos baixos

momentos de inrcia;

Adaptao automtica de fora ou torque;

Segurana eficaz contra sobrecargas, atravs do uso de vlvulas limitadoras

de presso;

26

Possvel combinao com sistemas mecnicos, eltricos e pneumticos;

Possibilidade de utilizao sob condies ambientais adversas, desde que

tomadas as devidas medidas de segurana.

Apesar de suas vantagens, devem ser tomados alguns cuidados, pois o fluido

hidrulico pode perder potncia, devido s perdas de carga nas linhas e nos

componentes, causando vazamentos e alteraes na temperatura do fluido, o que

pode comprometer as condies operacionais desses sistemas.

27

5. O GUINDASTE STALPRODUKTER

Recentemente adquirida pela NOV (National-Oilwel Varco), a

STALPRODUKTER foi lder em suprimentos de guindastes em portos Noruegueses

e na indstria de manufatura por quase cinquenta anos.

Inicialmente, seu mercado era voltado para a indstria pesqueira. Desde o

incio dos anos 1980, porm, a empresa ganhou posio, tornando-se o principal

fornecedor para a indstria offshore Norueguesa.

Seu primeiro guindaste foi construdo em 1975, inicialmente destinado para

uso em plataformas mveis. Desde 1985, a empresa passou a fornecer guindastes

para plataformas fixas na Noruega de forma regular. Posteriormente, em 1988, o

guindaste hidrulico de alta presso offshore ganhou um rpido crescimento no

mercado.

O equipamento a ser tratado neste trabalho o Guindaste Hidrulico

STALPRODUKTER, presente em diversas plataformas de produo de petrleo da

PETROBRAS (P-32, P-33, P-35, P-37, P-47).

5.1. SISTEMAS HIDRULICOS DO GUINDASTE

De acordo com Guimares, Da Silva e Cardoso (2013), o sistema hidrulico

do guindaste tema deste trabalho possui quatro circuitos: um circuito auxiliar e trs

principais para acionamento dos guinchos, da lana e do giro.

Os circuitos hidrulicos principais do guindaste so do tipo circuito fechado

(transmisso hidrosttica). A Figura 4 ilustra o princpio de funcionamento de um

circuito fechado, de forma simplificada.

28

Figura 4: Princpio de funcionamento de um circuito hidrulico fechado de forma simplificada


No circuito apresentado na Figura 4, o fluxo de sada do motor hidrulico (1)

conduzido diretamente suco da bomba hidrulica (2), o sentido de giro do motor

hidrulico determinado pelo sentido do fluxo da bomba. Atravs do movimento

axial dos pistes em relao ao eixo central, o fluxo de leo da bomba

infinitamente varivel. A partir da inclinao do prato que une os pistes (dispositivo

interno bomba), pode-se modificar a vazo ou reverter o sentido do fluxo. O

deslocamento do prato controlado por vlvulas proporcionais, sendo seu ngulo

levado ao mximo quando a alavanca de controle atinge o mximo de sua deflexo,

com isso, a bomba ter seu ngulo levado ao mximo. Consequentemente, quando

a alavanca de controle se encontra na posio neutra (central), a vazo da bomba

ser zero e o motor estar parado. A reverso no sentido do fluxo se d inclinando-

se o prato com relao posio central.

O controle de potncia tem a funo de ajustar o deslocamento da mquina hidrosttica de tal forma que a potncia requerida no eixo seja mantida constante, independentemente da presso de trabalho imposta pelas condies de carregamento do sistema. (LINSINGEN, 2003)

Como visto na Figura 4, o deslocamento de cada motor controlado pela

posio da alavanca de comando e pela presso no sistema. Quando a alavanca

alcana seu mximo curso, a bomba estar sempre em mximo deslocamento. O

deslocamento do motor ser mnimo quando a alavanca de comando estiver em seu

mximo curso. Entretanto, o ngulo mnimo do motor limitado a uma presso

mxima pr-estabelecida para os sistemas.

29

Quando a presso atinge o valor limite, o motor limitar o deslocamento para

manter a presso constante, mantendo, assim, uma potncia constante da bomba.

Aumentando-se a carga externa no motor alm do ponto em que o motor

necessita seu mximo deslocamento para manter a presso, a presso do sistema e

a potncia da bomba iro aumentar. Isto ocorrer normalmente prximo ao mximo

torque do motor.

Todas as transmisses so dotadas de vlvulas para limitao da presso do

leo a um valor pr-determinado. Se a presso do sistema exceder um valor limite

pr-estabelecido (presso de corte do motor), a reduo do deslocamento do motor

ir cessar (torque equalizado) e um movimento posterior da alavanca comandar

apenas o deslocamento da bomba.

As velocidades dos motores hidrulicos de cada sistema so determinadas

pelo controle de vazo de suas respectivas bombas, permitindo que os motores

hidrulicos sejam acionados com infinitas velocidades, sendo mantida constante a

rotao do motor eltrico, Figura 5.

Figura 5: Circuito hidrulico do motor


No circuito do motor da lana, por exemplo, o variador (cilindro de dupla ao)

em conjunto com as duas vlvulas direcionais, proporcionais com piloto hidrulico,

3/2 vias realizam a regulagem da potncia.

30

O deslocamento do motor determinado pela presso no sistema e pela

posio da alavanca de controle. Tal deslocamento automaticamente ajustado

para atender ao torque desejado, Figura 5.

Movendo-se a alavanca de controle da posio neutra at o mximo, o

deslocamento da bomba ser aumentado proporcionalmente. A alavanca na posio

mxima significa mxima vazo disponvel. Pelo mesmo tipo de movimento da

alavanca, os motores diminuiro seu deslocamento at um mnimo. Figura 6 (a) e

(b).

Figura 6: (a) Motor em torque mximo e velocidade mnima; (b) Motor em torque mnimo e velocidade

mxima

(a) (b)


Quando a alavanca de controle movida para fora de sua posio neutra, o

motor hidrulico sempre parte com torque mximo, Figura 6 (a), (mximo

deslocamento e mnima velocidade), e, ento, se ajusta para o torque

(deslocamento) necessrio para equilibrar a carga. A velocidade ajustada com o

torque, para manter a potncia constante. A velocidade de movimentao da lana

, portanto realizada pela alavanca de controle do operador, isto , quando move-se

a mesmo da posio neutra at a mxima, o deslocamento da bomba ser

aumentado de forma proporcional. A alavanca na posio mxima significa mxima

vazo disponvel na bomba. Pelo mesmo tipo de movimento da alavanca, os

motores diminuiro seu deslocamento at o mnimo (mnimo deslocamento e

mxima velocidade), Figura 6 (b).

Com esta forma de controle, busca-se evitar que a potncia instalada no

seja ultrapassada, protegendo o equipamento. (LINSINGEN, 2003)

31

O movimento de elevar ou descer a lana controlado pelo movimento para

frente ou para trs da alavanca de controle joystick. A velocidade do cabo de

elevao ou descida da lana proporcional ao movimento do joystick, sendo

limitada pelo sistema hidrulico, de modo a ter-se potncia constante. Portanto, a

velocidade mxima do cabo e consequentemente da lana, cair gradualmente,

conforme aumente a carga no cabo, acima de uma dada carga.

A prpria lana ir pressurizar o sistema quanto o freio for liberado. Isso ir

ocorrer cada vez que a alavanca de controle for movida para fora do neutro, aps ter

estado nesta posio por alguns segundos. A magnitude da queda ir depender do

ngulo da lana e da carga (queda normal menor que 5 mm, medidos no flange do

tambor).

importante notar que o freio estar aplicado somente, e apenas somente,

quando a alavanca de controle (joystick) estiver na posio neutra. A soluo mais

segura, se o movimento de elevao da lana parecer fora de controle, deixar a

alavanca dirigir-se para o neutro.

Alm da bomba principal, tambm utilizada uma bomba de deslocamento

fixo, tambm conhecido como bomba auxiliar ou bomba de recalque, que pode ser

observada na Figura 7, que representa a ilustrao de um circuito fechado completo.

Figura 7: Circuito hidrulico fechado


32

Observa-se na Figura 7 a bomba de recalque (3), que responsvel por

compensar vazamentos nas vlvulas, bombas e motor. Suprido a partir de um

reservatrio de leo hidrulico, o circuito de leo de recalque, sob presso, abastece

o sistema de iamento com leo limpo e resfriado. Se rupturas nas mangueiras

acontecerem, o freio ser ativado automaticamente devido baixa presso nas

linhas. A proteo contra sobrecarga proporcionada por vlvulas limitadoras de

presso (4).

5.1.1. Sistema Hidrulico Da Lana

O sistema hidrulico de movimento vertical da lana realizado atravs de

um nico motor hidrulico de pistes variveis (A6VM160HD), Figura 8. O

acionamento deste motor realizado em circuito fechado por uma bomba hidrulica

de pistes axiais com deslocamento varivel e reversvel, semelhante do sistema

de giro. O acionamento da bomba realizado por um variador hidrulico,

comandado por uma alavanca de controle. O circuito complementado por um bloco

de liberao do freio e por um bloco de emergncia, que permite a execuo de

todos os movimentos da lana, um por vez, em caso de falha no motor eltrico.

Figura 8: Motor hidrulico de pistes variveis


A bomba hidrulica auxiliar, Figura 9, do tipo deslocamento varivel com

pistes axiais para circuito aberto, responsvel por suprir o circuito principal do giro e

33

da lana, responsvel pela reposio de leo devido a vazamentos das vlvulas,

bombas e motores e est acoplada ao eixo da bomba principal do sistema da lana.

Figura 9: Bomba hidrulica auxiliar


A alavanca de controle do tipo joystick hidrulico e se localiza esquerda

do assento do operador, Figura 10 (a) e (b). Possui as funes de acionamento

dos movimentos de abaixamento e elevao da lana e do giro. Ela atua

diretamente num conjunto de vlvulas hidrulicas situadas abaixo do assento do

operador, direcionando um sinal hidrulico para o variador, conforme se deseja o

sentido do movimento.

Figura 10: (a) Alavanca de controle; (b) Localizao da alavanca de controle da lana e do giro

(a) (b)


34

A elevao ou abaixamento da lana so controlados pelo movimento de

avano e retorno da alavanca de controle. A velocidade do cabo de elevao ou

descida da lana proporcional ao movimento da alavanca, sendo limitada pelo

sistema hidrulico, de modo a ter-se potncia constante. Portanto, a velocidade

mxima do cabo e, consequentemente, da lana cair de forma gradual, conforme

aumente a carga no cabo, acima de uma dada carga.

Como visto no tpico 5.1 SISTEMAS HIDRULICOS DO GUINDASTE, esta

alavanca tambm possui um circuito hidrulico de segurana que pressuriza o

sistema e libera o freio somente quando a alavanca de controle movida para fora

da posio neutra (centro). Portanto, se o movimento de elevao ou abaixamento

da lana parecer fora de controle, a soluo mais segura deixar a alavanca se

dirigir para a posio neutra, pois nesta posio o freio estar acionado e o sistema

despressurizado.

5.1.2. Sistema Hidrulico Dos Guinchos

O guindaste dotado de um guincho auxiliar e um principal, cujos motores

hidrulicos so de deslocamento varivel, pisto axial cnico, eixo articulado para

circuito fechado e deslocamento fixo, pisto axial cnico, eixo articulado para circuito

fechado, respectivamente. A partir da cabine do operador, atravs de um boto

eltrico, Figura 11, pode-se selecionar o guincho a ser utilizado, auxiliar (bola-peso)

ou principal (moito). Este boto acionar uma memria auxiliar, que desabilita a

linha do guincho principal (contato normal fechado acionado) e, consequentemente,

habilita a linha do guincho auxiliar (contato normal aberto acionado), Figura 12. A

bomba do circuito hidrulico dos guinchos possui as mesmas caractersticas da

bomba do circuito da lana, com pistes axiais e deslocamento varivel e reversvel.

35

Figura 11: Localizao do boto seletor dos guinchos


Figura 12: Diagrama ladder do sistema seletor de guinchos


O iamento controlado pelo movimento para frente e para trs da alavanca

de controle de iamento, situada direita do assento do operador, Figura 2. Os

guinchos de carga so equipados com interruptores (sensores) limites de cabo

frouxo, Figura 13.

36

Figura 13: Localizao do sensor limite de cabo frouxo


Em caso de uma carga ficar suportada em algum lugar e o operador continuar

liberando o cabo por qualquer motivo o sensor de cabo frouxo ser ativado,

bloqueando o funcionamento da alavanca de controle.

A posio do gancho (extremidade do cabo do guincho auxiliar), tambm

denominado gato, determina o tipo de operao realizada, sobre a plataforma ou

sobre a embarcao. O sistema dos guinchos possui, ento, um display que

apresenta, de acordo com o boto seletor, as posies absoluta e relativa do

gancho, o display o mesmo para o iamento principal e auxiliar e, em ambos os

casos, a altura do gancho compensada pela inclinao da lana. No destaque da

Figura 14, pode-se observar o display, esquerda, e o boto seletor, direita.

Figura 14: Foto com a localizao do boto para determinao da posio do gancho e display


37

Para que se possa determinar essa posio, h um encoder montado no eixo

dos guinchos Figura 15. O boto seletor tambm responsvel pelo reset do

encoder.

Figura 15: Localizao do encoder nos guinchos auxiliar e principal


Os guinchos principal e auxiliar, assim como a lana, so providos de

sensores de carga (clulas de carga) medidores de deformao ultra sensveis,

instalados nos parafusos de cisalhamento, Figura 16 e Figura 17. Em caso de

excesso de carga o sinal da clula de carga aciona um solenoide que bloqueia o

sinal para a alavanca de controle, impedindo que a carga seja elevada pelo guincho,

alm de ativar um alarme sonoro atravs de uma buzina pneumtica.

Figura 16: Localizao das clulas de carga dos guinchos auxiliar e principal


38

Figura 17: Clula de carga instalada no parafuso de cisalhamento do guincho auxiliar


5.2. SISTEMAS DE SEGURANA E INTERTRAVAMENTO

O guindaste continuamente monitorado por sistemas de segurana e

intertravamento que iro atuar, caso ele seja submetido a falhas de operao ou

esforos extremos, levando sua estrutura a falhar. (STALPRODUKTER, 1998)

O computador principal do sistema o Controlador Lgico Programvel (CLP)

do guindaste. Todos os sistemas de segurana, unidades de controle, chaves, etc.

so ligados a este CLP, que varre continuamente os sinais de entrada e calcula

informaes adicionais baseado nos dados de entrada e naqueles armazenados,

tomando aes a partir deste conjunto, atravs de seus mdulos de sada. Estes

sinais de sada controlam numerosas vlvulas, luzes, sinais, etc. e fazem os devidos

intertravamentos do guindaste, impedindo que o mesmo opere fora de suas

condies de segurana (STALPRODUKTER, 1998).

5.2.1. Freios

O mecanismo de elevao da lana possui os dois seguintes sistemas de

freio (STALPRODUKTER, 1998):

Freio Hidrulico: acionado por meio de orifcios calibrados e vlvulas de

presso de segurana na transmisso hidrulica. importante notar que o freio

aplicado apenas quando a alavanca de controle est na posio neutra (desde que

esteja ocorrendo uma operao sobre a plataforma). Portanto, a soluo mais

segura, se o movimento de iamento parecer fora de controle, a movimentao da

alavanca para a posio central.

39

Freio Multi-Discos: acionado por molas, montado na redutora do

direcionamento. O freio automaticamente operado por um sinal da alavanca de

comando. A operao do freio tambm afetada pela baixa presso do sistema

(medida contra o rompimento de mangueiras). Se a linha de presso hidrulica do

sistema cair abaixo do limite pr-ajustado (indicando dano na mangueira ou similar

tipo de falha), o freio ser automaticamente ativado.

5.2.2. Funo Homem Morto

A funo Homem Morto consiste em um dispositivo de segurana constitudo

por dois botes, localizados nas alavancas que controle dos guinchos e da lana,

que devem ser acionados para habilitar as funes principais das mesmas, Figura

18.

Figura 18: Localizao dos botes homem morto


Segundo Guimares, Da Silva e Cardoso (2013), se o acionamento destes

botes for interrompido intencionalmente ou involuntariamente (no caso de um

acionamento inadvertido ou se o operador tiver um mal sbito e recair sobre a

alavanca, da o nome Homem Morto), ocorrer a desenergizao imediata da

vlvula solenoide responsvel por pressurizar as duas alavancas de controle, HY

112, fazendo com que o fluxo do sistema seja direcionado para o tanque e a linha de

presso fique bloqueada, interrompendo, assim, seus funcionamentos. A Figura 19

40

traz o detalhe da vlvula direcional com o solenoide desenergizado, isto , com a

linha de presso bloqueada e o fluxo do sistema direcionado para o tanque.

Figura 19: Vlvula direcional com solenoide HY 112 desenergizado


5.2.3. Proteo Contra Sobrecarga

A vlvula de corte far com que a bomba reduza sua vazo a zero se a

presso exceder um valor especificado, pr-ajustado, evitando que o guincho

maneje cargas mais pesadas que a de trabalho. (STALPRODUKTER, 1998)

5.2.4. Incio e Fim De Curso

O guindaste dotado de chaves de incio e fim de curso nos guinchos da

lana e de carga e no sistema de giro, de forma a impedir que ele ultrapasse as

barreiras fsicas da plataforma, evitando colises e acidentes.

5.2.5. Alertas e Alarmes

O guindaste continuamente monitorado pelo Sistema de Monitorao do

Guindaste. Se este descobrir uma falha, o operador ser informado via mensagem

na tela de textos, pela iluminao de luzes de alerta e alarme, localizadas no

console de controle da cabine do operador, e por sons (STALPRODUKTER, 1998),

Figura 20.

41

Figura 20: Console de controle da cabine do operador


Algumas falhas so mais importantes que outras. Assim, todas as falhas

monitoradas tm diferentes prioridades.

O sistema faz a diferenciao entre alertas e alarmes da seguinte forma:

Alerta: mensagem relativa a uma condio no critica no momento, e que no

necessita da ateno imediata do operador.

Alarme: indica uma condio que pode ser crtica, e que requer imediata

ateno.

Quando um alerta ou alarme registrado (por texto, luz ou som), e o operador

nota a mensagem, estes podem ser reconhecidos por meio do boto de cincia.

Aps o reconhecimento, a mensagem ainda mostrada, porm com apresentao

menos evidente (o som ir parar e o texto deixar de piscar). O boto de cincia se

aplica mais importante mensagem, sendo apenas esta mostrada na tela de texto.

Um alerta ou alarme continuar enquanto a causa estiver presente, cessando

quando a causa for interrompida.

42

6. COMPONENTES DO PROJETO

6.1. MODELO

Foi utilizado o modelo icnico presente no laboratrio de hidrulica do Instituto

Federal Fluminense Campus Campos Centro baseado no guindaste

STALPRODUKTER, criado pelos professores Carlos Alberto de Oliveira Guimares

e Eugenio Ferreira Naegele da Silva.

O modelo compreende sistemas hidrulicos semelhantes aos do sistema

fsico real supracitados, como os da lana e guincho auxiliar; alm de sistemas

eltricos, como os de fim de curso da lana e do cabo auxiliar e homem morto e

pode ser visto na Figura 21.

Figura 21: Modelo icnico do guindaste STALPRODUKTER

Fonte: Autores

6.2. SENSORES

Foram desenvolvidos dois sistemas de segurana no atual modelo, o Sistema

Indicador de Operao Sobre Embarcao e o Sistema de Monitorao de Carga,

atravs da instalao de sensores como clula de carga (1), encoder (2) e

potencimetro (3), observados na Figura 22.

43

Figura 22: Localizao dos sensores instalados no modelo icnico

Fonte: Autores

6.2.1. Clula De Carga

A clula de carga um transdutor que converte fora mecnica em sinais

eltricos. A carga medida atravs da deformao da estrutura, sendo convertida

em sinais eltricos pelos strain gages, dispositivos cuja resistncia eltrica varia

proporcionalmente com a medida de deformao no dispositivo (MEDIES...,

2013).

Como as variaes de deformao e, consequentemente, de resistncia so

extremamente pequenas, preciso usar circuitos adicionais para amplificar os

efeitos dessas variaes de resistncia. A configurao de circuito mais comum em

uma clula de carga denominada ponte de Wheatstone, observada na Figura 23.

44

Figura 23: Ponte de Wheatstone

Fonte: (MEDIES..., 2013)

A partir da Figura 23, pode-se observar que a ponte de Wheatstone formada

por quatro braos resistivos e uma tenso de excitao, VEX, aplicada na ponte.

As clulas de carga, tipicamente, usam quatro strain gages em uma

configurao de ponte de Wheatstone, o que significa que todos os braos resistivos

do circuito so ativos. Essa configurao denominada ponte completa. O uso de

uma configurao de ponte completa aumenta muito a sensibilidade do circuito s

variaes de deformao, oferecendo medies mais exatas.

A tenso de sada da clula de carga atravs da ponte de Wheatstone

baixa. Na prtica, a maior parte das clulas de carga e transdutores relacionados

carga colocam em suas sadas menos de 10 mV/V (10 mV de sada por volt de

tenso de excitao). Para uma tenso de excitao de 10 V, o sinal de sada de

100 mV. Dessa maneira, os condicionadores de sinais de clulas de carga

normalmente tm amplificadores, que elevam o nvel do sinal para aumentar a

resoluo da medio e melhorar as relaes sinal-rudo.

Foi instalada uma clula de carga do tipo S no cabo do guincho auxiliar para

possibilitar a medio da carga iada pelo guindaste, podendo ser observada na

Figura 24. Suas respectivas especificaes tcnicas podem ser observadas no

Quadro 1.

45

Figura 24 : Clula de carga

Fonte: Autores

Quadro 1: Especificaes tcnicas da clula de carga instalada no modelo

Tenso de alimentao (Vcc) 10 Vcc

Tenso de Sada (Vcc) 0 mVcc a 100 mVcc

Capacidade (Kg) 0Kg a 50Kg

Configurao dos fios

Amarelo Terra

Branco Saida(-mVcc)

Verde Saida (+mVcc)

Preto Alimentao (-Vcc)

Vermelho Alimentao (+Vcc)

Fonte: Autores

6.2.1.1. Circuito Amplificador

O circuito amplificador tem como funo transformar a sada de tenso,

proveniente da Clula de Carga, de um range de 0 mVcc a 100 mVcc para um range

de 0 Vcc a 5 Vcc, valores compatveis com os valores de sada dos outros sensores,

para que possam ser comparados e tratados de forma semelhante. Na Figura 25,

pode-se observar um diagrama do circuito usado para amplificar o sinal da clula de

carga, e na Figura 26, uma foto do circuito implementado.

46

Figura 25: Diagrama ilustrativo do circuito amplificador

Fonte: Autores

Figura 26: Implementao do circuito amplificador

Fonte: Autores

6.2.2. Encoder

Segundo Turchetti (2007), o encoder um transdutor que converte um

movimento angular ou linear em uma srie de pulsos digitais eltricos. O sistema de

leitura baseado em um disco, um diodo emissor de luz (LED) e um detector de luz

(fototransistor) no lado oposto do disco. O disco montado no eixo giratrio tem uma

srie de perfuraes regulares que so repetidas continuamente, formando

segmentos opacos e transparentes codificados no disco. medida que o disco gira,

os segmentos opacos bloqueiam a luz e as janelas transparentes permitem a

47

passagem da luz, gerando, assim, pulsos eltricos que podem ser interpretados em

informao de movimento ou posio.

O encoder utilizado neste trabalho do tipo incremental, e pode ser visto na

Figura 27. Este tipo de encoder fornece normalmente dois pulsos quadrados,

defasados em 90 graus, chamados de canal A e canal B. A defasagem de 90 graus

entre os sinais, possibilita determinar no apenas os incrementos, mas ainda o

sentido da rotao. A Figura 28 ilustra a defasagem de 90 graus entre os canais A e

B.

Figura 27: Encoder

Fonte: Autores

Figura 28: Sinais fornecidos por um encoder quadrature.

Fonte: (TURCHETTI, 2007)

48

O encoder foi instalado no guincho do cabo auxiliar, para determinar o

comprimento do cabo e, consequentemente, a altura da carga iada. Suas

especificaes tcnicas so encontradas no Quadro 2.

Quadro 2 : Especificaes tcnicas do encoder quadrature


Tenso de Sada (Vcc) 0 Vcc e 5 Vcc

Resoluo (Pulsos/Rotao) 84 P/R

Configurao dos fios

Amarelo 1 Canal A

Amarelo 2 Canal B

Vermelho 1 Alimentao (+Vcc)

Preto 1 Alimentao (-Vcc)

Vermelho 2 Alimentao (+Vcc)

Preto 2 Alimentao (-Vcc)

Fonte: Autores

6.2.3. Potencimetro

O potencimetro um componente eletrnico que possui sua resistncia

eltrica ajustvel, sendo a mesma alterada mecanicamente. Ele apresenta uma tira

circular de composio, chamada de pista, sobre o qual se move o contato mvel do

cursor, que preso ao eixo rotativo, sendo a resistncia entre seus dois terminais

extremos fixa em seu valor nominal. J o valor de resistncia entre uma das

extremidades e a derivao central, depender do posicionamento do cursor. Cria-

se, ento, uma estrutura que pode ser compreendida como dois resistores em srie

com uma derivao central (POTENCIMETRO, 2005), conforme a Figura 29 (a) e

(b).

49

Figura 29: (a) ilustrao do potencimetro; (b) diagrama representativo do circuito interno do

potencimetro

(a) (b)

Fonte: (POTENCIMETRO, 2005)

O potencimetro utilizado no presente trabalho possui as caractersticas

tcnicas presentes no Quadro 3, e foi instalado no eixo da lana, como observado

na Figura 30 para que seja possvel determinar o ngulo de inclinao da lana,

visando conhecer o raio da carga e o tipo de operao realizada.

Quadro 3 : Especificaes tcnicas do potencimetro


Tenso de Sada (Vcc) 0 Vcc a 5 Vcc

Configurao dos fios

Verde Sinal de Sada

Vermelho Alimentao (+Vcc)

Preto Alimentao (-Vcc)

Fonte: Autores

50

Figura 30: Potencimetro

Fonte: Autores

6.3. ALIMENTAO DA CLULA DE CARGA E DO SENSOR DE NGULO DA

LANA

A clula de carga e o sensor de ngulo da lana (potencimetro) so alimentados

por uma fonte simtrica de 11Vcc, que pode ser vista na Figura 31.

Figura 31: Fonte de alimentao da clula de carga e do sensor de ngulo da lana

Fonte: Autores

51

6.4. DISPOSITIVOS DE AQUISIO DE DADOS

Para aquisio de dados provenientes dos sensores instalados no modelo do

guindaste, como encoder, clula de carga e potencimetro, utilizada a Placa de

Aquisio da National Instruments, Figura 32. Para comunicao via software

LabVIEW, foi instalado o DAQ (NI PCI 6221).

Figura 32: Placa de aquisio

Fonte: Autores

Na Figura 33, tem-se um diagrama de blocos que representa a cadeia de

processamento estabelecida.

Figura 33: Diagrama de blocos de uma cadeia de processamento

Fonte: Autores

Como se pode ver no diagrama da Figura 33, na entrada so obtidos sinais

provenientes dos sensores enviados para o software de processamento e controle

(LabVIEW), sendo a comunicao estabelecida via DAQ. Aps o processamento dos

Entrada

(Sensores via

DAQ)

Processamento

(LabVIEW)

Sada

(Atuadores via

CLP)

52

dados, o software enviar sinais de sada para o CLP, que far os devidos

intertravamentos no guindaste.

6.5. SOFTWARE DE AQUISIO DE DADOS, PROCESSAMENTO E SUPERVISRIO

O software utilizado para aquisio e processamento de dados e

desenvolvimento do supervisrio o LabVIEW.

Software base da plataforma de projeto da National Instruments, para o desenvolvimento de qualquer sistema de medio ou controle. O LabVIEW um ambiente de desenvolvimento voltado resoluo de problemas, produtividade acelerada e inovao contnua. (LABVIEW, 2014)

O LabVIEW um ambiente de programao flexvel, o qual oferece todas as

ferramentas que engenheiros e cientistas necessitam para projetar, criar prottipos e

implementar sistemas, incluindo bibliotecas de processamento de sinais e controles

de interface de usurio desenvolvidos para a visualizao dos dados das medies.

Os programas em LabVIEW so chamados de instrumentos virtuais,

compostos pelo painel frontal, que contm a interface, e pelo diagrama de blocos,

que contm o cdigo grfico do programa.

53

7. SISTEMA DE CONTROLE E MONITORAO DO GUINDASTE

Os guindastes das plataformas auxiliam no abastecimento de suprimentos

alimentcios, equipamentos, produtos qumicos, dentro outros. Alm de possurem

essencial importncia para o transporte de grandes cargas dentro da prpria

plataforma, como grandes equipamentos, tubos, ferramentas e containeres.

Se o guindaste usado fora dos limites operacionais, no s a integridade

fsica do guindaste ameaada, como tambm toda a segurana da plataforma e do

pessoal presente na mesma. Por isso, o sistema de controle e monitorao do

guindaste, junto a todos os outros sistemas de segurana, deve estar em perfeitas

condies operacionais e todo o pessoal envolvido, treinado para operar esses

sistemas e saber como proceder em uma situao de emergncia ou falha dos

mesmos.

O sistema de controle e monitorao do guindaste baseado em subsistemas

integrados, so eles:

Sistema de controle do limite de iamento;

Sistema de controle do limite de elevao da lana;

Sistema indicador de operao sobre embarcao;

Sistemas de monitorao de carga.

Estes subsistemas iro contribuir para a correta utilizao do guindaste,

impedindo que o mesmo venha a sofrer danos ou causar acidentes. Para tal, a

integrao desses sistemas tambm consiste no intertravamento do guindaste.

7.1. TABELA DE ALOCAO

Cada subsistema consiste em um conjunto de chaves limite (sensores),

vlvulas e botes, que, em conjunto, so responsveis pela movimentao da lana,

do cabo do guincho auxiliar e, consequentemente, pelo impedimento de qualquer

movimento de forma a evitar que o guindaste sofra sobrecargas ou at provoque

acidentes. Todos esses componentes foram tagueados de acordo com o manual

de operadores do guindaste original, (STALPRODUKTER, 1998), e se encontram na

Tabela 1, Tabela 2 e Tabela 3.

54

Tabela 1: Tags dos sensores

SENSOR TAG

Sensor de incio de curso do cabo de iamento ZS214

Sensor de fim de curso do cabo de iamento ZS215

Sensor de limite superior da lana ZS216

Sensor de limite inferior da lana ZS218

Sensor de limite inferior mximo da lana ZS219

Fonte: Autores

Tabela 2: Tags dos botes

BOTO TAG

Boto de by-pass para o sistema de iamento do guincho auxiliar

e movimentao da lana

S27

Boto de by-pass para o sensor de limite inferior mximo da lana S28

Boto de ativao do sistema homem morto S35

Boto de acionamento do freio de iamento S29

Fonte: Autores

Nota: O boto de by-pass para o sensor de limite inferior mximo da lana, S28, foi adicionado ao sistema, no estando de acordo com o manual do guindaste e o boto de acionamento do freio de iamento, S29, no foi implementado no modelo icnico do guindaste.

Tabela 3: Tags dos solenoides

SOLENOIDE TAG

Solenoide que impede a movimentao do motor do guincho

auxiliar quando acionado

HY 101/102

Solenoide responsvel por impedir a movimentao do motor da

lana quando acionado

HY 105

Solenoide responsvel por liberar a movimentao do motor da

lana quando acionado

HY 106

Solenoide do sistema homem morto responsvel pela liberao de

fluxo para a alavanca de controle quando acionado

HY 112

Solenoide responsvel pela pilotagem das vlvulas de reteno do

sistema de monitorao de carga quando acionado

HY 103

Fonte: Autores

Nota: O solenoide HY103 foi adicionado ao sistema, no estando de acordo com o manual do guindaste

55

7.2. SISTEMA DE CONTROLE DO LIMITE DE IAMENTO

O movimento do guincho auxiliar possui chaves de incio e fim de curso,

limitando a altura do cabo auxiliar e impedindo que o mesmo sofra danos, o sistema

de controle do limite de iamento consiste no intertravamento do guindaste a partir

destas chaves.

No objeto de estudo, este sistema j havia sido implementado pelos

professores Carlos Alberto e Eugenio, criadores do modelo icnico utilizado.

Os sensores de incio e fim de curso do cabo de iamento do guincho auxiliar

podem ser observados na Figura 34 e Figura 35 e suas respectivas tags, na Tabela

1.

Figura 34: Sensor de incio de curso do cabo de iamento do guincho auxiliar

Fonte: Autores

56

Figura 35: Sensor de fim de curso do cabo de iamento do guincho auxiliar

Fonte: Autores

O sensor mostrado na Figura 34, ZS214, encontra-se instalado prximo ao

eixo do guincho auxiliar, determinando o limite mnimo do cabo auxiliar. J o sensor

ZS215, Figura 35, foi instalado na extremidade da lana, determinando o limite

mximo do cabo do guincho auxiliar. Quando um dos sensores acionado, o

solenoide HY 101/102, Figura 36, acionado, impedindo o movimento de subida ou

descida da carga. Este intertravamento ser abordado com mais detalhes no tpico

7.6 INTERTRAVAMENTO DO GUINDASTE.

Figura 36: Solenoide HY 101/102 da vlvula

Fonte: Autores

57

No modelo icnico objeto de estudo deste trabalho, o contato com o sensor

de fim de curso ou de incio de curso do cabo do guincho auxiliar implica na parada

total da movimentao do motor do guincho auxilair, tanto para o movimento de

iamento ou de descida da carga, pois a alavanca de controle utilizada a mesma

para ambos os movimentos, sendo necessrio o uso do boto de by-pass, S27, para

que as operaes sejam prosseguidas e o guindaste movimentado para fora de uma

situao de perigo. A Figura 37 mostra o detalhe deste boto. O intertravamento do

sistema de controle do limite de iamento ser abordado com mais detalhes no

tpico 7.6 INTERTRAVAMENTO DO GUINDASTE.

Figura 37: Boto de by-pass para o sistema de iamento do guincho auxiliar

Fonte: Autores

7.3. SISTEMA DE CONTROLE DO LIMITE DE ELEVAO DA LANA

O movimento da lana de forma a diminuir seu ngulo, limitado para cima

por uma chave limite (sensor de limite superior), Figura 38, e pelo batente

amortecedor da lana, Figura 39.

No objeto de estudo, este sistema tambm j havia sido implementado.

58

Figura 38: Sensor de limite superior da lana

Fonte: Autores

Figura 39: Batente amortecedor da lana

Fonte: Autores

O movimento descendente da lana tambm limitado por dois sensores de

limite inferior, observados na Figura 40.

59

Figura 40: Sensores de limite inferior da lana

Fonte: Autores

O sensor da Figura 38, ZS216, foi instalado de forma a determinar o limite

superior da lana. O contato com este sensor implica na parada do movimento da

lana, antes que ela atinja o batente. Os sensores ZS218 e ZS219, observados na

Figura 40, determinam o limite inferior, sendo o ZS218, um sensor de limite inferior e

o segundo, ZS219, limite inferior mximo.

Quando um destes trs sensores acionado, o movimento da lana

impedido, a partir do acionamento do solenoide HY 105, que pode ser observado na

Figura 41.

Figura 41: Solenoide HY 105 e HY 106 da vlvula

Fonte: Autores

60

No modelo icnico objeto de estudo deste trabalho, o contato com qualquer

sensor limite da lana implica na parada total da movimentao da mesma, tanto no

movimento ascendente, quanto descendente, pois a alavanca de controle utilizada

a mesma para ambos os movimentos, sendo necessrio o uso do boto de by-pass,

S27, comum ao sistema de movimentao do guincho auxiliar, para que as

operaes sejam prosseguidas e o guindaste movimentado para fora de uma

situao de perigo.

O boto S28 foi adicionado ao modelo com o objetivo de by-passar o sensor

de limite inferior mximo da lana, no estando presente no guindaste original. A

Figura 42 mostra o detalhe deste boto. O intertravamento do sistema de controle do

limite de elevao da lana ser abordado com mais detalhes no tpico 7.6

INTERTRAVAMENTO DO GUINDASTE.

Figura 42: Boto de by-pass para sensor de limite inferior mximo da lana

Fonte: Autores

7.4. SISTEMA INDICADOR DE OPERAO SOBRE A EMBARCAO

7.4.1. Descrio

Como citado no tpico 2.1 APRESENTAO, do captulo 1 INTRODUO,

devido distncia da costa litornea, so necessrias operaes com embarcaes

para que as plataformas sejam abastecidas. Sendo os guindastes das plataformas

61

os responsveis por transportar esses suprimentos, pois muitas vezes essas

embarcaes no possuem guindaste prprio.

Quando o guindaste da plataforma est realizando um iamento de/para o

mar, conhecido tambm como operao sobre a embarcao, medidas de

segurana devem ser tomadas: o operador deve estar ciente dessa operao e os

freios do cabo do guincho, liberados, para que, em caso de fixao do gancho

(extremidade do cabo do guincho auxiliar) ao barco de apoio, por exemplo, nos

movimentos das ondas do mar, o cabo no possa ser puxado pelo barco, alm de

outras medidas de segurana.

Para que seja determinada uma operao sobre a embarcao ou operao

sobre navio, preciso relacionar a altura do gancho com o ngulo da lana. A Figura

43, ilustra a diferena entre uma operao sobre a plataforma e uma operao sobre

a embarcao.

Figura 43: (a) Operao sobre a plataforma; (b) operao sobre a embarcao

(a) (b)

Fonte: Autores

No modelo icnico, aps a calibrao de todos os sensores, foi determinado

que um ngulo da lana inferior a 40 graus faz com que a extremidade da lana se

62

encontre fora dos limites da plataforma, porm se o gancho estiver acima da altura

da plataforma, a operao realizada , ainda, considerada operao sobre a

plataforma, Figura 43 (a). Uma operao sobre a embarcao caracterizada

apenas quando a extremidade da lana se encontra fora dos limites da plataforma e

o gancho, abaixo do nvel da plataforma simultaneamente, Figura 43 (b).

7.4.2. Atuao

Durante uma operao sobre a embarcao, intertravamentos e medidas de

segurana devem ser tomadas e o operador h de estar ciente do tipo de operao

que est ocorrendo. (STALPRODUKTER, 1998) Para tanto, um sinal luminoso

amarelo ser indicado na tela do supervisrio, informando que o gancho est abaixo

do nvel da plataforma, como se pode ver na Figura 44.

Figura 44: Detalhe do sistema indicador de operao sobre a embarcao no supervisrio

Fonte: Autores

63

A interface do sistema de controle e monitorao de carga tambm indica no

s a sada do sistema indicador de operao sobre a embarcao, mas tambm

parmetros utilizados pelo mesmo, como ngulo da lana, comprimento do cabo e

raio da carga, Figura 44, que sero tratados na sesso 7.4.3 Implementao deste

captulo.

Apesar de o sistema de freios no estar implementado no modelo incnico,

importante lembrar que os freios so acionados automaticamente ao se posicionar a

alavanca de controle para a posio neutra, vide tpico 5.1 SISTEMAS

HIDRULICOS DO GUINDASTE. Porm, para proteo do guindaste contra

sobrecargas, quando mesmo est realizando uma operao sobre a

embarcao/operao sobre navio, este sistema de freios no ser ativado quando

a alavanca de controle estiver na posio neutra. Durante uma operao sobre a

embarcao, o freio s poder ser aplicado pelo operador acionando-se o boto de

acionamento do freio de iamento, S29, vide Tabela 2 e Figura 45. Isso ocorre para

evitar que, em uma situao de prendimento do cabo na embarcao, o mesmo

corra livremente, evitando possveis danos ao cabo e/ou ao guindaste.

Figura 45: Boto de acionamento do freio de iamento do guindaste original


7.4.3. Implementao

O sistema foi implementado no software LabVIEW. A aquisio de dados

feita pela placa da National Instruments, que recebe como entrada o sinal

64

proveniente do potencimetro, que indica o ngulo de inclinao da lana, e do

encoder, que determina o comprimento do cabo de iamento do guincho auxiliar.

A partir do comprimento do cabo, possvel determinar a altura relativa e

absoluta da carga, Figura 46.

Figura 46: Altura relativa e absoluta da carga

Fonte: Autores

Para fins deste trabalho, foi determinado e pode ser observado na Figura 46,

que a altura relativa da carga a distncia vertical entre a carga e a plataforma,

podendo variar de acordo com o ngulo de inclinao da lana. Sendo a distncia

absoluta, a distncia vertical entre a ponta da lana e a carga, tratada neste trabalho

como comprimento do cabo. Na tela do supervisrio do modelo h a indicao do

comprimento do cabo, parmetro fundamental para o sistema indicador de operao

sobre a embarcao.

A Figura 47 mostra o diagrama de blocos completo implementado no software

LabVIEW. E, em sequncia, na Figura 48, observa-se o detalhe do diagrama de

65

blocos do sistema indicador de operao sobre a embarcao e na Figura 49, os

parmetros do sistema indicados na IHM.

Figura 47: Diagrama de blocos do sistema implementado no LabVIEW Sistema de controle e

monitorao de carga

Fonte: Autores

66

Figura 48: Detalhe do diagrama de blocos com destaque do sistema indicador de operao sobre a

embarcao

Fonte: Autores

67

Figura 49: Parmetros do sistema indicador de operao sobre a embarcao na IHM

Fonte: Autores

Como entrada para este sistema temos o sinal proveniente do potencimetro

e do encoder, Figura 48 (1) e (3), ordenadamente. A partir destes parmetros,

podem ser calculados o ngulo da lana Figura 48 (2) e o raio da carga Figura 48

(4).

O ngulo da lana, comprimento do cabo e raio da carga podem ser

observados na IHM, Figura 49 (1), (2), e (3), respectivamente.

O sistema indicador de operao sobre a embarcao possui uma sada

digital, Figura 48 (5). A sada digital indica o tipo de operao que est sendo

realizada, sendo sinal 1 se o guindaste estiver operando sobre uma embarcao

ou 0, caso esteja operando sobre a plataforma. Esse sinal digital far com que um

indicador luminoso na cor amarela seja visualizado na IHM de acordo com a

operao realizada, sobre a plataforma ou sobre a embarcao, Figura 49 (4).

68

Observando-se o diagrama da Figura 48, pode-se perceber que a sada digital

desse sistema (5) tambm sinal de entrada para outro sistema, o sistema de

monitorao de carga, pois durante uma operao sobre a embarcao, as cargas

permissveis so reduzidas, de acordo com a altura significativa da onda e do raio da

carga. Este assunto ser tratado com mais detalhes no prximo tpico, 7.5

SISTEMA DE MONITORAO DE CARGA.

7.5. SISTEMA DE MONITORAO DE CARGA

7.5.1. Descrio

O guindaste possui uma variedade de chaves limites de incio e fim de curso

nos guinchos e na lana, de forma a impedir que ele colida com as barreiras fsicas

da plataforma, alm de alarmes e funes lgicas, prevenindo sobrecargas.

O manual de instrues para operadores destaca:

O guindaste pode sofrer danos e sua estrutura vir a falhar caso ele seja submetido a esforos extremos, a lana corre o risco de cair abruptamente e o cabo de iamento, romper. Se a carga aumentada at ocorrer uma falha, o componente mais fraco ser o primeiro a falhar, dependendo do tipo e da situao da sobrecarga. Em qualquer caso, cargas causadoras de falhas esto muito acima de qualquer carga segura de trabalho. Geralmente, o cabo de iamento ser o primeiro componente a falhar, por ser aquele com mais alta probabilidade de falha, seguido da lana (topo da lana). Esta a sequncia desejada de falha. Se o guindaste for sobrecarregado at que o cabo de iamento se rompa, provvel que algumas das partes estruturais do guindaste sofram deformaes permanentes e muitos dos componentes mecnicos sejam danificados. (STALPRODUKTER, 1998)

Em situaes em que a carga est crtica para o raio, a descida e iamento de

carga devem ser bloqueadas, sendo permitido ao operador, apenas a movimentao

da carga para cima a partir da subida da lana e para baixo atravs da descida do

cabo do guincho, isso faz com que o raio da carga seja diminudo, retirando o

equipamento da situao crtica.

69

7.5.2. Atuao

As cargas permissveis de iamento variam de acordo com a operao

realizada, sobre a embarcao ou plataforma. Dependem tambm da altura

significativa da onda e do raio da carga. As cargas seguras de trabalho para as

operaes citadas, para diferentes alturas de onda e raios de carga so mostradas

nas cartas (tabelas de carga) disponveis na cabine do operador e incorporadas ao

sistema de monitorao de carga.

Como referncia, neste trabalho, ser utilizado o guindaste de 38m e sua

respectiva tabela de carga se encontra a seguir, na Tabela 4.

Tabela 4 : Tabela de carga do guindaste de 38m

Raio da

Carga

(m)

ngulo

da Lana

()

Taxas Dinmicas de Carga (toneladas)

Sobre

Plataforma

Sobre Embarcao. Alturas Significativas de Onda

(m)

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

8,3 83,17 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,1 6,3 5,9 5,5

10,0 80,51 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,2 6,4 6 5,6

11,5 78,13 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,2 6,4 6 5,6

13,0 75,73 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,3 6,5 6,1 5,7

14,5 73,30 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,3 6,5 6,1 5,7

16,0 70,84 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,4 6,6 6,2 5,8

17,5 68,32 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 6,6 6,2 5,8

19,0 65,76 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 6,7 6,3 5,9

20,5 63,13 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 6,8 6,3 5,9

22,0 60,44 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 6,8 6,4 6

23,5 57,66 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 6,9 6,4 6

25,0 54,78 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 6,9 6,5 6,1

26,5 51,78 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,0 6,5 6,1

28,0 48,63 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,1 6,6 6,2

29,5 45,31 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,1 6,7 6,3

31,0 41,76 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,2 6,7 6,3

70

32,5 37,91 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,3 6,8 6,4

34,0 33,64 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,4 6,9 6,4

35,5 28,75 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,4 7 6,5

37,0 22,78 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7 6,6

38,0 17,55 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,4 6,9 6,5

Fonte: (STALPRODUKTER, 1998)

As cargas foram calculadas conforme a Especificao API para Guindastes

Offshore 1995 e se modificam ao longo do raio, devido a alteraes na rigidez do

guindaste, constitudo de cabos, lana, cavalete e pedestal (STALPRODUKTER,

1998).

7.5.3. Implementao

O sistema foi implementado no software Labview. Como entrada, so

adquiridos sinais do Sistema Indicador de Operao Sobre a Embarcao, que

indica o ngulo de inclinao da lana e o respectivo raio da carga que est sendo

iada, alm de parmetros provenientes da clula de carga (carga iada) e do boto

seletor da altura da onda (altura da onda).

No guindaste original, a altura de onda se d atravs de um boto seletor

giratrio, que permite a seleo manual da altura da onda, Figura 50. No modelo

icnico, foi implementado um boto seletor virtual, que pode ser observado no

destaque da Figura 51.

71

Figura 50: Detalhe do boto seletor da altura da onda do guindaste original


Figura 51: Detalhe do boto virtual seletor da altura da onda do modelo icnico

Fonte: Autores

Foi implementada a tabela de carga do guindaste de 38m, Tabela 5. Para

criao desta tabela, foi utilizada uma proporo de 1000:1 (quilograma:tonelada)

para a carga permissvel. A preciso do modelo icnico para a grandeza angular da

lana ser dada a partir de nmeros inteiros e sua faixa de atuao ser maior,

72

comparando-se tabela de carga original do guindast

sistema de controle e monitoração de carga do modelo icônico do guindaste stalprodukter -...

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