INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E
TECNOLOGIA DE SÃO PAULO
CAMPUS ARARAQUARA
EndriusZavanella Navarro
Everton Araújo de Souza
Flávio China
Henrique Rocha dos Santos
Henrique Arena
Luiz Gabriel SaroneGonella
Nelson Dias Peixinho
Thiago Reinhardt
CONTROLE DE UM MISTURADOR DE LÍQUIDOS
EM PROCESSOS INDUSTRIAIS
Araraquara
2014
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E
TECNOLOGIA DE SÃO PAULO
CAMPUS ARARAQUARA
TÉCNICO EM MECATRÔNICA
EndriusZavanella Navarro
Everton Araújo de Souza
Flávio China
Henrique Rocha dos Santos
Henrique Arena
Luiz Gabriel SaroneGonella
Nelson Dias Peixinho
Thiago Reinahrtt
CONTROLE DE UM MISTURADOR DE LÍQUIDOS EM PROCESSOS
INDUSTRIAIS
Relatório Técnico submetido ao Instituto
Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de
São Paulo – Campus Araraquara como parte
dos requisitos necessários para a obtenção da
conclusão do curso Técnico em Mecatrônica.
Sob a orientação do Prof.Me. Rafael Manfrin
Mendes e co-orientação do Prof. Dr. Célio
Caminaga.
ARARAQUARA
2014
Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca do IFSP – Campus Araraquara
C782
Controle de um misturador de líquidos em processos
industriais / EndriusZavanella Navarroet al. -Araraquara: [s.n.],
2014. – 82 f.
Orientador:Prof. Me. Rafael Manfrin Mendes
Co-orientador: Prof. Dr. Célio Caminaga
Relatório Técnico (Trabalho de Conclusão de Curso)Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São
Paulo – Campus Araraquara.
1. Controle de Processos . 2. Processos Industriais. 3.
Automação Industrial. I. Navarro, EndriusZavanella. II. Souza,
Everton Araújo de. III. China, Flávio. IV. Santos, Henrique
Rocha dos. V. Arena, Henrique. VI. Gonella, Luiz Gabriel
Sarone. VII. Peixinho, Nelson Dias. VIII. Reinahrtt, Thiago. IX.
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São
Paulo – Campus Araraquara. X. Título.
CDD 629.895
RESUMO
O controle de processos industriais é uma das aplicações dos conhecimentos da Mecatrônica,
além de ser um aspecto importante para a garantia da qualidade dos produtos e exigível para
empresas que buscam certificação e melhores índices de produtividade. O controle de
processos se refere a um conjunto de métodos que monitoram as diversas variáveis de
processos envolvidas na produção manufatureira, tais como temperatura, unidade, pressão
entre outras. Para este estudo foi elaborado um protótipo de uma planta de processo com o
qual vazão e volume de armazenamento fossem controlados segundo um programa (algoritmo
desenvolvido pelo usuário) armazenado no CLP, o Controlador Lógico Programável.
Palavras-chave:1. Controle de processos. 2. Processos industriais. 3. Automação industrial.
4. Título.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANSI/ISA – American National Standards Institute (Instituto Nacional Americano de
Padrões) / The InternationalSocietyof Automation (Sociedade Internacional de Automação)
CLP – Controlador lógico programável
CPU – Central processingunit (unidade central de processamento)
ESA – European Space Agency (Agência Espacial Européia)
IEC - InternationalElectrotechnicalCommission (Comissão eletrotécnica Internacional)
INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
INPI – Instituto Nacional de Propriedade Industrial
ISO – InternationalOrganization for Standardization (Organização Internacional para
Padronização)
LED – Light EmittingDiode (diodo emissor de luz)
MIL – United StatesMilitary Standard (Padrão Militar Americano)
NA – Contato normalmente aberto
NBR – Norma regulamentadora brasileira
NF – Contato normalmente fechado
PID (controladores) – (controladores) proporcional-integral-derivativo
PME – Pequenas e médias empresas
PWM – Pulse-widthmodulation (modulação por largura de pulso)
PV – Processvariable(variável de processo)
RDC – Resolução de Diretoria Colegiada
SP – Set point
VCA – Voltagem em corrente alternada
VCC – Voltagem em corrente contínua
Sumário
1 - INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 10
1.1 - Aspectos teóricos quanto à Mecatrônica ....................................................................................... 10
1.1.1 – O Controle PID ..................................................................................................................... 18
1.2 - Definição do projeto ..................................................................................................................... 27
1.3 - Objetivos gerais e justificativas .................................................................................................... 29
2 - Metodologia de execução ................................................................................................................ 30
2.1 - Materiais ................................................................................................................................... 32
2.1.1 – CLP ................................................................................................................................... 32
2.1.2 - Motores .............................................................................................................................. 35
2.1.3 - Ponte H simples a relé........................................................................................................ 37
2.1.4 -Reed Switch ......................................................................................................................... 39
2.1.5 - Optoacoplador .................................................................................................................... 41
2.1.7 - Transistor MOSFET........................................................................................................... 42
2.2 - Métodos .................................................................................................................................... 44
2.2.1 - Procedimentos de montagem da planta .............................................................................. 49
2.2.2 – Circuito driver de potência ................................................................................................ 52
2.2.3 – Testes gerais de funcionamento e simulações do CLP ...................................................... 56
3 - Conclusões e considerações finais ................................................................................................... 66
Referências bibliográficas ..................................................................................................................... 68
Apêndice A............................................................................................................................................ 71
Apêndice B ............................................................................................................................................ 72
Apêndice C ............................................................................................................................................ 73
Apêndice D............................................................................................................................................ 74
Apêndice E ............................................................................................................................................ 75
Apêndice F ............................................................................................................................................ 79
10
1 - INTRODUÇÃO
1.1 - Aspectos teóricos quanto à Mecatrônica
É
evidente
a
importância
das
inovações
dos
produtos
no
mercado
advindasdosavançosna área micro-eletrônica.Aindústria eletrônica é a que mais agrega valor
em seus produtos, com um mercado estimado em 800 bilhões de dólares. E para que as
empresas mantenham-se competitivas na área, garantia fundamental para atuação num
mercado de amplas demandas, são necessários investimentos em produtos e inovações
(MOORE apud BARBALHO, 2006, p. 4).
O termo mecatrônica, cunhado pelos japoneses na década de 1970, se refere a uma
integração multidisciplinar entre os ramos de conhecimento das engenharias mecânica e
eletrônica e do controle computacional em seus produtos e processos (BOLTON, 2010, p.11).
Como resultados há funções mecânicas desempenhadas por sistemas eletrônicos, por
exemplo. Isso evidencia-se o conceito de que Bolton (2010, p11) designa por sistema
mecatrônico – uma abordagem integrada e interdisciplinar entre os conhecimentos das
engenharias mecânica, elétrica, eletrônica e dos sistemas de controle (BOLTON, 2010, p. 11).
Os ramos de atuação podem ser elencados em: automotivo, aeroespacial, médico, xerográfico,
sistemas de defesa, bens de consumo, manufatura e processamento de materiais
(BARBALHO, 2006, p.4).
Os equipamentos e componentes eletroeletrônicos devem estar em boas condições de
uso e atender, obrigatoriamente, as normas de segurança e os padrões de qualidade. Barbalho
(2006, p. 52) comenta1:
“O objetivo dessas normas é evitar riscos relacionados com choque por correntes de
fuga, sobretensões eventualmente decorrentes de instalação elétrica local, resistência
de aterramento incapaz de proteger operadores e usuários em caso de descargas
eletrostáticas e um grande número de situações de risco relacionadas com
grandezas mecânicas, térmicas e químicas” (grifos nossos).
1
Nessa parte o autor cita as diretrizes das normas estabelecidas pela Comissão Eletrotécnica Internacional
(InternationalElectrotechnicalCommission –IEC): IEC 60601-1:2010 (referente a requisitos gerais para
segurança básica e desempenho essencial em equipamentos eletromédicos), IEC 60601-1-2 (referente a
compatibilidade eletromagnética em equipamentos eletromédicos) e IEC 60825 (referente à segurança em
produtos que utilizam tecnologia laser).
11
Quanto à qualidade dos produtos, cabe mencionar que estes devem atender aos
padrões de qualidade atestados em conformidade com os instrumentos normativos. A norma
NBR ISO 9001:2008 trata dos requisitos genéricos para implantação de sistemas de gestão da
qualidade, através de melhorias de processo contínuas e monitoradas, visando aumentar a
satisfação do cliente.
A referida norma sugere para as empresas e organizações que pretendam implantar
sistemas de gestão da qualidade para seus produtos devem atender:

Objetivos da qualidade e requisitos para o produto; (item 7.1 tópico a)

A necessidade de estabelecer processos e documentos e prover recursos
específicos para o produto; (item 7.1 tópico b)

Verificação, validação, monitoramento, inspeção e atividades de ensaios
requeridos, específicos para o produto, bem como os critérios para a aceitação
do produto; (item 7.1 tópico c)

Registros necessários para fornecer evidência de que os processos de realização
e o produto resultante atendem aos requisitos. (item 7.1 tópico d)
As normas aplicáveis, afora as generalistas, variam conforme o tipo de produto, de seu
uso no mercado, da forma como os órgãos públicos homologam a regularizam e exercem o
controle fiscalizador. Por exemplo, para equipamentos médicos e de uso medicinar existe a
NBR ISO 13485:20042; para produtos com fins militar ou espacial, nos quais exigência de
performance e comunicação é maior, existem as normas MIL (padrão militar americano) e
ESA (padrão aeroespacial europeu) (BARBALHO, 2006, p. 54).
Para garantir que a execução de um processo transcorra de maneira controlada e com
precisão é fundamental planejar e documentar como será feita essa atividade. Pois, além de se
ter um documento mestre (de referência), a parte de documentação indica uma atenção
gerencial por parte dos gestores e executores.
2
NBR ISO 13485:2004 – trata dos requisitos para fins regulamentares de sistemas de gestão da qualidade para
produtos de saúde.
12
O caso da suspensão inteligente de um caminhão como um exemplo de sistema
mecatrônico (BOLTON, 2010, p. 12). Ela pode ajustar (automaticamente) o nivelamento
quando há carregamento irregular ou no caso de o caminhão fazer uma curva. Os processos
são realizados automaticamente e com monitoramento em seus estágios.
Avançando no estudo dos sistemas mecatrônicos, existem os sistemas embarcados,
que são elementos onde microprocessadores3 estão embutidos no processo. Um sistema
embarcado é “um sistema microprocessado para controlar uma gama de funções e que não foi
projetado para ser programado4 pelo usuário da mesma forma que ocorre com um
computador” (BOLTON, 2010, p. 13). Exemplifica-se com o caso do uso de
microcontroladores em um sistema de controle em uma máquina moderna de lavar roupas. O
microprocessador controla os ciclos de lavagem, o trabalho das bombas e motores e analisa a
temperatura da água no cesto de lavagem. Outro exemplo de sistema embarcado são os
controles microprocessados em sistemas de frenagem ABS.A conceituação de sistemas
mecatrônicos abrange atuadores, controladores e sensores, conforme ilustra a Figura 1.
Figura 1 - elementos básicos de um sistema mecatrônico.
Fonte: BOLTON (2010, p.12).
A mecatrônica é “como um sistema mecânico com realimentação elétrica” permitindo
“transferir a complexidade do sistema mecânico para a eletrônica ou o software”, sendo que o
3
Bolton (2010, p.120 define microprocessador como “essencialmente um conjunto de portas lógicas e elementos
de memória que são conectados como componentes individuais, mas cujas funções”. Para utilizar os
microprocessadores são necessários chips (circuitos integrados), memória para armazenar dados e portas de
entrada/saída.
4
Pode-se dizer que também não pode ser reprogramado, e mais uma vez, diferentemente de um computador.
13
controle eletrônico aumenta a precisão, um aumento na capacidade de implementações e um
rápido tempo de resposta (HORIKAWA apud BARBALHO, 2006, p. 9).
No sistema mecatrônico, o usuário estabelece os parâmetros desejados, os quais são
monitorados pelos sensores, e estes fornecem o estado das variáveis para o controlador que
trata os sinais. A partir das informações enviadas pelo controlador, os atuadores podem alterar
(ou não) o processo. Há que se ressaltar que um sistema mecatrônico envolverá tanto
grandezas elétricas, como o tratamento de sinais elétricos ou digitais, como grandezas
mecânicas, por exemplo, a força aplicada por um atuador pneumático linear. A Figura 2
demonstra essa dinâmica.
Figura 2 - um projeto mecatrônico. Fonte:
Fonte: Horikawa apud Brabalho (2006, p. 9).
O desenvolvimento de um projeto de sistema passa em consideração aos seguintes
estágios (BOLTON, 2010, p.13):

Necessidade: é a origem para trabalhar o desenvolvimento de um sistema – é ela que o
determina;

Análise do problema: analisar a natureza do problema. É importante ter uma definição
clara do escopo, caso contrário irá acarretar prejuízos ou retrabalho, não atingindo
resultados satisfatórios ou mesmo impedir o desenvolvimento do sistema;

Definição da especificação: é estabelecer os requisitos necessários para a performance
do sistema;
14

Geração de soluções possíveis: denominada como estágio conceitual. As propostas de
soluções são implementadas para cada função especificada, e mesmo a busca por
soluções tidas em problemas similares;

Seleção de uma solução adequada: feitas simulações aos sistemas elegíveis, escolhe-se
aquele(s) mais adequado(s);

Construção do projeto detalhado: pode ser necessária a construção de modelos e
protótipos;

Documentação do projeto: é essencial para descrever o projeto em seus detalhes,
permitindo a guarda de informação e reprodução de resultados.
A abordagem em um sistema mecatrônico abrange a simultaneidade de conhecimentos
de mecânica, eletrônica, tecnologia de computadores e engenharia de controle.Um sistema
mecatrônico pode trazer soluções satisfatórias para alguns problemas:
“(...) considere o projeto de uma balança como as usadas em banheiros. Tais
balanças podem ser consideradas apenas em termos da compressão de molas e do
mecanismo usado para converter o movimento em rotação de um eixo e assim em
movimento de um ponteiro sobre uma escala; um problema que pode ser
considerado no projeto é que o peso indicado não deve depender da posição da
pessoa sobre a balança. Entretanto, outras possibilidades podem ser consideradas se
os conhecimentos aplicados forem além de um projeto puramente mecânico. Por
exemplo, as molas podem ser substituídas por células de carga com straingauges
(transdutor usado para medição de força), com indicação digital da medida do peso
indicada por display de LED através de um microprocessador. (...) A melhoria na
flexibilidade é uma característica comum dos sistemas6ktr‟ mecatrônicos em
comparação com os tradicionais.” (BOLTON, 2010, pp.14-15).
Em sistemas mecatrônicos, quando na fase de estágio conceitual, são criados modelos
de sistema, nos quais são previstas as entradas de informações (ou dito como alimentação do
sistema) e seu comportamento (o processo). O sistema é representado por meio de diagramas
apresentando necessariamente entrada(s), processo e saída(s). E para representar o
comportamento do sistema por meio de equações algébricas utiliza-se a modelagem de
sistema; onde as variáveis dependentes são as informações de entrada, a equação matemática
é o que descreve o processo do sistema e a variável independente, o resultado do processo,
são os dados de saída.
15
Mas a concepção de sistemas não é apenas, em muitos casos, um processo simples,
descrito apenas por uma etapa do diagrama; e sim uma sequência de etapas interconectadas,
cada qual executando uma função específica. A saída de um processo alimentará informações
para apróximaetapa, num fluxo de informações.Elucida-se com o caso de um aparelho de CD,
conforme representado na Figura 3.
Figura 3 – um modelo de sistema (simplificado) para um aparelho de CD.
Fonte: BOLTON (2010, p.17). Org. pelos autores.
No exemplo, esquematizado na Figura 3,existem três blocos interconectados, com a
alimentação do sistema sendo a entrada do CD e a saída, o som.Um sistema de controle,
necessário em muitos processos e máquinas nas indústrias em geral, é projetado para
desempenhar as seguintes funções:

Controle das variáveis de processo em determinados valores. Por exemplo, o controle
de temperatura e umidade do ar em ambientes climatizados;

Controle de uma sequência de eventos. Por exemplo, os ciclos de lavagem de uma
máquina de lavar roupas ou ciclos de esterilização em autoclaves;

Controle de ocorrência de eventos: travas e sistemas de segurança em máquinas
industriais.
Em sistemas de controle temos um elemento controlado de processo importante: o
controle por realimentação. A unidade de controle compara e analisa o valor de saída do
sistema com o valor de referência-padrão. Caso ocorra um desvio, envia-se um sinal de
resposta para ajuste. Um exemplo prático disto são as salas climatizadas a partir de
aquecimento central. Conforme a Figura 4, os dados de temperatura da sala são comparados
com a temperatura desejada, e a partir disso se determinará a alteração ou não da temperatura
no ambiente.
16
Figura 4 - controle por realimentação em uma sala climatizada.
Fonte: Bolton (2010, p.19). Org. pelos autores.
A Figura 5 apresenta um sistema de controle em malha fechada com os seguintes
elementos básicos:
 Variável controlada: nível de água no tanque;
 Valor de referência: ajuste prévio, mediante ao posicionamento da esfera flutuante e
da alavanca;
 Elemento de comparação: alavanca;
 Sinal de erro: a diferença entre o valor real e o ajustado de acordo com a posição da
alavanca;
 Unidade de controle: mecanismo alavanca-pivô;
 Unidade de correção: aleta, a qual controla abertura e fechamento da entrada de água
no tanque;
 Processo: nível de água no tanque;
 Dispositivo de medição: esfera flutuante e alavanca.
17
Figura 5 - controle automático do nível de água em um tanque.
Fonte: BOLTON (2010, p.23). Org. pelos autores.
Em mecatrônica há duas configurações de sistemas de acordo com o tipo de sinal
tratado. Primeiramente os sistemas analógicos, que foram os precursores em sistemas de
controle deprocessos. Neles todos os sinais são funções contínuas no processo. Já os sistemas
digitais foram desenvolvidos com o avanço da computação. E uma vez que esta trata sinais de
forma binária (0 ou 1 bit), o valor da variável é convertido para uma sequência de pulsos
on/off, nos respectivos níveis de tensão.
Nas operações de processo existe uma sequência de etapas de operação, na qual as
ações de controle são ordenadas em tempo/eventos; a isto se chama controle sequencial. Esse
controle é constituído mediante um circuito elétrico composto de elementos de controle
(chaves e relés) conectados adequadamente para o propósito de processo. A mesma função
fazem com eficiência maior os sistemas microprocessados programáveis.
Outros elementos muitos empregados na indústria de processos são os sensores e os
transdutores. Os sensores são elementos capazes de produzir um sinal como reposta a
determinada grandeza física mensurável. Por exemplo, um termopar gera um valor tensão em
função da temperatura a qual ele está submetido – têm-se assim um sensor. Similarmente, o
transdutor retransmite um sinal de determinada natureza recebido respondendo em outra
grandeza associada, convertendo assim os sinais. Por certo ponto de vista, sensores são
transdutores.
18
Em suma, um projeto mecatrônico deve integrar elementos de mecânica, eletrônica e
computação (software) de maneira integrada e que seu funcionamento parta de um modelo de
sistema de controle em malha (aberta ou fechada).
1.1.1 – O Controle PID
Os sistemas de controle em malha aberta5 são “simples e baratos, mas não compensam
as possíveis variações internas da planta, nem as perturbações externas inerentes a um
processo industrial” (CAMPOS; TEIXEIRA, 2010, p.3).
Por exemplo: a vazão de um tanque (valor de referência ou setpoint) é determinada
pela abertura da válvula de purga. Mas, conforme o nível do tanque diminui, para a mesma
abertura da válvula, a vazão no processo vai diminuir – por conta da menor pressão sobre o
líquido, além de desgastes da válvula.Isto acaba tornando inadequada a resposta da curva de
calibração (CAMPOS; TEIXEIRA, 2010, p.4).
Na Figura 6, a temperatura de saída deve ser 70⁰ C. para isto, a válvula foi ajustada em
15%. Entretanto, acontece uma perturbação na temperatura quando da entrada do fluido de
aquecimento. O sistema poderá se afastar do SP. O controle em malha aberta se torna
oneroso.
5
São sistemas sem feedback, sem o elemento controlador, que compensa as perturbações possíveis no processo.
19
Figura 6 - desempenho do controle em malha aberta.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
O controle já é diferente em malha fechada. A Figura 7 mostra a temperatura
controlada automaticamente em 70⁰ C a partir de 25 segundos, com uma variação controlada
na temperatura de entrada. O controlador atua na abertura da válvula para trazer a temperatura
ao valor de SP. Mas o controle em malha fechada traz o problema da instabilidade para o
sistema ao tentar fazer ajustes de erro na relação PV (variável de processo e SP).
20
Figura 7 - um controle em malha fechada.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
Para redimir tais problemas existem os controladores PID. O controle ProporcionalIntegral-Derivativo (PID) é um dos mais usados em malha fechada. São dois tipos de
problemas em sistemas em malha fechada: REGULATÓRIO e SERVO.

REGULATÓRIO – o SP é fixo e o processo deve ser o mais próximo possível deste
valor. A solução é minimizar os efeitos das perturbações (FIGURA 8);
21
Figura 8 - controle regulatório.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.

SERVO – A operação deve seguir uma trajetória – típico em processos de produção
por batelada. O objetivo é seguir o mínimo erro entre SP e PV (FIGURA 9);
Figura 9 - o controle servo.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
22
Considere um sistema no qual um fluido frio A passa pelos tubos com uma vazão
mássica (MA, em kg/h) em uma temperatura de entrada TA1. O objetivo é controlar a
temperatura de saída (TA2) em função da vazão do fluido quente B (com MB e TB1) (FIGURA
10).
Figura 10 - modelo de um sistema trocador de calor a ser controlado.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
Para tal modelagem (FIGURA 11):

Considere a quantidade de calor (Q, em kcal/h) fornecida por B sendo proporcional à
abertura da válvula (Q = K*saída do TIC6);

Considerando que não há vaporização do fluido A e sua temperatura de saída (TA2)
possa ser calculada por: TA2 = TA1 + (Q/(cp*MA)), onde cp é o calor específico (em
kcal/kg.C);

Ganho do processo: K = (∆T/ ∆U), onde ∆T é a variação na variável de saída e ∆U é a
variação na variável de entrada;

Constante de tempo (Ƭ) que é o tempo necessário para a temperatura alcançar 63% do
valor SP;
6
Segundo norma ISA 5.1, é um indicador e controlador de temperatura.
23
Figura 11 - modelo dinâmico do sistema.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.

Tempo morto (Ɵ) é o tempo a partir do qual um início da perturbação na variável
manipulada (PV) traz resposta na variável controlada (SP), ou tempo de transporte.
O controlador proporcional (P) gera a saída proporcionalmente ao erro (e(t)). Kp é o ganho
do controlador (eq. Algoritmo de posição):u(t) = Kp * e(t) + u0 ,onde u(t) é uma saída, válvula
p. ex., entre 0% a 100%; u0 é o valor inicial (FIGURA 12). A Figura mostra a ação do
controlador proporcional para um ajuste de erro em degrau. A ação proporcional é também
em degrau e nesse caso o ganho (Kp) é 3. Enquanto o erro não variar, a saída permanece
constante (regime permanente).
Figura 12 - controle proporcional.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
24
Figura 13 - ação proporcional.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
O controlador proporcional e integral (PI) gera a saída proporcional ao erro e à integral
do erro (I):
𝒖 𝒕 = 𝑲𝒑 ∗ 𝒆 𝒕 + 𝑲𝒑 ∗
𝟏
𝑻𝟏
𝟏
∗
𝑻𝟏
𝒆 𝒕 𝒅𝒕 + 𝒖
é o ganho integral do controlador (número de repetições por segundo), 𝑻𝟏 é o
tempo integral.
A Figura 14 mostra a ação do controlador integral (I) quando ocorreu um erro em
degrau. Ela é a integral do degrau, uma rampa. A ação integral aumenta ou diminui a saída do
controlador indefinidamente enquanto houver o erro.
25
Figura 14 - ação integral.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
O controlador proporcional, integral e derivativo (PID) gera a saída proporcional ao
erro, à integral do erro e à derivada do erro:
𝒖 𝒕 = 𝑲𝒑 ∗ 𝒆 𝒕 + 𝑲𝒑 ∗
𝟏
∗
𝑻𝟏
𝒆 𝒕 𝒅𝒕 + 𝑲𝒑 ∗ 𝑻𝑫 ∗
𝒅𝒆
𝒕 + 𝒖𝟎
𝒅𝒕
𝑻𝑫 é o tempo derivativo do controlador.
A Figura 15 observa-se um erro em rampa. A ação proporcional também é uma rampa
e a ação derivativa soma um valor constante a esta rampa. O tempo derivativo antecipa a ação
do proporcional, que só iria ocorrer 5 segundos depois.
26
Figura 15 - ação do controlador PID.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
Se não existisse a ação derivativa, a saída do controlador só seria igual a 15% após os
5 segundos. Mas, com o derivativo igual a 5, a saída do controlador é igual a 15% no tempo
inicial (zero). O tempo derivativo estima uma tendência de aumento ou diminuição do erro e
atua na saída do controlador de forma a eliminar este potencial erro. Ela facilita o controle e
evita oscilações em processos lentos.
Estes controles são utilizados, por exemplo, no “balanço de massa” das plantas. i.e.,
para manter um nível de um tanque ou vaso constante é necessário que a vazão mássica de
entrada (Me) seja igual à de saída (Ms) (FIGURA 16).
Desta forma, quando acontece um aumento na vazão de entrada a 10L/min, o controle
de nível (LIC) deve aumentar a vazão de saída também a 10L/min. Mas esta variação entradasaída não precisa ser concomitante. Pode-se varia a vazão de saída algum tempo depois das
mudanças terem acontecido na entrada (tempo de residência): permite isolar áreas da planta,
como uma capacitância, pulmão.
27
Figura 16 - um modelo para controle de nível.
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores.
O tempo de residência é calculado dividindo o volume disponível do tanque pela
vazão volumétrica que escoa do mesmo. Por exemplo: um volume de 20L e uma vazão de
100L/h fornecem um tempo de residência de 0,2 hora (12 minutos). Quanto maior o tempo de
residência, melhor para o controle – pois se pode amortecer as perturbações mais facilmente e
trabalhar isoladamente as diversas áreas da unidade.
𝑑𝐿
A equação do balanço de massa: 𝜌 ∗ 𝐴 ∗ 𝑑𝑡 = 𝑀𝑒 − 𝑀𝑠 , onde 𝑀𝑒 e 𝑀𝑠 são as vazões
𝑑𝐿
mássicas, 𝐴 a área, 𝜌 a massa específica, 𝐿 o nível e o produto 𝜌 ∗ 𝐴 ∗ 𝑑𝑡 é a acumulação,
variação da massa no tempo. A massa pode ser obtida pelo produto área-nível-massa
específica.
1.2 - Definição do projeto
O presente trabalho constituiu-se em elaborar uma máquina que efetuará mistura de
diferentes tipos de líquidos, que são os reagentes, obedecendo a uma etapa de preparação
determinada pelo usuário, que corresponde à receita do processo (controlado por um CLP).
28
Também cabe mencionar que é ampla a abrangência dos misturadores nas indústrias de
processo, como nas indústrias químicas, farmacêuticas, de alimentos entre outras.
A proposta inicialmente sugerida pelo professor orientador era de criar um protótipo
de uma máquina misturadora7 que pudesse trabalhar em três diferentes tipos de controle:
contínuo, descontínuo (que corresponde ao processo em batelada) e misto. Assim, as
possibilidades de uso do protótipo seriam de simular processos por batelada, contínuo e o
PID.
O controle por batelada8foi implantado como um controle de processo discreto feito
por etapas de tempo (vide em item „2 – Metodologia de execução‟), alterando-se o nível de
preenchimento dos tanques. O processo por controle contínuo seria aplicado pelo usuário no
seletor POT X, da borneira: quando o usuário o alterasse, haveria diferença na vazão de saída
e o controlador CLP atualizaria o processo, aumentando ou diminuindo a vazão. O controle
PID já seria uma etapa mais sofisticada para o controle de processos em malha fechada, que
elimina as oscilações (pela ação proporcional), elimina o desvio de off-set (ação integral) e
fornece ao sistema uma ação antecipativa (pela derivativa) (SENAI-ES, 1999, p. 39).
A mistura foi executada mediante ao programa CLP9controlada por ciclos de
temporização, com a realização da agitação mecânica das hélices no tanque misturador. O
protótipo foi planejado com a seguinte configuração (FIGURA 17): a partir de três tanques
isolados (designados A, B e C)os líquidos foram bombeados (pelas bombas A, B e C,
respectivamente) para o tanque X, seguindo a rotina de tempos, no qual foi feita a mistura
pelas hélices do agitador, movido através da ação do motor X. Por fim, a bomba do tanque
misturador (bomba X) feza drenagem da mistura para a saída do sistema.
A sequência de tempos é um sistema estático, uma vez que não houve um estado de
variável física controlada (por exemplo, a vazão ou os níveis dos tanques), o que
corresponderia a um sistema dinâmico.
7
A máquina de referência foi a disponível em mercado pela empresa FESTO: o kit didático MPS® EduKit PA. A
diferença é que este produto efetua controle por sinais discretos (controle descontínuo), não se faz o controle de
processo que opere por sinais tipo analógico.
8
São processos descontínuos (ou também tratados como processos discretos): “é um processo que seu produto
final é obtido em uma quantidade determinada após todo o ciclo” (SENAI-ES, 1999, p. 16).
9
No item „2 – Metodologia de execução‟ há uma descrição do processo de mistura.
29
Figura 17- diagrama10 esquemático do protótipo.
Fonte: elaborado no ambiente do software Lucidchart.
1.3 - Objetivos gerais e justificativas
O presente trabalho teve como objetivo principal a elaboração, construção e operação
de um protótipo de ummisturador mecânico de soluções,do qual pudesse ser efetuado o
controle de tempos de processo.A construção desse equipamento também serviu como uma
forma de aplicar os conhecimentos e aprendizagens adquiridos ao longo do curso Técnico em
Mecatrônica no IFSP – Campus Araraquara.
O objetivo do protótipo de misturador pode ser aplicações gerais de uma proposta de
automação industrial. Além da etapa de mistura, o controle de vazão de líquidos foi
abordado11, haja vista que a vazão é uma importante variável de processo, seja por conta de
ser um parâmetro necessário para controle em uma reação química, por evitar desperdício de
matéria-prima, por garantir o controle de qualidade ou verificar o rendimento do processo
(NAKAGAWA, 2009, p. 15).
Houve inicialmente a etapa de estudo e pesquisa bibliográfica de termos gerais da área
mecatrônica a fim de estruturar um entendimento maior da lógica do processo de controle,
bem como de sua implementação em fase de protótipo. Foi realizado um estudo prévio dos
10
Para a elaboração do diagrama foi utilizada a biblioteca de símbolos de instrumentação do Lucidchart e para a
identificação dos sensores de alarme e de nível nos tanques seguiu-se as diretivas da norma ANSI/ISA-5.1-1984
(R1992).
11
Porém, não houve controle direto da vazão pelo processo PID(proporcional-integrativo-derivativo). Maiores
esclarecimentos constam neste relatório.
30
diversos componentes a serem montados no protótipo, sendo posteriormente realizada a
escolhas dos materiais.
2 - Metodologia de execução
A fim de melhor indicar os procedimentos que o algoritmo do programa proporcionou
ao protótipo realizar, foi elaborado um Diagrama (de Máquina) de Estados12 (FIGURA 18).
No estado inicial está a transição „FS‟13 (firstscan) para o estado „parado‟. Por acionamento, o
usuário inicia uma nova transição, indicada por „ciclo‟ na Figura 7.
Dentro do estado „líquido A‟ é acionada a bomba centrífuga („bomba A‟) por
temporização controlada pelo CLP para 3 segundos de funcionamento. Contudo, caso algum
dos níveis dos reservatórios estejam abaixo do limite inferior, fato este indicado pela
expressão booleana „LA A + LA B + LA C‟14, a programação será automaticamente desviada
para o estado de alarme. Os tanques de armazenamento B e C seguem a mesma lógica de
processo do tanque A.
Terminados os ciclos nos tanques de armazenamento, acontece o estado „misturar 1‟: o
motor misturador é acionado por 10 segundos em um determinado sentido de rotação, de
acordo com a configuração da Ponte H (consultar o item 2.1.3 deste relatório). Após os 10
segundos ocorre o estado „misturar 2‟, com a única diferença no sentido de rotação. A
transição „T4b‟ passa o processo para o estado „esvaziar‟, quando ocorre o acionamento da
bomba centrífuga do tanque misturador. A bomba faz o esvaziamento até acionar o alarme de
nível mínimo (transição „LA X‟). E então acontece o estado final „parado‟, até que seja
acionado um novo ciclo.
12
Esse diagrama descreve os estados de um processo, mostrando a estrutura do sistema, suas classes e objetos,
atributos, métodos e relações entre os objetos. Ele é baseado nos conceitos de linguagem de modelagem do
Diagrama de Classe. Para mais informações sobre o tema, consultar: (1) Guedes, G. T. A. UML Uma
Abordagem Prática. São Pulo: Novatec, 2005; (2) Larman, Craig. Utilizando UML e Padrões. Porto Alegre:
Bookman, 2004.
13
Essas e outras referências ao funcionamento do CLP podem ser esclarecidas a partir da página 22, item 2.1.1
deste relatório.
14
Seguindo a nomenclatura proposta pela norma ANSI/ISA-5.1-1984 (revisada em 1992), LA indica alarme de
nível. Os sinais de adição (+) na expressão booleana indicam lógica OU.
31
Figura 18 - diagrama de estados para o funcionamento do protótipo.
Fonte: elaborado no ambiente do software yEd – Graph Editor.
32
2.1 - Materiais
Nesta seção estão descritos os materiais empregados na construção do protótipo. Em
Apêndice B, a tabela „insumos e materiais -acessórios‟ indica uma relação do que foi
empregado e que não consta nesta seção.
2.1.1 – CLP
Um CLP faz uso de uma memória programável na qual são armazenadas instruções
inseridas pelo operador e são implementadas as funções para o controle de processos. Este
equipamento faz a varredura de estados (scan) e controle das PVs, através de instruções e
funções específicas como contagem, de temporização, lógica ou aritmética.
Ele é um sistema microprocessado, que é constituído por microcontrolador, programa
Monitor, memória de programa, memória de dados, interfaces de entrada e saída e circuitos
auxiliares.Uma descrição sumarizada sobre a estrutura interna e o funcionamento de um CLP
estão na Figura 19 (em um diagrama funcional) e na Tabela1.
Figura 19 - modelo da estrutura interna de um CLP.
Fonte: ANTONELLI (2014).
33
Tabela 1- descritivo dos principais itens de um CLP.
Dispositivo
Função
de 1 – converte a tensão da rede (110/220 VCA) para valores
Fonte
alimentação
apropriados à alimentação dos circuitos eletrônicos. Antonelli
(2014) aponta os valores de +5VCC para o microprocessador e
memórias; 2 – fornecer valores tensão às unidade de
entrada/saída, em valores de 12 ou 24 VCC;
Unidade
de É responsável pelo controle lógico e aritmético dos circuitos.
processamento
Para CLPS modulares, ela fica em placas separadas (módulos).
central (CPU)
E em CLPs de menor porte, fica com os demais componentes e
circuitos em um módulo apenas.
Baterias
Servem para manter os parâmetros ou programas (esses
executáveis em memória RAM) quando houver corte de energia
elétrica da fonte, além de guardar informações do equipamento.
Usualmente utilizam-se baterias recarregáveis.
Memória
do O programa Monitor gerencia todas as atividades do CLP
programa Monitor
(dentre elas o controle da comunicação do terminal de
programação (computador) e CLP, estado da bateria etc),
ficando armazenado em memórias15 do tipo PROM, EPROM ou
EEPROM. Não pode ser modificada pelo usuário.
Memória do usuário
Onde fica armazenado o programa (algoritmo) desenvolvido
pelo usuário, sendo a memória tipo RAM, de cartuchos de
memória, por exemplo.
Memória de dados
Região do mapa da memória RAM do CLP especificada para
armazenar os dados do programa do usuário, tais como valores
de temporizadores, de controladores, código de erros. E por isso
mesmo são consultados e alterados no decorrer da execução do
programa.
Memória
imagem São retidas as informações sempre que CPU executa ciclos de
das entradas/saídas
leitura de entradas (scan) ou modificações das saídas.
15
PROM: programmableread-onlymemory, memória programável de leitura.
EPROM: erasableprogrammableread-onlymemory, memória programável apagável somente de leitura
EEPROM: electrically-erasableprogrammableread-onlymemory, pode ser reprogramada várias
eletricamente.
vezes
34
Circuitos auxiliares
Atuam em casos de falha no CLP. Sendo alguns:
-POWER ON RESET: desliga todas as saídas no instante em
que se energiza o equipamento, para evitar algum acionamento
indevido;
-POWER DOWN: para quando for desenergizado, preparar a
CPU para armazenar os dados na memória em tempo hábil;
-WATCH-DOG TIMER: garante que, em caso de falha na
CPU, o programa entre em processamento repetitivo contínuo
(loop). Para isso, este circuito é solicitado em intervalos de
tempo. Caso não seja acionado, ele assume controle do circuito,
indicando falha geral.
Fonte: compilado a partir de ANTONELLI (2014).
Os primeiros CLPs foram desenvolvidos na indústria automobilista, implementados
pela HydronicDivisionda General Motors, sob a liderança do engenheiro Richard Morley. O
projeto visava substituir o uso de painéis de controle a relés16, uma vez que para cada
mudança da linha de montagem era necessário reestruturar os circuitos elétricos e mecânicos.
Por conta de versatilidade de aplicações e facilidade de uso, os CLPsestão difundidos em
muitas aplicações de controle de processos em diversos ramos industriais. Dentre algumas de
suas vantagens estão: requerem menor potência elétrica, são programáveis, manutenção fácil e
rápida e flexibilidade, efetua controle de informações de entrada e saída, robustez que garante
operar em ambientes com variação de temperatura, umidade, vibração e ruídos
(ANTONELLI, 2014; NAKAGAWA, 2009, p. 19).
Quando o CLP é inicializado acontece uma série de rotinas pré-determinadas
arquivadas na memória do programa Monitor. Elas verificam o funcionamento eletrônico da
CPU, da memória interna e dos circuitos auxiliares, verifica o estado das chaves principais
(RUN/STOP, PROG etc), desativa todas as saídas, verifica existência de algum programa de
usuário e, quando houver alguma falha, emite aviso de erros. A seguir ocorre o ciclo de
varredura (scan), no qual são verificados os estados das entradas.
Após a varredura, o CLP armazena os dados de entrada e saída na memória imagem
das entradas e saídas. O CLP consulta a esta memória da imagem das entradas no decorrer da
16
Estes painéis de comando empregavam relés, temporizadores entre outros dispositivos.
35
execução do programa do usuário, e atualiza o estado da memória imagem das saídas em
função dos parâmetros e definições estabelecidos no programa desenvolvido pelo usuário.
Sendo então atualizados os valores na memória das saídas e atualiza os módulos de saída.
Assim, inicia-se um movo ciclo de varredura, conforme ilustra a Figura 20.
Figura 20 - diagrama do princípio de funcionamento de um CLP.
Fonte: ANTONELLI (2014).
2.1.2 - Motores
Foram adquiridasquatro bombas centrífugas 12 VCC, com especificações descritas na
Tabela 2. Tentou-se contato com o fabricante das bombas a fim de obter informações técnicas
adicionais17, porém não houve retorno.
17
As informações solicitadas vias questionário por e-mail eram: fluxo impulsionado (em L/h), vazão de
alimentação (em cm3 por segundo), consumo de corrente máximo (em ampères) e potência nominal (em W).
36
Tabela 2 - características técnicas das bombas centrífugas
Identificação:
Bomba do reservatório de gasolina da
partidaà frio
Modelo:
DK.820
Número de saídas:
1
Aplicação:
Universal
Fabricante/distribuidor:
Drift do Brasil
Tensão de alimentação:
12 V
Fonte: org. pelos autores.
A bomba é um mecanismo que proporciona a transferência de um determinado fluído
de um reservatório para outro local de uso. Por definição, motores são máquinas que
convertem alguma forma de energia de alimentação (por exemplo, elétrica, hidráulica) em
energia mecânica. Neste protótipo, as bombas terão a função de uma bomba hidráulica. Na
Figura 21, uma imagem da bomba modelo DK.820, em escala, utilizada no protótipo. As
bombas farão as transferências programadas de líquidos dos reservatórios para o tanque de
mistura.
Figura 21 – Bomba centrífuga 12 VCC, modelo DK.820, da Drift do Brasil .
Fonte: org. pelos autores.
37
Também foi reaproveitado o motor usado em uma micro-retífica (modelo S1J-180B
Rothenberger, da fabricante austríaca Walter Werkzeuge Salzburg GmbH18) para que seja
utilizado como misturador (mixer) no protótipo, conforme a Figura 22.
Figura 22 – Motor de uma micro-retífica S1J-180B Rothenberger, da Walter Werkzeuge Salzburg GmbH.
Fonte: org. pelos autores.
2.1.3 - Ponte H simples a relé
Um circuito ponte H tem a finalidade de controlar a direção de giro e potência
transferida de algum motor de corrente contínua determinadas através das saídas do CLP
(PATSKO, 2014). Sabe-se que o sentido de rotação de um motor pode ser alterando
invertendo-se a ligação nos terminais de alimentação. E para que a operação de inversão do
sentido de rotação seja implementada, ao invés de proceder apenas com uma sequência de
mudança das polaridades da ligação no motor de forma manual, utiliza-se a ponte H junto
com alguns componentes, tais como transistores, relés ou chaves liga-desliga.
O motor funcionará quando as chaves diagonalmente opostas (S1 e S3 ou S4 e S2)
forem acionadas, permitindo assim que a corrente percorrao motor (vide Figura 23). E
conforme o par de chaves é acionado, a alternância do sentido de rotação acontece. Por
exemplo, enquanto as chaves S1 e S3 ficam acionadas, acontece a rotação do motor em
sentido horário; e com a ligação S4 e S2, há rotação em sentido anti-horário. As chaves de S1
18
Informações técnicas também foram solicitadas, via e-mail, à sede da Werkzeuge Salzburg GmbH, porém se
resposta até o fechamento desse relatório.
38
a S4 funcionam semelhante aos relés de dois contatos reversíveis (DPDT, double pole
doublethrough).
Figura 23 - O diagrama de um circuito ponte H.
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores.
Na Figura 24, o relé automotivo RAS-1210, da Sun Hold Electric Incutilizado no
protótipo.
39
Figura 24 - ponte H simples a relé.
Fonte: org. pelos autores.
2.1.4 -Reed Switch
São sensores componentes que têm a função de interruptores, chaves de contato.
Consistem em uma ampola de vidro dopada com óxido de ferro, para garantir a dissipação de
calor (o que apresenta uma coloração azul ao invólucro de vidro). Dentro da ampola estão
duas lâminas flexíveis, que são os contatos, envoltas por um gás nobre, que é inerte e evita à
oxidação e à deformação mecânica (FIGURA 25).
Figura 25 - estrutura de um reed switch.
Fonte: INSTITUTO NEWTON C. BRAGA, 2014.
40
Comercialmente, existem várias especificações para um reed switch, tais como o comprimento
do bulbo de vidro (medido em mm) e o comprimento total (em mm), os tipos de contato (reversível ou
NA,NF), a corrente e potência máximas de comutação, a rigidez dielétrica entre os contatos (em mΩ)
entre outras. Na Figura 26 estão dispostos alguns reed switches, sendo que alguns apresentam
coloração azul na ampola por conta da dopagem com óxido de ferro no vidro, o que garante maior
capacidade de dissipação de calor.
Figura 26 - reed switches comerciais da empresa Metaltex.
Fonte: disponível em <http://www.metaltex.com.br/downloads/AMPOLAS.pdf>. Acesso em: 25 mai 2014.
As lâminas formam um interruptor simples NA, e sendo feitas de material ferroso,
uma liga especial de ferro-níquel, elas reagem na presença de um campo magnético, fechando
assim o contato do interruptor no circuito. As características físico-químicas da liga garantem
a concentração do fluxo magnético e ao mesmo tempo não trazem o prejuízo de uma maior
retenção magnética19 (FIGURA 27).
19
A retenção magnética significa a característica de o material ficar magnetizado tempo após que o campo
magnético externo deixa de atuar no componente. Essa característica não é interessante em um sensor reed
switch.
41
Figura 27 - um reed switch NA em estado de condução.
Fonte: INSTITUTO NEWTON C. BRAGA (2014).
O campo magnético necessário para acionar o reed switch pode ser um imã natural ou
uma bobina induzida (com a qual designa-se relé reed). Uma característica construtiva do
reedswitch é a sensibilidade, expressa em AT (ampère-turn, ou ampère espira) – ela é a
intensidade do campo magnético externo (do imã ou bobina) necessário para acionar o
dispositivo.
A utilidade de um reedswitché para aplicações que exigem contagem, elementos fim
de curso, sensor de aproximação (desde que o objeto a ser detectado tenha um imã fixo em
sua estrutura) entre outros automatismos. O manuseio deste componente exige cuidados: a
quebra do vidro da ampola faz perder o gás inerte; cortes muito curtos nos terminais;
soldagem inadequada e carga excessiva também afetam a vida útil.
No protótipo, a função do reedswitchfoi como a de um sensor de nível baixo. Para os
quatro tanques (os três de armazenamento e o misturador) os reeds switches entram em
atuação quando o nível do reservatório passar pelo mesmo plano onde eles estão conectados.
Ímãs fixados em rolhas serviram como os elementos utilizados para fechar os contatos.
2.1.5 - Optoacoplador
Também chamado de acoplador ótico, é formado por um LED e um fototransistor
dentro de um CI, transmitindo a informação elétrica entre dois circuitos que estejam isolados,
seja com fontes geradoras diferentes ou diferentes aterramentos. São utilizados como sensores
e em fontes chaveadas, entre outras aplicações que exijam a “transferência de sinais entre
42
circuitos de forma isolada” (INSTITUTO NEWTON C. BRAGA, 2014b). Alguns destes
dispositivos comerciais são o 4N27 ou o 4N25, de diversos fabricantes.
Na Figura 28 está o diagrama para um optoacoplador tipo N no qual os pinos 1 e 2
pertencem ao LED, que será ligado ao circuito elétrico à esquerda (ou circuito de entrada) do
optoacoplador; e os pinos 4, 5 e 6, que são, respectivamente, o emissor, o coletor e a base do
fototransistor, semelhante a um transistor bipolar tipo NPN.
Figura 28 - um diagrama esquemático para optoacopladores 4NXX de 6 pinos.
Fonte: Datasheet FAIRCHILD Semiconductor ®.
Para este trabalho foramutilizadosoptoacopladores 4N27 na placa do driver de
potência (descrito no item 2.2.2) com o intuito de separar as saídas de sinal do CLP e os
atuadores, que no caso são as bombas e o motor misturador, uma vez que eles fazem parte de
circuitos diferentes e, com isso, podem receber diferentes tensões e aterramentos.
2.1.7 - Transistor MOSFET
Da sigla MOS (metal oxide semiconductor – metal óxido semi-condutor) e FET
(fieldeffect transistor – transistor de efeito de campo) é um transistor semicondutor unipolar,
ou seja, ele emprega ou cargas positivas (onde os portadores de carga são as lacunas, chamado
tipo P) ou cargas negativas (elétrons, tipo N – como na Figura 29), formado por três
terminais: G (gate – porta), S (source – fonte) e D (drain – dreno), sendo que a porta (G) é
isolada dieletricamente do canal SD (fonte-dreno).
43
Figura 29 - a estrutura de um MOSFET.
Fonte: INSTITUTO NEWTON C. BRAGA, 2014c.
Desta forma, a corrente elétrica do circuito passa pelos terminais fonte e dreno,
contudo é controlada e ativada pela ação do controle da voltagem aplicada no gate, que gera
um campo elétrico. Os MOSFETSs são aplicados em circuitos CMOS bem como em
resistência controlada por tensão, circuitos de comutação de potência entre outras utilidades.
Paras este trabalho foi utilizado o MOSFET de potência FQP 10N20C tipo N utilizado
para aplicações como controladores de motor, drivers de relé, entre outras, operando a partir
de CIs. A ilustração do FQP 10N20C no datasheet do fabricante (FIGURA 30) mostra a
forma de localizar corretamente os três terminais (G, S e D).
Figura 30 - ilustração do FQP10N20C tipo N.
Fonte: Datasheet FAIRCHILD Semiconductor ®.
44
2.2 - Métodos
A montagem do protótipo foi realizada no Laboratório de Elétrica do Instituto Federal
de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, campus de Araraquara20.
Primeiramente, o grupo fez experimentos para a determinação da vazão volumétrica
(em L.h-1 ou L.min-1) das bombascentrífugas. A vazão é a terceira grandeza física mais
mensurada em processos industriais. Ela fica atrás apenas das medidas de temperatura e
pressão, dois tipos de grandeza consideradas críticas para o controle de processos (FIGURA
31).
Figura 31 - pesquisa sobre utilização de transmissores em controle de processos.
uso (em % dos pesquisados)
93
92
88
86
60
48
36
34
10
grandeza física
Fonte: ControlEngineering(2002) apud Cassiolato e Alves (2010). Organização: autores. Obs.: os valores totais são
maiores que 100% devido às múltiplas respostas.
A vazão volumétrica é definida como “a quantidade em volume que escoa através de
certa secção em um intervalo de tempo considerado” (CASSIOLATO; ALVES, 2010). As
20
Para informações dos materiais e equipamentos disponíveis pertencentes ao patrimônio do laboratório,
consulte a tabela „descritivo dos equipamentos do Laboratório de Elétrica‟ em Anexos.
45
unidades comumente empregadas são m3.s-1, m3.h-1, l.h-1, l.min-1, GPM (galões por minuto),
Nm3.h-1 (normal metro cúbico por hora). A Equação 1 demonstra sua fórmula algébrica:
Equação 1 - fórmula para o cálculo de vazão volumétrica
𝑄=
𝑉
𝑡
, 𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑉 − 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒; 𝑡 − 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜; 𝑄 − 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎
Fonte: org. pelos autores.
Com um cronômetro e uma proveta graduada de dois litros, obtiveram-seos dados
empíricos utilizando água potável como fluído, com valores de tensão e corrente controlados
e mensurados pelos equipamentos fonte de alimentação e multímetro digital disponíveis no
Laboratório de Elétrica. Os dados obtidos constam na Tabela 3.
Tabela 3 - dados experimentais para a bomba centrífuga preencher uma proveta graduada de 2L.
Corrente elétrica aplicada Tensão elétrica (em volts)
Tempo de preenchimento
(em ampères)
da proveta (em segundos)
1,3
6
45
3
12
26
Fonte: org. pelos autores.
Estabelecendo a relação tensão elétrica fornecida versus tempo de preenchimento
como diretamente proporcional, induziram-se as seguintes equações de proporcionalidade:

Para uma tensão de 6 volts, o tempo de encher os dois litros da proveta graduada foi
de 45 segundos, o que resulta em um quociente volume (em litros) por tempo (em
segundos) 0,04 (EQUAÇÃO 2):
Equação 2 - cálculo da vazão volumétrica em litros por segundo, com tensão de 6V.
2𝐿
= 0,04𝑙/𝑠𝑒𝑔
45 𝑠𝑒𝑔
Fonte: org. pelos autores.
46
Ou na unidade padronizada em litros por minuto, em 2,67 (EQUAÇÃO 3).
Equação 3 - correspondente vazão volumétrica em litros por minuto, para uma tensão de 6V.
2𝐿
45
60
∗ min
=
2
= 2,67𝑙/𝑚𝑖𝑛
0,75
Fonte: org. pelos autores.
Portanto, a equação que fornece o tempo de preenchimento para um determinado
volume(em litros),com uma tensão de alimentação de6 volts,mantém (2.67)-1 como fator de
proporcionalidade (EQUAÇÃO 4):
Equação 4 – equação para o tempo de preenchimento em função do volume desejado (sob tensão de alimentação de
6V).
𝑦=
𝑥
2,67
𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑥 é 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐿 𝑒 𝑦 é 𝑜 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑒𝑚 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠)
Fonte: org. pelos autores.
A função linearparametrizada pela Equação 4 pode ser plotada em um gráfico
cartesiano, tornando possível a dedução do tempo de preenchimento para os diversos valores
de volume (vide plotagem na Figura 32).
47
Figura 32 - gráfico para a função tempo de preenchimento com umatensão de alimentação de 6V.
Fonte: org. pelos autores. Elaborado no ambiente http://rechneronline.de/funktionsgraphen/

Para uma tensão de alimentação de 12 volts, a razão proporcional litros por segundo é
de 0,08 (EQUAÇÃO 5).
Equação 5 - cálculo da vazão volumétrica em litros por segundo, com tensão de 12V.
2𝐿
= 0,08𝑙/𝑠𝑒𝑔
26𝑠𝑒𝑔
Fonte: org. pelos autores.
Ouem 4,61 litros por minuto (EQUAÇÃO 6).
Equação 6 - correspondente vazão volumétrica em litros por minuto, com tensão de 12V.
2𝐿
26
60
Fonte: org. pelos autores.
∗ min
=
2
= 4,61𝑙/𝑚𝑖𝑛
0,43
48
Portanto, a equação para o tempo de preenchimento a 12Vemprega (4,61)-1 como fator
de proporção na relação tempo-volume (EQUAÇÃO 7).
Equação 7 - equação para o tempo de preenchimento em função do volume desejado (sob tensão de alimentação de
12V).
𝑦=
𝑥
4,61
𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑥 é 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐿 𝑒 𝑦 é 𝑜 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑒𝑚 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠)
Fonte: org. pelos autores.
A Figura 33 apresenta o gráfico semelhante ao anterior, porém um menor coeficiente
angular.
Figura 33 - - gráfico para a função tempo de preenchimento com uma tensão de alimentação de12V.
Fonte: org. pelos autores. Elaborado no ambiente http://rechneronline.de/funktionsgraphen/
Aplicando os dados de vazão calculadas para as tensões de 6Vcc e 12 Vcc junto com
os tempos programados (T1 para a transferência do tanque A, T2 do tanque B, T3 do tanque C
e T4a mais o T4b para etapa de mistura), foi feita uma estimativa de volume transferido, a ser
subtraída dos tanques de origem e somadas ao tanque de mistura (FIGURA 34).
49
Figura 34 - cálculo dos níveis dos reservatórios com base nas equações lineares dos modelos.
Fonte: org. pelos autores.
2.2.1 - Procedimentos de montagem da planta
No Laboratório de Elétrica, após a determinação empírica da vazão da bomba
centrífuga, foram realizadas as etapas de montagem do protótipo do misturador.
Com a micro retificadora na função furadeira e com uma broca de 1/8”, foram feitos
os furos para passar as mangueiras nos reservatórios de fluídos (tanques de polietileno de (I) a
(IV) da Figura 35). Para aumentar o diâmetro desses furos e proporcionar o adequado ajuste
das mangueiras de silicone,foi utilizada uma broca com pedra cônica (ou pedra de retífica).
As mangueiras têm um diâmetro externo de 1mm, ou 3/64 polegadas (medida obtida por
paquímetro manual em escala de milímetros) e servem para conectar os diversos reservatórios
do sistema misturador.
No reservatório de mistura final foram feitos furos na tampa: um furo para suportar o
motor do misturador, um para entrada de fluído e outro para o respiro.
50
Figura 35 - montagem da base fixadora com os tanques reservatórios e as bombas fixadas por braçadeiras.
Fonte: org. pelos autores.
As bombas foram fixadas na base de madeira por braçadeiras, cada uma servindo de
saída do seu respectivo tanque. A seguir, foi feita a hélice do agitador que será usada no
tanque de mistura (item (I) da Figura 36);sendo construída partir do recorte de folha de
alumínio de 0,5 mm de espessura (FIGURA 36 e FIGURA 37).
Figura 36 - recortes em chapa de alumínio para construção dahélice do misturador.
Fonte: org. pelos autores.
51
Figura 37 - hélice do misturador construída.
Fonte: org. pelos autores.
Foi construída uma placa para servir de borneira para as entradas e saídas da
integração CLP e circuitos de motores (FIGURA 38 e Apêndices C e D).
52
Figura 38 – borneira.
Fonte: org. pelos autores.
2.2.2 – Circuito driver de potência
Este circuito tem a função de controlar a intensidade de corrente (contínua) a ser
fornecida para o motor, ao invés da ligação direta da saída do CLP, uma vez que este
componente fornece valores baixos de corrente para o motor da bomba. Então o controle
segue a sequência de comandos: CLP para driver de potência e deste para o motor, ou seja, é a
ligação entre o circuito de controle com o circuito de potência.
O sinal de acionamento vindo da saída do CLP é detectado pelo optoacoplador (item A
da Figura 40). Ressalta-se novamente que o optoacaplador permitiu o isolamento das saídas
do CLP com o driver de potência e atuadores (motor agitador e bombas). A partir disso, o
MOSFET faz o controle de potência dos motores. O nível dos sinais nos contatos do driver
53
determinam o sentido de rotação do motor e o PWM define, através da intensidade de
corrente elétrica, a velocidade de giro do motor.
A partir do diagrama da Figura 40 foi elaborado o layout para a construção da placa do
circuito, que está na Figura 41. O esquema da placa foi feito no software ISIS, e em seguida
exportado para o programa ARES, para confeccionar o circuito na placa de fenolite. Os
softwares ISIS e ARES fazem parte do pacote Proteus versão 7.1 SP2.
A placa, com as informações impressas estampadas (pelo método de transferência
térmica), ficou em solução de percloreto de ferro. O percloreto age no cobre exposto,
corroendo toda a placa, com exceção dos locais onde havia as marcas de tinta. Por último,
foram efetuadas furação e solda21 dos componentes (Tabela 4) na placa.
Tabela 4– componentes da placa driver de potência.
Algarismo
identificador
Componente
Marca
Quantidade
na
Figura 39
I
Conector (borne) cor ***
05 unidades
verde duas vias
II
Resistores
***
11 unidades
III
Pino conector
***
04 unidades
IV
LED vermelho
***
04 unidades
V
Dissipador de calor
***
04 unidades
VI
MOSFET
de FAIRCHILD
potência
04 unidades
FQP
10N20C
VII
Diodo
retificador ***
08 unidades
1N5406
VIII
Optoacoplador
FAIRCHILD
04 unidades
F817B
Fonte: org. pelos autores.
21
Foi utilizada solda em fio marca BEST (rolo de 500 gramas) da CooksonElectronics.
54
Figura 39 - placa montada do driver de potência do motor, com indicação dos respectivos componentes.
Fonte: org. pelos autores.
Figura 40 - diagrama para o circuito driver de potência do motor
Fonte: : elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores.
55
Figura 41 - diagrama para impressão(layout) do circuito driver de potência.
Fonte: elaborado no software ARES, pacote Proteus v. 7.1 SP2. Org. pelos autores.
Também houve a hipótese de se implementar um circuito para limitar a tensão para as
bombas e motores, apenas como um elemento adicional para divisão de tensão. Esse circuito
seria formado por 12 diodos retificadores montados em série numa placa. Tendo cada diodo
uma queda de tensão de 0,7 V; haveria no total 8,4 V de queda – o que traria 3,6 V para cada
bomba e o motor (FIGURA 42 e FIGURA 43).
56
Figura 42 - diagrama para um circuito diminuidor de tensão sobre os motores. -
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores.
Figura 43-ilustração para um circuito diminuidor de tensão sobre os motores.
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores.
2.2.3 – Testes gerais de funcionamento e simulações do CLP
Os testes do programa (vide Apêndice E) foram realizados no CLP WEG Clic02
modelo CLW-02/2OHT-D da bancada didática FESTO junto com o uso de outros módulos
(TABELA 5).
57
Tabela 5- módulos da banca didática FESTO
Módulo
Fontes
Chaves
Componentes/características

Tensão: 110/220 VCA;

Fonte de 10 VCC.

Entradas digitais (chave ON/OFF) de E1 até E8 –
servem de controle do nível dos reservatórios.

Botões
Entradas digitais de E9 a E16, sendo E9 para o
FirstScan e E10 para iniciar o ciclo. E1 a E4 para
sensores de nível dos quatro tanques.
Indicação luminosa

Chave em modo de condução PNP,sendo L1 para
temporizador do tanque 1 (segue o mesmo
raciocínio para L2, L3 e L4). L5 e L6 para o
sentido de rotação do misturador e L7 para o
alarme.
Fonte: org. pelos autores.
Na programação Ladder para este protótipo o rang 002 inicia-se com a associação
direta (lógica E) entre o estado de memória interna „parado‟ e a instrução de entrada „ciclo‟,
esta solicitada pelo usuário. Com ambas as condições acontecem o reset para o estado de
memória „parado‟ e o set para o M03 (liq. a). M03 e seu respectivo temporizador („timer 1‟)
resultam na passagem para o estado reset para liq. a e set para liq. b. isso indica que a etapa no
tanque A acabou; e prossegue-se assim para os demais tanques – até esvaziar o tanque X, fato
que aciona o estado „parado‟ (FIGURA 44).
58
Figura 44 - programa Ladder.
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
A Figura 45 exemplifica a situação de alarme de nível baixo para o tanque B (situação
semelhante para os tanques A e C). A retirada de líquido do tanque B cessa e o alarme é
acionadocaso o nível esteja abaixo do permitido, tanto nesse tanque como nos tanques A e C;
o que é garantido pela lógica OU, na ligação em paralelo formada pelas instruções de entrada
I02, I01 e I03.
59
Figura 45 – programa Ladder.
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
M06 e M07 são os estados do misturador, o qual tem o sentido de rotação controlado
pela ponte H. ambos atuam na instrução de saída Q05 („motor x‟) e cada uma tem um
temporizador de 10 segundos associado (FIGURA 46).
Figura 46 - programa Ladder.
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
Os sensores de nível reed switch (LA A ao LA X) constituem as entradas para leitura
de parâmetros no CLP. Para limitar a tensão no LT X e POT, fez-se o cálculo para o uso de
resistores de 1k5 ohms (FIGURA 47).
60
Figura 47 - circuito para os sensores de entrada.
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores.
E então, daborneira (B1, B2 até Vcc) passando pelos drivers de potência das bombas
que alimentam para tanque. As conexões PH1 e PH2 determinam os sentidos de rotação
(FIGURA 48).
61
Figura 48 - circuito de saída CLP.
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores.
Houve um teste com para limitar a tensão de alimentação da fonte para o motor do
misturador. Sob uma tensão 12 Vcc e corrente de 0,66 A, o resistor precisou ser 18 ohms. O
teste foi executado com a associação do resistor em série com o motor (FIGURA 49 e
FIGURA 50).
62
Figura 49 - – parâmetros para cálculo de alternativa (uso de resistores nas bombas) ao uso do circuito diminuidor de
tensão.
Fonte: org. pelos autores.
Figura 50 - ilustração para um resistorcomercial filme de carbono no valor de 18 ohms, 5% de tolerância.
Fonte: org. pelos autores.
Mas as bombas funcionaram adequadamente para uma tensão de alimentação de 9Vcc
e uma corrente de 0,85A. Cada bomba foi testada nessa condição e apresentou funcionamento
adequado (FIGURA 51).
63
Figura 51- teste de trabalho das bombas.
Fonte: org. pelos autores.
O teste dos sensores reed switch foram executados com o multímetro na função Teste
de Diodos. O sinal sonoro (beep) indica circuito fechado, que corresponde a situação
adequada, variando os valores de resistência no display. As pontas de prova do multímetro
foram conectadas aos pólos do reed switch (FIGURA 52).
64
Figura 52 - testede continuidade para o sensor de aproximação reed switch.
Fonte: org. pelos autores.
Mesmo não tendo implementado o controle contínuo do processo, o sensor analógico
LT X (sensor de nível contínuo do tanque de mistura) foi testado (FIGURA 53). Ele é
constituído pelo potenciômetro operado por uma boia, responde às variações de nível no
tanque pela variação nos valores de resistência. Seria como um “ohmímetro calibrado para a
escala do nível do tanque” (FRANCHI, De CAMARGO, 2009, p. 69). As conexões do
potenciômetro seguem o padrão (I) e (III) como entrada ou terra e (II) como saída
(obrigatoriamente) (FIGURA54). Proporciona-se saídas de 0 a 10 V.
65
Figura 53 - teste de tensão para o sensor LT X.
Fonte: org. pelos autores.
Figura 54 - um potenciômetro.
Fonte: org. pelos autores.
66
3 - Conclusões e considerações finais
Esse trabalho proporcionou ao grupo de alunos a elaboração de um protótipo, em
escala de ensaios, de controle de processos. Foram confeccionadas as partes mecânicas
(disposição dos tanques, braçadeiras e conexões hidráulicas) e componentes eletrônicos (placa
driver de motor, ponte H e sensores reed switch), finalizando com a programação do CLP.
Este protótiposimulou apenas os processos discretos (que são descontínuos, batelada,
por manufatura). Uma sugestão para as próximas turmas de mecatrônica seria de desenvolver
os controles contínuo ou PID, que perfazem os sistemas dinâmicos, para este protótipo, uma
vez que a planta de simulação já está construída. Seria assim possível para as próximas turmas
também alterar a lógica de controle do processo: ao invés de utilizar o controle discreto por
tempos, programar o controle pelo LT X E POT X, o ajuste do nível contínuo no tanque de
mistura (X).
O protótipo funciona como um sistema estático, no qual a lógica de controle segue
uma sequência temporal fixa. Os testes efetuados com as bombas (item „2 – Metodologia de
execução‟) permitiram apenas demonstrar que elas são proporcionais (FIGURA 21 e
FIGURA 22). Um ensaio com o protótipo em funcionamento ofereceria mecanismos de
medicação e acuraria: a partir do momento que se estabelecesse uma relação algébrica entre o
tempo de distribuição dos tanques para o distribuidor e a quantidade exata, seria possível
estipular o nível ou o volume retirado do tanque em um determinado instante de tempo.
Um problema detectado pelo grupo foi o que o CLP em uso apresentar somente duas
saídas PWM, limitando o controle de velocidade do motor misturador e das bombas
centrífugas.Seriam necessárias cinco saídas. Uma vez que as bombas são proporcionais, a
técnica PWM possibilitaria o controle dos tanques A, B e C simultaneamente22.
Para aplicações em sistemas de testes existe a possibilidade de executar o controle por
microcontroladores da família PIC (CORTELETTI, 2014). Para este caso especificamente
existe a linguagem LDMICRO, desenvolvida por Jonathan Westhues, que permite aplicar a
programação Ladder em microcontroladores. Nela, existe a instrução SET PWM DUTY
22
Reiterando que esse trabalho fez uso do protótipo seguindo a lógica como um sequenciador de tempos: tempos
específicos de transferência dos tanques A, B e C, nesta ordem, para o misturador.
67
CYCLE, com o parâmetro DUTY CYCLE a conversão proporcional pode variar de 0 (sempre
desligado) a 100 (sempre ligado).
68
Referências bibliográficas
ABNT (Ed.). NBR ISO 9001:2000: Sistemas de Gestão da Qualidade (requisitos). Rio de
Janeiro: ABNT, 2000. 30 p. Versão uso exclusivo para fins didáticos. Disponível em:
<http://www.fasi.edu.br/files/biblioteca/NBR_iso9001.pdf>. Acesso em: 20 mar. 2014.
ANTONELLI, P. L. Introdução aos Controladores Lógicos Programáveis (CLPs).
Apostila.
Disponível
em:
<http://www.ejm.com.br/download/Introducao%20CLP.pdf>.
Acesso em: 12 abr 2014.
BARBALHO, S. C. M. Modelo de referência para o desenvolvimento de produtos
mecatrônicos: proposta e aplicações. 2006. 257 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia
Mecânica, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2006.
Disponível
em:
<http://dedalus.usp.br/F/XS98EPDXC98NLF5VYAF7PH6H9KRYKTSKR42QJCJSGEJSBE
F72P-89372?func=full-set-set&set_number=017212&set_entry=000001&format=999>.
Acesso em: 06 mar. 2014.
BOLTON, W. Mecatrônica: uma abordagem multidisciplinar. 4. ed. Porto Alegre: Bookman,
2010. 664 p. Tradução de: José Lucimar do Nascimento.
CAMPOS, Mário Cesar M Massa de; TEIXEIRA, Herbert C G. Controles típicos de
equipamentos e processos industriais. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2010. 365 p.
CASSIOLATO, C; ALVES, E O. Medição de vazão. 2010. Série artigos técnicos Smar
Equipamentos
Industriais
Ltda.
Disponível
<http://www.smar.com/newsletter/marketing/index40.html>. Acesso em: 20 abr. 2014.
em:
69
CORTELETTI, D. Linguagem Ladder para microcontroladores Microchip PIC.
Disponível
em:
<http://www.mecatronica.org.br/disciplinas/cuscopic/artigos/ladder/LDMICRO_TUTORIAL.
pdf >. Acesso em: 28-jun. 2014.
FAIRCHILD Semiconductor Corporation. FQP10N20C/FQPF10N20C: 200V N-Channel
MOSFET.
Disponível
em:
<http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/view/94313/FAIRCHILD/FQPF10N20C.html >. Acesso em: 26 mai. 2014.
FRANCHI, C.M., De CAMARGO, V.L.A.. Controladores Lógicos Programáveis:
Sistemas Discretos. São Paulo: Ed. Érica, 2009.
INSTITUTO NEWTON C. BRAGA. Como funciona o Reed Switch. Artigo 373 da série
Como
Funciona.
Disponível
em:
<http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-
funciona/2462-art373>. Acesso em: 25 maio 2014a.
______. Acopladores e chaves ópticas. Artigo 120 da série Como Funciona. Disponível em:
<http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/872-acopladores-e-chavesopticas-art120.html>. Acesso em: 25 maio 2014b.
______. Como funciona o MOSFET. Artigo 977 da série Como Funciona. Disponível em:
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/6417-art977>. Acesso em: 25
maio 2014c.
NAKAGAWA, H. R. T. Controle de vazão de líquido utilizando software de
programação de CLP. 2009. 50 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia de Controle e
Automação, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2009.
70
PATSKO, L. F. Tutorial montagem da ponte H. Maxwell Bohr Instrumentação Eletrônica.
Disponível
em:
<http://www.maxwellbohr.com.br/downloads/robotica/mec1000_kdr5000/tutorial_eletronica_
-_montagem_de_uma_ponte_h.pdf>. Acesso em: 11 mai. 2014.
SENAI-ES. Instrumentação: fundamentos de controle de processos. Vitória: SENAIES/CST, 1999. Disponível em: <http://www.dequi.eel.usp.br/~felix/Controle.pdf>. Acesso
em: 28 jun. 2014.
71
Apêndice A
Descritivo dos equipamentos do Laboratório de Elétrica.
Equipamento
Fabricante/importador Modelo
Características técnicas
Fonte de alimentação (em corrente Minipa
MPL-
Voltagem: 115VCA; frequência: 50/60 Hz; fonte tripla com duas
direta)
3303M
saídas variáveis (CH1 e CH2, em tensão/corrente variáveis a
0~32V/0~3A) e uma fixa em 5V/3A; precisão do display em 1%;
Gerador de funções digital de
Instrutherm
GF-220
Escala de 0,1 a 2 MHz; 110VAC
Osciloscópio digital
Minipa
MO-2061
Banda de frequência: 60 MHz; voltagem: 100-240VCA
Multímetro digital
Minipa
ET-2652
Display 4 ½ dígitos; alimentação:1*9V; tensões DC:
bancada
200m/2/20/200/1000V; tensões AC: 2/20/200/750V; corrente DC:
200μ/2m/20m/200m/20A; corrente AC: 20m/200m/20A;
resistência: 200/2k/20k/200k/2M/200MΩ
Ferro de solda de 40W
Fonte: org. pelos autores.
NSMF Ltda
IPXO
Potência de 40W; voltagem: 220V, certificação de segurança
Brasfort ®
INMETRO pelo ICBr OCP 0052
72
Apêndice B
Insumos e materiais-acessórios
(Quantidade/unidade)
Fabricante/importador
Modelo/marca
Informações técnicas
Garin& Cia Ltda
Bond
Bisnaga de 50 gramas; anti-mofo e incolor
Etilux Ind. E Com. Ltda
Western
2,5mm x 100mm
Dremel
Dremel®400
Perfurar, polir, escova de aço e lixar; voltagem:
Material/equipamento
(1 unidade) Adesivo vedante de
silicone
(1 pacote com 100 unidades)
Abraçadeiras de nylon
(1 unidade) Micro retífica
127V; frequência 60 Hz; potência nominal: 175w;
velocidade nominal (n): 35.000 rpm
(Dois tubos de 7 gramas) Adesivo
epóxi transparente bicomponente
Fonte: org. pelos autores.
Anaerobicos S. RL.
Pegamil ®
Sendo um tubo o endurecedor e o outro a resina. A
mistura para a solução segue proporção de 50/50%
73
Apêndice C
Variáveis de entrada
Parafuso
Etiqueta
Descrição
Tipo
I1
LA A
Sensor de alarme de nível mínimo no tanque A
Digital
I2
LA B
Sensor de alarme de nível mínimo no tanque B
Digital
I3
LA C
Sensor de alarme de nível mínimo no tanque C
Digital
I4
LA X
Sensor de alarme de nível mínimo no tanque X
Digital
I5
ciclo
Botão para iniciar o ciclo
Digital
I5
FS
Botão para FirstScan
Digital
A1
LT X
Sensor de nível contínuo no tanque de mistura (X)
Analógica
A2
Cons
Intensidade do consumidor
Analógica
Fonte: elaborado pelos autores.
74
Apêndice D
Variáveis de saída
Parafuso
Etiqueta
Descrição
Tipo
Q1
bomba A
Bomba centrífuga do tanque A
Digital
Q2
bomba B
Bomba centrífuga do tanque B
Digital
Q3
bomba C
Bomba centrífuga do tanque C
Digital
Q4
bomba X
Bomba centrífuga do tanque X
Digital
Q5
motor X
Motor do agitador do tanque X
Digital
Q6
PonteH1
Motor do agitador sentido horário
Digital
Q7
PonteH2
Motor do agitador sentido anti-horário
Digital
Q8
alarme
Sinalizador de alarme de nível baixo nos tanques
Digital
Fonte: elaborado pelos autores.
75
Apêndice E
Impresso do programa em diagrama de contatos – linguagem LADDER(imagem 1 de 4).
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
76
Apêndice E (cont.)
Impresso do programa em diagrama de contatos – linguagem LADDER (imagem 2 de 4).
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
77
Apêndice E (cont.)
Impresso do programa em diagrama de contatos – linguagem LADDER(imagem 3 de 4).
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
78
Apêndice E (cont.)
Impresso do programa em diagrama de contatos – linguagem LADDER(imagem 4 de 4).
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
79
Apêndice F
Estados de entrada do programa em LADDER (imagem 1 de 4).
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
80
Apêndice F (cont.)
Estados de saída do programa em LADDER (imagem 1 de 4).
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
81
Apêndice F (cont.)
Elementos auxiliares (estado dos motores) do programa em LADDER (imagem 1 de 4).
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.
82
Apêndice F (cont.)
Elementos auxiliares (temporizadores) do programa em LADDER (imagem 1 de 4).
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores.