LABORATÓRIO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: NOVA
ABORDAGEM COM O USO DE CLPS
Edson Guedes da Costa 1, Ronimack Trajano de Souza (PIBIC/CNPq/UFPB) 2, José Carlos Pacheco Porpino 3
Universidade Federal da Paraíba 1
Universidade Federal da Paraíba 2
Universidade Federal da Paraíba3
Departamento de Engenharia Elétrica Departamento de Engenharia Elétrica Departamento de Engenharia Elétrica
Av. Aprígio Veloso, 882 - Bodocongó Av. Aprígio Veloso, 882 - Bodocongó Av. Aprígio Veloso, 882 - Bodocongó
58109-970 - Campina Grande – PB
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Resumo. O avanço tecnológico na área elétrica requer a utilização de equipamentos
automatizados para a realização de supervisão, controle e gerenciamento de instalações, com
economia e racionalização de recursos, eficiência energética global, conforto e outros benefícios.
A atualização tecnológica é um dos objetivos da atual estrutura curricular do Curso de Engenharia
Elétrica da UFPB, visando adequar o perfil do profissional por ele formado à realidade
tecnológica e as novas tendências do mercado de trabalho. Este trabalho apresenta a experiência
do Departamento de Engenharia Elétrica da UFPB na automação de montagens experimentais do
Laboratório de Instalações Elétricas Industriais, com o emprego de controladores lógicos
programáveis (CLPs), utilizando-se de um bolsista de iniciação científica e um aluno-voluntário.
Conclui-se, desse modo, que com uma constante atualização do programa das disciplinas às novas
tecnologias, é possível motivar e melhorar o nível técnico-científico dos alunos.
Palavras-chave: Laboratório de Instalações, CLP, Automação, Bancadas Experimentais.
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1.
INTRODUÇÃO
Uma das funções do ensino superior é oferecer um ambiente educacional que reflita as condições de trabalho
onde o futuro profissional irá atuar [1].
Vem-se tornando cada vez mais sentida, no âmbito da Universidade, particularmente entre os estudantes, a
preocupação com a dicotomia entre a teoria e a prática, gerando defasagem entre o ensino e as necessidades do mercado
de trabalho. Este problema é bem mais evidente nas áreas tecnológicas, a partir das quais o estudante é lançado às
atividades das empresas e da indústria, com uma grande quantidade de informação geral, sem conseguir estabelecer um
vínculo entre os conhecimentos adquiridos na universidade e as atividades do sistema industrial. Diante disto, o
Departamento de Engenharia Elétrica da UFPB – DEE/UFPB empreendeu recentemente uma reestruturação curricular
para adequar o perfil do profissional que ele forma à realidade tecnológica, tendo a preocupação também com as novas
tendências do mercado de trabalho [2].
Diante do processo de renovação tecnológica que ocorre constantemente nos ambientes industriais, onde é
requerido a utilização de equipamentos automatizados para a realização de supervisão, controle e gerenciamento de suas
instalações. Sem esquecer a economia de recursos, a racionalização, a eficiência energética global, o conforto e outros
benefícios. A automação está diretamente ligada aos equipamentos que controlam o processo ou instalação. O
Controlador Lógico Programável (CLP) é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com
aplicações industriais. Foi desenvolvido para substituir os equipamentos eletromecânicos, tais como, relés seqüenciais e
temporizadores, trabalhando em conjunto com um software de programação.
A atualização tecnológica é um dos objetivos da atual estrutura curricular do curso de Engenharia Elétrica da
UFPB, visando adequar o perfil do profissional por ele formado à realidade tecnológica e as tendências do mercado de
trabalho. Para alcançar este objetivo, algumas disciplinas foram introduzidas e outras tiveram suas ementas e
metodologias modificadas.
O Laboratório de Instalações Elétricas é uma disciplina desse novo currículo. Atualmente, ela se constitui em
uma disciplina independente, em termos de avaliação, da disciplina Instalações Elétricas. O Laboratório foi concebido
como o objetivo de fazer com que os alunos adquiram conhecimentos práticos para elaborar projetos elétricos
residenciais e industriais; familiarizar o aluno com os tipos de partida, proteção e controle de motores e o
dimensionamento de quadros de proteção; comandos por interruptores; fornecer ao aluno noções básicas de iluminação
e fotometria e principalmente, fornecer os conhecimentos práticos da automação industrial por computador.
Este trabalho apresenta a experiência do Departamento de Engenharia Elétrica da UFPB na confecção das
montagens didáticas experimentais do Laboratório de Instalações Elétricas, com o emprego de CLPs. Um aluno
bolsista do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC/CNPq) e um aluno voluntário foram
responsáveis pela confecção das montagens experimentais, como também na elaboração dos guias experimentais, sob
orientação de um professor.
2.
A DISCIPLINA LABORATÓRIO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Laboratório de Instalações Elétricas apresenta uma carga horária total de 15 horas e tem como pré-requisitos:
Materiais Elétricos; Laboratório de Materiais Elétricos; Sistemas Elétricos e Laboratório de Sistemas Elétricos. A
disciplina apresenta como co-requesito a disciplina Instalações Elétricas. A disciplina Instalações Elétricas é de cunho
eminentemente prático e de fundamental importância para a formação de um engenheiro eletricista. É indispensável
assim, a existência e constante renovação de um laboratório de instalações elétricas que complemente a disciplina
teórica e suprima as deficiências na aprendizagem.
Os experimentos são divididos em tarefas, as quais apresentam uma seqüência de ordem didática e de grau de
complexidade. As tarefas são constituídas desde montagens incipientes e manuais, montagens automatizadas com
dispositivos eletromecânicos, e por fim, a automatização de tarefas com a utilização do CLP. As montagens utilizam-se
de partida direta de motores, circuitos seqüenciadores, bem como de simulação de sistemas de controle e supervisão,
com a utilização do CLP. As tarefas realizadas no laboratório abrangem aplicações industriais básicas e capacitando os
alunos com ferramentas e subsídios para um aprofundamento posterior. O aluno dispõe de um horário preferencial com
duração de duas horas a cada quinze dias. Contudo, o aluno pode, a seu critério, realizar ou repetir as tarefas que tenha
encontrado dificuldade, em horário de sua conveniência.
2.1. Objetivos do Curso
Pretende-se que o aluno, ao concluir a disciplina, tenha adquirido conhecimentos práticos para elaborar e montar
projetos elétricos residenciais e sistemas de processamento e controle de processos de produção industrial. Bem como,
coordenar, supervisionar ou realizar manutenção em instalações elétricas industriais e residenciais de baixa tensão,
familiarizar-se com os tipos de partida, proteção e controle de motores e o dimensionamento de quadros de proteção;
comandos por interruptores; fornecer noções básicas experimentais de iluminação e fotometria; e principalmente
proporcionar atividades práticas da automação industrial utilizando-se de CLPs e sua programação em computadores
pessoais.
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2.2. Estrutura Programática
Para atingir os objetivos do curso é necessário o que o aluno realize todas as tarefas de instalações prediais e
industriais. Um experimento formal de fotometria também é proposto. As tarefas práticas de automação industrial são
direcionadas para aplicações de comandos de motores elétricos. Os experimentos implementados visam a sedimentação
dos conhecimentos adquiridos na disciplina Instalações Elétricas.
2.3. Ementa
Experimentos em bancadas didáticas envolvendo instalações elétricas prediais; instalações elétricas industriais;
determinação de curvas isolux e fotométrica; e aplicações de comandos de motores automatizados com o uso de
Controladores Lógicos Programáveis (CLP) [3].
3.
UTILIZAÇÃO DOS ALUNOS NA CONSTRUÇÃO DO LABORATÓRIO DE INSTALAÇÕES
INDUSTRIAIS E DOAÇÕES DE EMPRESAS.
A construção do laboratório, com capacidade de atender 06(seis) alunos por turma, partiu da necessidade de
proporcionar aos alunos um ambiente capaz de oferecer condições onde fosse possível desenvolver tarefas e montagens
experimentais práticas de sistemas de acionamento e controle de máquinas e processos industriais, de forma didática.
Para isso, foram construídas três bancadas experimentais, contendo equipamentos de medição e sinalização, além de
bornes de alimentação. Foram também confeccionadas placas de montagens, contendo contatores, relés e botoeiras,
para serem utilizadas nas tarefas experimentais.
O bolsista e o aluno voluntário foram responsáveis pelo projeto e montagem das bancadas e placas. Nas placas,
foram impressos os esquemas de ligação elétrica interna dos componentes, com o objetivo de facilitar compreensão e as
montagens.
É importante aqui salientar, que a implantação do Laboratório de Instalações Elétricas só foi possível graças às
doações das empresas: ALUMAR, GROUPE SCHINEIDER, EBERLE, INEPAR, ATECEL e recursos próprios
gerados pelo Laboratório de Alta de Tensão do DEE. O Centro de Ciências e Tecnologia da UFPB também colaborou
com o projeto
4.
METODOLOGIA
Um guia experimental prático sobre acionamento de motores elétricos, com a utilização de chaves
eletromecânicas, foi confeccionado pelo aluno bolsista. O guia é composto por quatorze tarefas com montagens
experimentais. Foi desenvolvido também, um quadro simulador de defeitos, com o propósito de criar ou despertar, no
aluno, a habilidade não apenas de montar sistemas, mas também de detectar e solucionar defeitos em montagens.
Três controladores lógicos programáveis Piccolo 103/T de fabricação Altus [4,5] foram adquiridos para serem
utilizados em montagens didáticas no laboratório. Na fase inicial de conhecimento do CLP, encontrou-se um maior grau
de dificuldade. A dificuldade era decorrente da falta de experiência anterior e de uma bibliografia satisfatória. Como
forma de contornar as dificuldades, buscou-se o aprofundamento da revisão bibliográfica e testes seqüênciais com a
utilização do CLP, utilizando-se de montagens conhecidas. Aumentando-se o grau de complexidade, sempre que se
alcançava êxito na montagem anterior.
Concluída a primeira etapa do trabalho, que se constituía da fase de aprendizado e treinamentos do bolsista e
do aluno voluntário, com o controlador lógico programável e o seu software de aplicação, foram iniciados o
planejamento e as montagens de experimentos mais específicos. Os experimentos mais específicos visam simular
condições ou situações do cotidiano de uma indústria, simulação de controle de semáforos, seqüenciadores, contadores,
etc.. Na fase de simulações e de forma didática os motores, as lâmpadas e as cargas mais pesadas são substituídos por
leds. Em todas as tarefas, o circuito de comando foi implementado via CLP com os conhecimentos de programação
adquiridos anteriormente.
Um guia didático de utilização e programação do CLP Piccolo 103/T e do seu software de aplicação
Mastertool Programming foi confeccionando. A elaboração do guia se fez necessária devido ao impacto inicial para
utilização de CLPs, e principalmente à complexidade dos manuais de programação. Já que os fabricantes não
disponibilizam as informações nos manuais, em uma linguagem de fácil assimilação, como forma de promover e vender
seus cursos às empresas que adquirem seus equipamentos. Assim, o guia servirá de suporte inicial para os alunos no
desenvolvimento de suas tarefas no laboratório com a utilização do CLP. Ele aborda conceitos e exemplos práticos de
programação do Mastertool Programming.
5.
RESULTADOS
Um ambiente adequado para realização de experimentos, utilizando montagens eletromecânicas e aplicações
de CLPs, foi desenvolvido. Ele dispõe de ferramentas capazes de propiciar aos alunos condições necessárias ao
desenvolvimento prático das tarefas de acionamento de motores e simulação de situações de planta industrial.
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Atualmente o Laboratório de Instalações Elétricas dispõe de montagens incipientes e manuais, montagens
automatizadas com dispositivos eletromecânicos, e por fim, a automatização de tarefas abordando o uso de
Controladores Lógicos Programáveis (CLP).
O Laboratório de Instalações Elétricas vem estimulando os alunos na execução de tarefas práticas de
instalações elétricas e de automação industrial, além de inseri-los, embora de maneira inicial ou tímida nas condições de
trabalho onde eles poderão eventualmente atuar.
Atualmente, uma nova disciplina denominada de Tópicos Especiais em Engenharia Elétrica – Sistemas
Elétricos Industriais está sendo ministrada, fruto do interesse demonstrado por parte dos alunos no assunto. A disciplina
Sistemas Elétricos Industriais está propiciando um maior aprofundamento dos conhecimentos de programação e
possibilidade de desenvolvimento de suas novas tarefas com complexidade maior, utilizando os controladores Lógicos
Programáveis.
Os cursos de Comandos Elétricos e Introdução ao Uso de CLP, com carga horária de trinta horas, foram
realizados nas dependências do Laboratório de Instalações Elétricas Industriais, em parceria com o Centro Acadêmico
de Engenharia Elétrica. A ministração dos cursos promoveu a participação de alunos matriculados em disciplinas do
ciclo básico, em uma atividade prática comum à vida de um engenheiro. A iniciativa visou a diminuição da evasão
escolar do curso muito comum nesta fase do curso.
6.
DIFICULDADES ATUAIS E PERSPECTIVAS FUTURAS
Existe uma grande dificuldade de obtenção de recursos do governo federal pois o próprio MEC que exige a
melhoria dos cursos de graduação, não tem proporcionando o suporte financeiro para as instituições federais, que são de
sua responsabilidade. O Departamento de Engenharia Elétrica tem buscado recursos, embora bastante limitados, na
prestação de serviços. A prestação dos serviços tem dado condições de aquisição e reposição dos equipamentos básicos.
O laboratório precisa ser constantemente modernizado e melhor equipado para que os estudantes possam,
através de procedimentos experimentais, vivenciar o estado da arte do desenvolvimento de componentes, sensores,
variadores de freqüência, etc. utilizados para acompanhar as novas tendências do mercado de trabalho. Um laboratório
bem equipado, promoveria maior interação com empresas e instituições da região, reforçando a área de ensino e a
formação de programas de atualização tecnológica.
Espera-se que com aplicação dos fundos setoriais nas universidades e centros de pesquisas, especialmente o de
energia, os recursos possam também ser destinados aos laboratórios de ensino básico.
7.
CONCLUSÃO
A disciplina Laboratório de Instalações Elétricas foi introduzida visando preencher uma lacuna entre teoria e
prática na área de processamento da energia, aproveitando as potencialidades de alunos bolsista e voluntário. Neste
trabalho foram apresentados os tópicos desenvolvidos na disciplina enfatizando a sua forte abordagem experimental, a
introdução da aplicação de controladores lógicos programáveis e a discussão das dificuldades e perspectivas futuras.
Desse modo, a disciplina Laboratório de Instalações Elétricas, adotando a nova abordagem com o uso de
controladores lógicos programáveis, vêm contribuindo para a formação de profissionais aptos a enfrentar os desafios
impostos pela dinâmica tecnológica e para a melhoria do nível de competitividade das empresas nacionais nos mercados
interno e externo.
Agradecimentos
Os autores desejam externar seus agradecimentos aos revisores do artigo pelas sugestões e comentários e ao
Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica – PIBIC/CNPq/UFPB.
8.
REFERÊNCIAS
[1]
R. Gedraite, R. C. Costa, A. M. F. Gomes, e G. F. Leonhardt, “Como a utilização de bancada experimental
simples de baixo custo torna mais significativo o processo de ensino e aprendizagem nos cursos de
engenharia”, XXVIII Congresso de Engenharia Brasileiro de Ensino de Engenharia, Ouro Preto - MG, 2000.
E. G. Costa e W. L. A. Neves, “O ensino de técnicas de alta tensão no curso de Engenharia Elétrica da
UFPB”, XXVIII Congresso de Engenharia Brasileiro de Ensino de Engenharia, Ouro Preto - MG, 2000.
J. C. P. Oliveira, Controlador Programável, Ed. Makron-Books do Brasil Editora São Paulo, 1993.
Manual de Programação – MasterTool Programmingâ, ALTUS, Ref. 6399-100.4, Ver. A 11/97.
Manual de Utilização – MasterTool Programmingâ, ALTUS, Ref. 6399-025.0, Ver. A 11/97.
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