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conectividade conectividade

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Março/Abril

Março/Abril 2011 2011 :::: Mecatrônica AtualMecatrônica Atual

conectividade conectividade

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Editora Saber Ltda Editora Saber Ltda Diretor Diretor Hélio Fittipaldi Hélio Fittipaldi Associada da: Associada da: Associação Nacional Associação Nacional das Editoras de

das Editoras de Publicações TécnicasPublicações Técnicas,, Dirigidas e

Dirigidas e EspecializadaEspecializadass

Atendimento ao Leitor: [email protected] Atendimento ao Leitor: [email protected]

Os artigos assinados são de exclusiva responsabilidade de seus autores. É vedada a reprodução total

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dos textos e ilustrações desta Revista, bem

dos textos e ilustrações desta Revista, bem como a industrialização e/ou comerciacomo a industrialização e/ou comercialização dos aparelhos ou idéiaslização dos aparelhos ou idéias

oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanções legais. As

oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanções legais. As consultas técnicas referentes aos artigos daconsultas técnicas referentes aos artigos da

Revista deverão ser feitas exclusivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Técnico). São tomados

todos os cuidados razoáveis na preparação

todos os cuidados razoáveis na preparação do conteúdo desta Revista, do conteúdo desta Revista, mas não assumimos a responsabilidademas não assumimos a responsabilidade

legal por eventuais erros, principalmente nas

legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampoucoprojetos experimentais. Tampouco

assumimo

assumimos a responsabilidade por s a responsabilidade por danos resultantes de imperícia do danos resultantes de imperícia do montador. Caso haja enganos em tmontador. Caso haja enganos em textoexto

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nós aceitos de boa fé, como corretos na data do como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade porfechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade por

alterações nos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o

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Editor e Diretor Responsável Editor e Diretor Responsável Hélio Fittipaldi Hélio Fittipaldi Revisão Técnica Revisão Técnica Eutíquio Lopez Eutíquio Lopez Redação Redação Elizabete Rossi Elizabete Rossi Publicidade Publicidade Viviane Galhardi Viviane Galhardi Designer Designer

Diego Moreno Gomes Diego Moreno Gomes Colaboradores Colaboradores César Cassiolato César Cassiolato Cesar da Costa Cesar da Costa Denis F. Ramos Denis F. Ramos Eduardo Pinheiro Eduardo Pinheiro Evaristo O. Alves Evaristo O. Alves Filipe Rodrigues Pereira Filipe Rodrigues Pereira Francisco José Grandinetti Francisco José Grandinetti Marcio Abud Marcelino Marcio Abud Marcelino Octavian Postolache Octavian Postolache Paulo Antonio dos Santos Paulo Antonio dos Santos Auteliano A. dos Santos Júnior Auteliano A. dos Santos Júnior Pedro Girão Pedro Girão www.mecatronicaatual.com.br www.mecatronicaatual.com.br PARA ANUNCIAR: (11) 2095-5339 PARA ANUNCIAR: (11) 2095-5339 [email protected] [email protected] Capa Capa Petrobras SA/Divulgação Petrobras SA/Divulgação Impressão Impressão

Parma Gráfica e Editora Parma Gráfica e Editora Distribuição

Distribuição Brasil: DINAP Brasil: DINAP Portugal: L

Portugal: Logista Portogista Portugal ugal tel.: 121-9267 800tel.: 121-9267 800

Mecatrônica Atual

Mecatrônica Atual é uma publicação daé uma publicação da Editora Saber Ltda, ISSN 1676-0972. Redação, Editora Saber Ltda, ISSN 1676-0972. Redação, administração, publicidade e

administração, publicidade e correspondência:correspondência: Rua Jacinto José de Araújo, 315, Tatuapé, CEP Rua Jacinto José de Araújo, 315, Tatuapé, CEP 03087-020, São Paulo, SP, tel./fax (11) 2095-5333 03087-020, São Paulo, SP, tel./fax (11) 2095-5333 ASSINATURAS ASSINATURAS www.mecatronicaatual.com.br www.mecatronicaatual.com.br fone: (11) 2095-5335 / fax: (11) 2098-3366 fone: (11) 2095-5335 / fax: (11) 2098-3366 atendimento das 8:30 às 17:30h atendimento das 8:30 às 17:30h Edições anteriores

Edições anteriores (mediante disponibilidade de(mediante disponibilidade de estoque), solicite pelo site ou pelo tel. 2095-5330, estoque), solicite pelo site ou pelo tel. 2095-5330, ao preço da última edição em banca.

ao preço da última edição em banca.

Nesta edição tratamos, en

Nesta edição tratamos, entre outros artigos,

tre outros artigos, sobre

sobre

a “Medição de Vazão – 3ª Grandeza mais Medida

nos Processos Industriais”. Avança em nosso país a

implantação das indústrias que podem utilizar muito

a medição de vazão, seja em estações de tratamento

de água em residências, indústria al

de água em residências, indústria alimentícia de refri-

imentícia de

refri-gerantes, cervejas, sucos, leite até a medição de gases

gerantes, cervejas, sucos, leite até a medição de gases

industriais e combustíveis.

A tendência nos próximos a

A tendência nos próximos anos é crescer

nos é crescer muito a

muito a

produção de álcool, e com o pré-sal os combustíveis

de origem fóssil. Assim, este artigo mostra um pouco desta área, contando

rapida-mente a história, sua importância na automação, controle de processos e os avanços

mente a história, sua importância na automação, controle de processos e os avanços

tecnológicos.

Estamos em alerta para apresentarmos matérias em todas essas áreas, que podem

auxiliar os nossos leitores nos desafios do dia a dia. Para tanto, pesquisamos o

merca-do frequentanmerca-do feiras e eventos menores onde possamos encontrar novos produtos,

do frequentando feiras e eventos menores onde possamos encontrar novos produtos,

softwares e serviços.

Em nossa página de notícias desta edição, mostramos as novas instalaçõe

Em nossa página de notícias desta edição, mostramos as novas instalações da J

s da Jomafer

omafer

em Guaru

em Guarulhos - São Paulo (

lhos - São Paulo (

ww ww w.jomafer.com.bw.jomafer.com.brr

), onde temos a prestação de serviços

de corte a laser e a água. Pode parecer que o corte a água não tem muito mistério,

mas muitas peças em aço precisam ser cortadas em chapas com até 300 milímetros

de espessura e a precisão, rapidez e qualidade, só esta máquina pode fazer o serviço

desejado, devido aqui no Brasil.

Não deixe de acompanhar a série de artigos sobre o primeiro e-Kart totalmente

movido a eletricidade com KERS e controle de tração eletrônico, na revista Saber

Eletrônica (

ww ww w.sabereletronica.com.brw.sabereletronica.com.br

).

É o mesmo sistema utilizado pelas montadoras, nos carros híbridos que já estão

circulando em nossas ruas. Este sistema da Infineon é uma família com várias

capa-cidades, servindo para

cidades, servindo para controlar robôs,

controlar robôs, talh

talhas, emp

as, empilhadeiras,

ilhadeiras, automóveis,

automóveis, carri

carrinhos

nhos

elétricos de transporte, próteses humanas de pé, perna, braço, etc... Ah! O projeto é

totalmente aberto com software

open source open source

..

Submissões de Artigos Submissões de Artigos Arti

Arti gos de nossos leitores, parceigos de nossos leitores, parcei ros e especiaros e especia listalistas do setor, serão bem-vindos em nossa reviss do setor, serão bem-vindos em nossa revis ta. Vamosta. Vamos analisar cada apresentação e determinar a sua aptidão para a publicação na Revista Saber Eletrônica. Iremos analisar cada apresentação e determinar a sua aptidão para a publicação na Revista Saber Eletrônica. Iremos trabalhar com afinco em cada etapa do processo de submissão para assegurar um fluxo de trabalho flexível trabalhar com afinco em cada etapa do processo de submissão para assegurar um fluxo de trabalho flexível e a melhor apresentação dos artigos aceitos em versão impressa e

e a melhor apresentação dos artigos aceitos em versão impressa e online online _..

Editorial

Hélio Fittipaldi Hélio Fittipaldi

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ndice

Editorial Editorial Eventos Eventos Notícias Notícias

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Medição de Tensões Mecânicas Medição de Tensões Mecânicas por Métodos Não Destrutivos por Métodos Não Destrutivos O que é a Tecnologia O que é a Tecnologia de Tempo Real? de Tempo Real? Medição de Vazão - a 3ª Medição de Vazão - a 3ª Grandeza Mais Medida nos Grandeza Mais Medida nos Processos Industriais Processos Industriais Entendendo as Reflexões Entendendo as Reflexões em Sinais Profibus em Sinais Profibus Controladores de Controladores de temperatura PID temperatura PID Modulação PWM nos Modulação PWM nos Inversores de Frequência Inversores de Frequência Identificação de Sistemas na Identificação de Sistemas na Otimização do Controle de Otimização do Controle de Nivel em Regime Não Linear Nivel em Regime Não Linear

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

eventos

literatura

Este livro tem o propósito de servir de livro-texto básico para diversos tipos de cursos na área de Eletrônica Digital, seja no contexto de graduação, licen-ciatura, tecnologia ou em cursos de pós-graduação. A estrutura dos assuntos em dez capítulos e dois apêndices procurou seguir a natural organização de uma nova técnica de ensino de Lógica Programável, que, em relação ao ensino da tradicional Eletrônica Digital, não se alterou com o tempo. Somente foram introduzidos novos conceitos de projeto, simulação e teste de circuitos digitais com a linguagem VHDL, parecendo ser, por isso, uma metodologia apropriada, inclusive, permitindo ainda que o livro possa ser utilizado até mesmo para estudos individuais por principiantes.

Esta obra apresenta de forma didática os conceitos necessários para o leitor aprender como projetar e configurar sistemas digitais simples ou complexos como processamento de sinais DSP com dispositivos PLDs (FPGA e CPLD), aplicando lógica programável com VHDL.

Elementos de Lógica Programável com VHDL e DSP Autores: Cesar da Costa, Leonardo Mesquita e Eduardo Pinheiro

Preço: R$ 112,00

Onde comprar: www.novasaber.com.br

Junho

Norma IEC 61131-3 para

Programação de Controladores Organizador: ISA – Distrito 4 (América do Sul)

Data: 07 e 08

Local: Hotel Mercure Times Square – Av. Jamaris, 100 - Moema – São Paulo/SP www.isadistrito4.org.br

Autocom 2011 Organizador: Maxprint Data: 07, 08 e 09

Local: Expo Center Norte, Rua José Bernardo Pinto, 333 - Pavilhão Verde - São Paulo/SP

www.ciab.org.br

Expedition 2011: Brasil, o clique da vez. Você está pronto?

Organizador: Agis Distribuição Data: 09

Local: Plazza Mayor – Rua Coronel Fernando Prestes, 278 - Santo André/SP www.agisexpedition.com.br

Pavilhões Internancionais tem destaque na Brasil OffShore 2011 Organizador: Brasil OffShore

Data: 14 a 17

Local: Centro de Exposições Jornalista Roberto Marinho - Rod. Amaral Peixoto, km 170 – São José do Barreto - Macaé/RJ www.brasiloffshore.com

Conferência Intenancional da Brasil Offshore 2011

Abertura dia 14 de junho, horário 16 horas.

Data: 15 a 17

Local: Centro de Exposições Jornalista Roberto Marinho - Rod. Amaral Peixoto, km 170 – São José do Barreto - Macaé/RJ www.brasiloffshore.com

XXI CIAB - Congresso e Exposição de Tecnologia da Informação das Instituições Financeiras

Organizador: Federação Brasileira de Bancos

Data 15, 16 e 17 Local: São Paulo/SP

Informações: www.ciab.org.br ou www.febraban.org.br

EFD (PIS/CONFINS Novo X DACON Mensal ( versão 2.4) Organizador: edukaBRASIL Data: 20

Local: Espaço T&D Paulista – Alameda Santos, 1893 - 1º andar – São Paulo/SP www.anaabreu.com.br

Sintonia de Malha de Controle (PID)

Organizador: ISA – Distrito 4 Data: 20 a 22

Local: Hotel Mercure Times Square – Av. Jamaris, 100 - Moema – São Paulo/SP www.isadistrito4.org.br

Entelco Telecon

Organizador: Mikro Tik MTCNA I Data: 27 e 28

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//notícias

JOMAFER inaugura nova sede e novo

serviço de corte a laser de tubos

Neste ano em que completa 33 anos de fundação, a Jomafer inaugura nova sede em Guarulhos – São Paulo. A report agem da revista Mecatrônica Atual foi especialmente convidada pelo seu diretor José Mário para registrar este novo marco da vida da empresa.

Atendendo os segmentos de máquinas e equipamentos em geral, implementos agrícolas, rodoviários, informática, cons-trução civil, concreto pré-moldado, arquitetura, comunicação visual e design, a Jomafer vem investindo, ao longo desses anos, em tecnologia avançada e mão de obra selecionada.

Em 1978 foram iniciadas as atividades da empresa com os serviços de corte e dobra de perfis especiais. Nos anos seguintes os investimentos foram direcionados para oferecer ao mercado, serviços com soluções em cortes de chapas.

O programa de modernização em 1995 foi concentrado na importação de dobradeiras e guilhotinas CNC. Nos últimos 13 anos a Jomafer teve a certificação ISO 9000 renovada pe-riodicamente, e no novo século entrou em atividade o serviço com Puncionadeira CNC, onde começou a produzir peças com furações e detalhes geométricos.

Em 2001, passou a oferecer serviço de corte com jato de água de alta pressão, sendo a única empresa da Améric a do Sul com a máquina que corta chapas de aço de 300 milímetros, materiais compostos e não metálicos. Possui também as máquinas para corte a LASER para peças com geometrias complexas e bom acabamento.

Com a nova planta inaugurada agora, entra também um novo serviço à disposição dos clientes que é o corte a LAS ER de tubos, seguido nos próximos meses também ao serviço de curvamento dos mesmos. Assim, a empresa vem acompanhando a evolução do mercado brasileiro e sempre com a utilização de equipamentos de última geração para ter o melhor TCO. Saiba mais em www.jomafer.com.br

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Mecatrônica Atual :: 2011

//notícias

Acionamentos de alto desempenho

para instalações portuárias

Motorredutores sob cargas extremas

Para este propósito, a NORD pode especificar e fornecer motorredutores com eixo helicoidal e inversores de frequ-ência produzidos pela própria empresa. Os motorredutores para pontes rolantes e trolleys aplicam-se em faixas de desempenho de até 160 kW com uma grande variedade de relações de transmissão.

Disponível em designs de duas ou três fases com eixo vazado ou sólido, os usuários podem escolher entre modelos com uma base de suporte, modelos com flange e modelos montados no eixo. Todos os modelos são equipados com o mesmo corpo, com economia de espaço que permite uma fácil integração. Motores utilizados em pontes rolantes e trolleys costumam operar ininterruptamente em portos muito ocu-pados. No entanto, se o volume de negócios diminui devido às condições de mercado, algumas instalações de carga podem ficar paradas por longos períodos de tempo. A norma de construção dos motores deve, obviamente, assegurar que a operação normal pode ser diretamente retomada após cada paralisação prolongada. Além desses fatores de carga em cons-tante alteração, as recorrentes condições climáticas rigorosas e as temperaturas extremas, bem como a água salgada em ambientes marítimos, requerem um material anti corrosão adequado a longo prazo. Se necessário, os motorredutores da NORD estão disponíveis com proteção IP55 ou IP66. Todos os modelos também estão disponíveis nas versões ATEX. Diante de um fluxo incessante de cargas com várias

tonela-das, os acionamentos das pontes rolantes portuárias estão sob constante pressão. Os usuários necessitam e exigem soluções confiáveis que proporcionem uma dinâmica excelente, precisão de posicionamento, e uma eficiente relação custo/benefício. Deste modo, os motores da ponte rolante e dos trolleysutilizados em gruas de estaleiro ou terminais de contentores requerem sis-temas mecânico e eletrônico especializados e adequados a esta exigente área de aplicação.

As pontes rolantes desempenham um trabalho simples: elas transportam uma carga de um local específico para outro. A fim de realizar de forma confiável e garantir um nível de precisão suficiente durante a operação, elas dependem de um acionamento que foi idealmente adaptado para esta tarefa. “As pontes rolantes são equipadas com motorredutores com freios integrados. Estes são combinados com inversores de frequência para um perfil de controle de aceleração e velocidade centralizado”, explica João de Souza Moreira, Diretor Geral da Nord Drivesystems Brasil.

Uma vez que as pontes rolantes portuárias manuseiam cargas extremamente grandes, seus motorredutores são desenvolvidos para suportar elevadas forças radiais e axiais. Elas também dispo-nibilizam um conjunto de funções especiais: permitem uma partida suave com alto torque de partida, garantem movimentações virtualmente sem choques, facilitam a sincronização de diversos acionamentos, oferecem funções poderosas de elevação, e permi-tem eficiente frenagem regenerativa via rampas parametrizáveis. Depois que um fabricante decide por uma pré-seleção de acio-namentos, nós sugerimos faixas de potência de acordo com as especificações do cliente, refere João de Souza Moreira.

Produtos

UMC3000: Sensor com superfície em metal para sensoriamento direto

O sensor à prova de água cumpre os requisitos IP68/69k O novo UMC3000 eleva o desempenho do sensor ultrassônico em ambientes rigorosos para um nível completamente novo. A caixa sem soldagem, em 100% aço inoxidável e o sistema de cabos com resistência química permitem a monitorização e o controle ultrassônicos em áreas anteriormente consideradas impossíveis de solucionar. Dois conceitos de caixas solucionam uma variedade de aplicações.

Um tubo comdesignsem soldas, próprio para produtos alimen-tares, cumpre as rigorosas normas do setor alimentar e das bebidas, enquanto um modelo roscado, com 30 mm de diâmetro é particularmente adequado para máquinas agrícolas e outras instalações exteriores. A indicação LED para presença de alvo e alimentação é equipamento de série em todos os modelos.

Resumo das principais características:

Design completamente selado cumpre as normas IP 68/69K; Superfície e cano sensores em aço inoxidável (Grau: 1.4404 (V4A, AISI 316L);

Amplitude do sensor totalmente ajustável de 200 a 3000 mm; Modelos de saída analógicos e de parâmetros configuráveis; Cumpre as diretrizes da EHEDG* «Hygienic Design». *EHEDG: European Hygienic Engineering & Design Group (Grupo europeu de engenharia e design higiênicos)

• • • • • Portugal Sales Department tel: +349 4 4535020 fax: +349 4 4535180 [email protected] Alemanha SCHMITT Irmtraud tel: +49 621 776-1215 fax: +49 621 776-2505 [email protected]

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//notícias

Pontes rolantes em estaleiros, containers e outras instalações portuárias exigem sistemas de acionamentos mecânico e eletrônico altamente confiáveis.

Para os construtores e operadores de pontes rolantes, ob-ter soluções completas de fornecedores especializados é o caminho mais fácil para satisfazer estas exigências.

As pontes rolantes são comparáveis com máquinas de série ou máquinas para fins especiais?

JSM:Na medida em que se possa fazer essa comparação, existem apenas alguns fabricantes de pontes rolantes que constroem uma ponte rolante gigante ship-to-shore por dia. Logo, a construção de pontes rolantes pode ser comparada a fabricação de máquinas modulares com finalidades especiais - e as nossas soluções de acionamentos são uma ótima cor-respondência para estas aplicações.

A NORD é um fornecedor especializado em siste-mas de acionamento para pontes rolantes. Em que consistem estes pacotes completos?

JSM: Fornecemos uma tecnologia de acionamento confiável e com eficiente relação custo/benefício para todos os tipos e tamanhos de pontes rolantes e trolleys. A nossa vasta gama de produtos mecânicos, elétricos e eletrônicos nos permite criar soluções de acionamentos a partir de uma única fonte. Os produtos com proteção IP55 e IP66, bem como as versões protegidas contra corrosão e pó com um revestimento especial, garantem uma elevada proteção e um maior tempo de vida útil mesmo sob condições ambientais rigorosas e durante longos períodos de parada, como acon-tece no funcionamento sazonal.

Estão disponíveis vários modelos de inversores de frequência com um desempenho de até 160 kW que possibilitam funções como partida suave, frenagem regenerativa, o funcionamento sincronizado e a elevada precisão de posicionamento. Além disso: criamos um novomicrositededicado a soluções de acionamento para aplicações de pontes rolantes em www.cranes.nord.com.

Além dos terminais de containers, quais são as aplica-ções típicas para pontes rolantes equipadas com aciona-mentos NORD?

JSM:As pontes rolantes industriais são utilizadas, por exemplo, em fundições, em fábricas de construções em aço, na construção de navios, centrais elétricas e engenharia pesada. Os tipos menores também são utilizados em oficinas. Atulamente, existem aproxi-madamente 700 construtores de máquinas que fabricam pontes rolantes. Desses, cerca de 15 constroem pontes rolantes portuárias gigantes.

Entrevista:

João de Souza Moreira, da

NORD Drivesystems

A NORD Drivesystems persegue um objetivo ambicioso: “Gostaríamos de ver, pelo menos, uma ponte rolante em cada um dos principais portos mundiais equipada com as nossas soluções de acionamento”, refere-se João de Souza Moreira (CEO).

Pergunta: Quais são os desafios espe-ciais enfrentados na seleção do sistema mecânico e eletrônico dos motores para pontes rolantes instaladas em estaleiros ou terminais de contentores?

João de Souza Moreira:Os sistemas de acionamentos utilizados nas pontes rolantes e nos trolleys têm de incluir um design robusto, serem resistentes ao desgaste e possuir carac-terísticas, tais como excelente dinâmica e movi-mentos precisos. Simultaneamente, os usuários procuram também um custo total econômico.

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10 //notícias

Investimentos no Brasil são

prejudicados pelos custos

da energia elétrica

pode crescer mais e acrescentar R$ 695 bilhões ao PIB até 2020.

“Isso representa economia do tamanho da África do Sul e três

vezes a do Chile”, informou Garcia.

Segundo ele, o custo de energia no Brasil cresceu mais

rapidamente do que no resto do mundo e isso trouxe graves

consequências à balança comercial. “De exportador de alguns

produtos, como material de construção, passamos a ser

im-portadores, e hoje acumulamos um

déficit

de US$ 3 bilhões.

Para conviver com uma taxa de câmbio valorizada, precisamos

tomar outras providências para reduzir os custos e aumentar a

competitividade.” conclui.

Os altos custos da energia elétrica no Brasil atrapalham

as indústrias de alumínio que reduziram em 10% a

capaci-dade produtiva no país nos últimos seis anos. “Fábricas de

outros setores de uso intensivo de energia também estão

fechando as portas”, afirma o coordenador da Comissão

de Energia da Associação Brasileira da Indústria de

Alumí-nio (Abal), Eduardo Spalding, que participou do seminário

Energia Elétrica: Fator de Competitividade da Indústria,

realizado em março pela Confederação Nacional da

In-dústria (CNI) em parceria com a Associação dos Grandes

Consumidores Industriais de Energia e de Consumidores

Livres (Abrace).

De acordo com Spalding, os custos da energia

pratica-mente dobraram nos últimos seis anos e hoje o Brasil tem

a terceira tarifa mais cara do mundo. “Isso inibe

investimen-tos e, se nada for feito, nos próximos dez anos haverá um

aumento de mais de 20% no custo da energia industrial”,

informou. Ele destacou que o custo de produção de uma

tonelada de alumínio alcançava US$ 1.069 em 2003, e a

conta de energia representava 33% desse total. Em 2008,

o custo de produção saltou para US$ 1.991 a tonelada, em

que 44% representavam os gastos com energia. “O preço

da energia condena de forma inexorável a indústria”, diz

Spalding, que também integra o Conselho Temático de

Infraestrutura da CNI.

Segundo o presidente da Abrace, Paulo Pedrosa, além

de contribuir para o fechamento de empresas no país,

os elevados custos da energia elétrica comprometem o

emprego e a renda dos brasileiros. Também pressionam a

inflação e prejudicam as exportações. “Todas essas

variá-veis têm uma correlação muito grande com o preço de

energia”, completou Pedrosa.

Para o presidente, o primeiro passo para a redução

da tarifa é retirar a carga tributária e os encargos, que

representam mais de 50% dos valores cobrados dos

consumidores de energia. O presidente da Abrace

acres-centou que os custos dos programas sociais não devem ser

repassados às contas de luz, mas absorvidos pelo orçamento da

União. “Isso seria benéfico para o próprio governo, que poderia

aumentar a arrecadação a partir de um crescimento do Produto

Interno Bruto (PIB).”

Considerada pela CNI como um dos pilares da

competitivida-de, a desoneração tributária e de encargos das tarifas de energia

é a principal proposta do estudo Efeitos do Preço da Energia no

Desenvolvimento Econômico – Cenários até 2020, feito pela

Fundação Getúlio Vargas (FGV) em parceria com a Abrace. De

acordo com o coordenador do Projeto Energia Competitiva da

FGV, Fernando Garcia, com a desoneração das tarifas, o Brasil

Estudo confirma que a desoneração das tarifas melhora a competitividade da indústria e aumenta o ritmo de crescimento da economia

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//notícias

Nova geração de computadores

industriais embedded com

processadores Intel

®

_{Atom™ D525/}

D425 e interface de display integrado

(230,6 x 133,0 x 44,4 mm), e proporciona grandes recursos de I/O. Possui portas seriais 1 x RS-232, 1 x RS-232/422/485, com controle de auto fluxo, 4 x hi-speed USB 2.0, 2 x Giga-LANs, DIO,

line-oute LVDS. E oslotde expansão do módulo de comunicação 1 x Mini PCIe embutido suporta um soquete CF externo e um HDD SATA 2,5”. O ARK-1503 também suporta uma ampla temperatura de operação de -20 ºC a 60 ºC.

Design de Interface com Display Integrado: I-Panel Link e Golden Finger

O ARK-1503 com interface de enlace I-Panel integra LVDS, USB, sinais de tx/rx, áudio e de corrente CC, através de um conector SCSI DB36, de forma que um único cabo suporta um painel de toque com energia, vídeo, áudio e info de toque. E a opção alternada golden finger , com 164 pinos, transporta tudo incluindo alimentação, vídeo (LVDS HDMI), áudio, USB, COM e sinalização em painel de toque; suporta um monitor de toque ITM através de acoplamento direto via golden finger, sem abso-lutamente nenhum cabo, embora o sistema e o monitor possam ser atualizados de forma independente, para maior flexibilidade, melhor estabilidade e fácil instalação.

O ARK-1503 estará disponível no final de abril; por favor en-trar em contato com o seu representante de vendas local. Para maiores informações sobre o produto, visite o nossositena Web:

www.advantech.com/applied-computing-systems/embe-dded-computer/default.aspx

A Advantech (2395.TW ) tem a satisfação de anunciar o sistema ARK-1503, um IPC embutido, compacto, sem ven-tilação forçada, equipado com o processador Intel®_Atom™

D525/D425, com suporte DDR3 e interface comdisplay inte-grado. Ele permite uma maior economia de energia, enquanto proporciona alto desempenho e uma grande capacidade de E/S (I/O). Oferece duas opções de conexão do monitor de toque, dependendo da aplicação em particular: I-Panel link ou Golden Finger. Uma tecnologia comdesigninteiramente novo simplifica as suas integrações de aplicação, através de soluções fáceis – ideais para aplicações no controle de automação de máquinas, em fábricas e quiosques.

Equipado com os mais recentes processadoressingle core

(D425) edual coreIntel®_Atom™_{(D525), com memória DD3}

de até 2 GB (D425), e 4 GB (D525). Com controladores de memória e gráficos integrados, estes processadores propor-cionam velocidades de renderização de núcleo de gráficos de 200 a 400 MHz, enquanto mantêm uma excelente eficiência energética.

Além de velocidades mais altas e de um menor consumo de energia, o ARK-1503 também apresenta umdesign low profile

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12 //notícias

ABB fortalece sua presença junto

ao mercado Naval no Brasil

A ABB, grupo líder em tecnologias de potência e automação, planeja fortalecer seus negócios na área Naval no Brasil com o objetivo de atender de forma mais eficaz ao crescente mercado da América Latina.

A América Latina tornou-se rapidamente um mercado estratégico para a área de negócios Marine (Naval) da ABB. Planos futuros incluem o estabelecimento de uma nova fábrica de unidades de propulsores do tipo Azipod® _{C - Compacto,}

um centro de serviços marítimos e um centro especializado em unidades Azipod®_{, que vão auxiliar a ABB a servir ao rápido}

crescimento da indústria de construção naval do Brasil, cum-prindo os requisitos de conteúdo local.

“As soluções inovadoras e os produtos de qualidade da ABB conquistaram nossa posição de liderança nos segmentos de navio de alto valor agregado, como navios-sonda, plataformas de perfuração semi-submersíveis, navios de apoio offshore e navios-tanque”, disse André Luiz Silva - Gerente da unidade de negócios Marine & Cranes no Brasil. “Nosso portfólio se encaixa bem nos planos e desenvolvimento da indústria naval brasileira, e os investimentos previstos pela ABB demonstram nosso compromisso e confiança no mercado local. Acreditamos que isso irá nos proporcionar um posicionamento preferencial no fornecimento de propulsores para as 28 unidades de navios-sonda da Petrobras”, comenta André.

Várias regiões foram avaliadas para sediar a nova fábrica do Azipod®_{, incluindo Pernambuco, Santos e Rio de Janeiro,}

mas a decisão final ainda está pendente. A fábrica planejada terá capacidade de produção anual de mais de 30 unidades do Azipod®_{. O cronograma das obras permitirá a entrega dos}

propulsores, em tempo hábil, para as unidades de perfuração da Petrobras no Brasil.

Um centro de serviços no Brasil também faz parte dos planos para 2014. Terá profissionais dedicados e especializados em serviços para as unidades do Azipod®_{, além de uma oficina}

com ferramentas especiais para os serviços de manutenção e reformas. Esse centro de serviços também fornecerá peças sobressalentes ao mercado local.

A ABB (www.abb.com) é líder em tecnologias de po-tência e de automação que proporcionam aos seus clientes dos setores industriais e de concessionárias a melhoria de sua performance enquanto reduzem seus impactos ambientais. O grupo ABB opera em cerca de 100 países e emprega em torno de 124.000 funcionários.

Para obter mais informações, contate a ABB:

Iracema Carvalho - [email protected] tel.: (11) 3082-3977 – ramal 30

Paulo Pires - [email protected] tel.: (11) 3082-3977 – ramal 28

Redução Sistemática de

Custo de Energia

Como um fornecedor completo, a Endress+Hauser oferece não só um sistema de monitoramento eficiente de energia em conformidade com EMAS, ISO 1400 e EN16001, mas também o respectivo hardware e software e apoio a projetos profissionais. Equipes reúnem know-how muldialmente em áreas como geren-ciamento de energia e dados operacionais, eficiência energética, comunicação e sistemas de barramento, bem como engenharia de automação.

A Endress+Hauser possui um dos maiores portfólios de pro-dutos e serviços em tecnologia de medição industrial, mas, seu valor só pode ser acessado por meio da visualização e análise dos dados de energia obtidos. A Endress+Hauser oferece às empresas a possibilidade de implementar um sistema de monitoramento automático de energia que permite uma visão clara do consumo. Assim, o usuário pode:

• Monitorar o consumo de energia; • Reduzir custos;

• Otimizar a operação da planta.

O monitoramento de energia, portanto, constitui o núcleo de um processo de melhoria contínua que, de acordo com em 16001, resulta em um uso mais eficiente da energia.

Veja algumas vantagens:

• Otimização de picos de carga;

• Geração automática de relatórios individuais de energia; • Detecção precoce da deterioração do desempenho; • Análise e controle automático dos principais dados referentes

ao consumo de energia;

• Controle contínuo do plano anual de energia; • Faturamento de energia por centros de custo;

• Geração de previsões de demanda de energia para diferentes zonas de produção;

• Melhoria dos processos mensais de análises de comunicações; • Documentação automática das emissões de CO₂;

• Tendências de desvios (objetivos/comparação real).

Um conceito modular

A base para a redução de custos de energia é uma medição confiável de energia. Para registros de vapor, ar comprimido, calor, frio, eletricidade, gás e óleo, uma medida muito exata é um pré-requisito. Informativos dos resultados das medições são relacionados aos parâmetros de avaliação, quais sensores e normas de cálculo são utilizados. A escolha incorreta de um instrumento de medição ou a rejeição de uma apropriada compensação de pressão e temperatura, tanto em aplicações de gás como de vapor de água, pode levar a graves falhas de medição. Sistemas abertos e modulares de monitoramento de energia garantem combinações sem problemas de diferentes pontos de medições, eletricidade e gás, registradores de dados, sistemas de energia computadorizados ou de i nstrumentos de registro. A transmissão de dados é realizada via Ethernet, OPC e sistemas de barramento de campo.

(14)

instrumentação

T

Medição de Tensões

Mecânicas por Métodos

Não Destrutivos

Prof.º Auteliano Antunes dos Santos Júnior

Este artigo apresenta dois dos principais métodos não destrutivos

para medição de tensões, um baseado em acustoelasticidade e

o outro em interferometria

laser

por padrão de

speckles

(ESPI). É

apresentada a teoria envolvida, exemplos de aplicação e os

requi-sitos para a aplicação em campo. O tema sob análise representa

uma das muitas interfaces nas Engenharias que corroboram a

necessidade de conhecimentos multidisciplinares, característica

fundamental da Mecatrônica.

ensões Mecânicas estão entre as principais causas de falha em componentes de máquinas. São compostas por uma parcela elástica, que vem dos carregamentos que os componentes sofrem, e uma porção residual, pré-existente, que é provocada pelo processo de fabricação, por solicitações prévias e outras causas. A maior parte dos métodos de medição de tensões atuais é destrutiva, isto é, requer que o componente sob inspeção seja inutiliza-do. Medir tensões mantendo o sistema ou componente mecânico em funcionamento implica em um ganho significativo em tempo e recursos.

A Mecatrônica “é um campo emergente da Engenharia que integra as áreas de elétrica, mecânica, controle, ciência da computação e tecnologia da informação” (ASME, 2011). Tal integração requer conhecimentos específicos de cada uma dessas áreas e a capacidade de utilizá-los em conjunto para a solução dos problemas usuais de Engenharia. Com o avanço da tecnologia, nem sempre é necessário ou desejável que um especialista em cada

saiba mais

Andrino, M. H. Aplicação de ondas longitudinais criticamente refra-tadas para a medição de tensões em dutos. Tese de Doutoramento. Universidade Estadual de Campinas. Campinas, 2007.

ASME [American Society of Mechani-cal Engineers]. Who owns mechatro-nics? Disponível em: < www.mema- gazine.org/contents/current/fea-tures/whoowns/whoowns.html >. Acessado em 10 de maio de 2011. Gabor, D. A new microscopic prin-ciple.Nature_{. v.161, (4098),}

pp.777-778, 1948.

um dos tópicos listados esteja disponível para a análise requerida. De fato, em muitos casos, profissionais com forte embasamento teórico nas diversas áreas que compõem a Mecatrônica podem atuar de forma rápida e eficiente. Talvez o que mais caracterize a formação mecatrônica seja a flexibilidade com que tais engenheiros transitam entre os diversos campos do conhecimento abordados em sua formação, permitindo a criação de soluções inovadoras e multidisciplinares.

Uma das áreas de interface do conhe-cimento é a de sensoriamento. Conhecer características do que está sendo medido, ao mesmo tempo em que tem pleno domí-nio sobre a forma de medir, faz com que o Engenheiro desempenhe sua função com eficiência e presteza. Quando tais sensores são empregados para medir uma variável tipicamente mecânica, como a tensão, o processo é enriquecido pela atuação do Engenheiro Mecatrônico, ou mesmo do Engenheiro de Controle e Automação com base Mecânica.

(15)

14 Mecatrônica Atual :: 2011

instrumentação

F1. Geração de ondas longitudinais criticamente refratadas.

Este trabalho tem como objetivo

apre-sentar duas novas técnicas de medição de

tensões mecânicas, baseadas em

acustoelas-ticidade e em interferometria, que requerem

conhecimentos avançados, tanto da área de

sensoriamento como da área de análise de

tensões. É o primeiro texto de um série sob

responsabilidade da empresa júnior

Meca-tron, do curso de Engenharia de Controle

e Automação da Faculdade de Engenharia

Mecânica da Unicamp. Esse curso tem forte

base nas Engenharias Mecânica, Elétrica e

de Computação, e requer de seus alunos

pleno conhecimento dos conceitos

neces-sários para abordar os aspectos científicos

tratados nesse artigo.

Tensões mecânicas são basicamente de

dois tipos: elásticas ou residuais. A primeira

se refere à tensão que está sendo aplicada por

uma solicitação externa (força, temperatura,

etc.). As tensões elásticas desaparecem quando

a solicitação que a causou é retirada. De forma

diferente, as tensões residuais continuam no

corpo e independem de que, haja atuação

de qualquer fonte externa.

As tensões residuais podem ser de três

tipos, que dependem da ampliação com a

qual se deseja realizar a análise:

macroten-sões, microtensões tipo II e microtensões

tipo III. Todas podem estar presentes em

um componente a qualquer momento. As

macrotensões residuais, que são designadas

como tensões residuais do tipo I, variam

dentro do corpo de um componente em

uma escala maior que o tamanho de grão.

As microtensões residuais resultam das

diferenças dentro da microestrutura de

um material. As tensões residuais do tipo

II operam no nível do tamanho de grão. O

tipo III é atua em nível atômico.

A importância do conhecimento dos tipos

de tensão está ligada ao processo de medição.

O que realmente é medido pelos métodos

atualmente empregados, sejam destrutivo,

ou não, é a tensão de tipo I, ou seja, a macro

tensão. Isso porque os métodos atuais não

têm resolução para medir em níveis menores,

mas principalmente porque a falha, tal como

é estudada hoje, está relacionada a essas

tensões, e não às microtensões. A forma de

relacionar as tensões com as cargas aplicadas

é chamada de

critério de falha

, e descreve

como o componente se comporta quando

solicitado com aquele nível de tensão. Todos

os critérios atuais relacionam a tensão tipo I

com a capacidade de resistir a aplicação de

tensões, obtida em ensaios normalizados e

denominada

resistência mecânica

.

As tensões elásticas (aplicadas)

nor-malmente podem ser calculadas através de

métodos numéricos e analíticos. No entanto,

dependendo do estado interno das tensões,

os resultados podem ser muito diferentes.

Assim, é importante também conhecer as

tensões residuais, como forma de garantir

que as tensões totais estão abaixo do limite

definido pela

resistência mecânica

.

Os métodos capazes de medir tensões

residuais mais utilizados são destrutivos.

Baseiam-se na medição da relaxação da tensão

atuante, através de um corte, um furo ou

outra forma de remoção de material. Com

os dados da deformação final, constrói-se

o estado de deformações inicial e calcula-se

a tensão que atuava naquele ponto. Mesmo

que seja pouco destrutivo, com esses

méto-dos só será possível medir a tensão que foi

aliviada. Assim, as tensões deixam de estar

presentes e não há mais razão para obtê-las,

a não ser se estas forem usadas em controle

estatístico de qualidade. Após a medição, os

componentes não podem mais ser utilizados

para as mesmas funções, ou o risco de falha

aumenta. A forma de medir a deformação

após o alívio pode ser por roseta óptica,

extensômetro ou outras.

Fibras óticas, raios X e difração de

nêutrons têm despontado como

alternati-vas para emprego na medição de tensões,

os dois últimos com capacidade de medir

tensões residuais. Cada um destes possui

características que dificultam sua aplicação

em campo, embora seus resultados em

labo-ratório sejam adequados. Questões técnicas,

como a necessidade de um reator nuclear

para a difração de nêutrons, dificultam a

disseminação das técnicas.

Acustoelasticidade (Ondas L_cr)

O termo Acustoelasticidade vem da

junção de dois ramos da mecânica: a

acús-tica e a elasticidade. Refere-se à propagação

de ondas (acústica) e sua relação com as

propriedades dos materiais (elasticidade).

Segundo a teoria acustoelástica, a velocidade

de propagação de ondas ultrassônicas tem

uma relação direta com a tensão existente

no material sob inspeção.

O desenvolvimento de sistemas de

aqui-sição de dados de elevada taxa de aquiaqui-sição,

aliado a uma sensível redução nos custos,

simplicidade de aplicação e resolução

ade-quada, fazem do método ultrassônico a

principal alternativa atual para a medição

de tensões em componentes mecânicos em

serviço. Várias técnicas podem ser

emprega-das para o mesmo fim, destacando-se a da

birrefringência e a de ondas longitudinais

criticamente refratadas (Lcr), cada uma

necessitando de sensores especiais

dedica-dos e com vantagens para determinadas

aplicações. As ondas longitudinais têm a

mais alta sensibilidade à tensão entre as

ondas ultrassônicas e uma forma

particu-lar dessa, as ondas Lcr, trafega próxima à

superfície, onde as tensões que levam às

falhas normalmente se concentram, sendo

por isso empregada neste trabalho.

Ondas Lcr são ondas de volume, que

se propagam paralelamente à superfície do

material. São ondas longitudinais (frontais),

ou seja, sua oscilação é na mesma direção da

propagação. A

figura 1

mostra tais ondas e o

processo de geração. As ondas longitudinais

incidindo próximo ao primeiro ângulo crítico

(

θ

cr) na interface entre dois meios geram uma

componente longitudinal paralela à superfície.

A geração pode ser feita com um transdutor

de ondas longitudinais e uma cunha para que

(16)

instrumentação

tal onda atinja a interface no ângulo desejado. Essa cunha deve ser de um material de baixa impedância acústica quando acoplado ao aço, como o acrílico. A recepção, a uma distância adequada, pode ser feita como o mesmo tipo de aparato. A determinação da velocidade é realizada através da divisão da distância entre o emissor e o receptor pelo tempo de percurso no material sob análise, lido pelo sistema de aquisição de dados.

A equação que relaciona a velocidade ou o tempo de percurso para distâncias iguais é dada por:

Nessa equação, E é o módulo de elas-ticidade, L ₁₁é uma propriedade chamada constante acustoelástica, V _ijé a velocidade de propagação, t ₀ é o tempo de percurso de referência (sem tensão), dt é a diferença de tempo, dV é a diferença de velocidades e d σé a diferença de tensão que se deseja

medir. Os índices i e j referem-se às dire-ções de propagação e oscilação da onda, respectivamente. Assim, i = j = 1 significa uma onda longitudinal.

Interferometria Eletrônica por Padrão de Speckles - ESPI

A origem da interferometria eletrônica por padrões de speckles está na holografia, cuja técnica permite que uma onda seja gravada e reconstruída posteriormente, mantendo exatamente as mesmas características da onda original. Em outras palavras, uma imagem tridimensional reproduz exatamente o objeto gravado anteriormente. Embora o princípio da holografia tenha sido proposto em 1948 (Gabor), a técnica se tornou prática somente com o advento do laser . A interferometria holográfica remete-se aos anos 60 e é em-basada no princípio da reconstrução de ondas. A interferometria de speckles deriva desse princípio.

O efeito speckle é uma interferência aleatória característica da reflexão de um feixe de luz coerente ao incidir em uma superfície opticamente rugosa, quando sua variação de altura é da ordem ou maior que o comprimento de onda da luz do feixe de iluminação. A característica do laser como feixe coerente e monocromático permitiu utilizar o efeito speckle como princípio de aplicação do método em problemas prá-ticos através da formação de padrões de

franjas. Através destas, é possível calcular os deslocamentos e as tensões em superfí-cies submetidas a cargas. Esses padrões de franjas foram inicialmente gerados através do processamento fotográfico das imagens, mas hoje, com o processamento digital de imagens, processadores de alta velocidade e alta capacidade de armazenamento de dados, é possível obter os padrões de franjas através do processamento por vídeo dos perfis de superfícies iluminadas por feixes de laser, gerando franjas de correlação por padrões de speckles. Por isso o método é conhecido como Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI).

Aplicações das Técnicas de Medição por Acustoelasticidade

A figura 2 ilustra a aplicação da técnica de ondas L_crpara a medição de tensões em rodas ferroviárias . O que está sendo mostrado é a

variação da tensão em oito pontos ao longo do aro de uma roda específica. O esperado é

que os valores sejam iguais ou próximos. No entanto, as pesquisas feitas revelaram que tal variação é perfeitamente possível. Como pode ser visto, as tensões estão entre 276 e 294 MPa. Dado que cada ponto foi medido três vezes, a dispersão pode ser calculada e está indicada nas barras que mostram um desvio padrão do valor médio.

O resultado apresentado refere-se a apenas uma roda, mas a mesma variação e dispersão foram encontradas em outras oito rodas do mesmo tipo medidas durante a pesquisa. Isso permitiu a criação de um novo dispositivo de medição de tensões, patenteado pela Unicamp, que está sendo desenvolvido para aplicação em campo. Tal sistema levará, à redução sensível do risco de acidentes e perdas econômicas e de vidas, uma vez que permitirá que a inspeção seja feita e ações preventivas sejam adotadas.

A figura 3 exibe a comparação entre as tensões medidas por extensômetros (teórica) e as tensões medidas utilizando ondas L_cr

F2. Resultado da Medição de Tensões em oito pontos no mesmo raio em uma roda ferroviária.

F3. Resultado da Medição de Tensões Duto Petrolífero.

d σ= E(dV ij/V ij) = E dt

(17)

16 instrumentação

em dutos petrolíferos . Conforme pode ser visto, o coeficiente da curva de ajuste, cujo valor esperado é 1 (um), tem valor 1,03, o que comprova a validade do método. O ajuste medido pelo coeficiente de correlação (0,999) é uma confirmação da estabilidade do método em diversos níveis de tensão. O experimento foi realizado em laboratório com um duto especialmente montado, com os parâmetros de influência controlados.

Aplicações das Técnicas de Medição por ESPI

A figura 4 mostra o resultado para a medição de tensão equivalente (Von Mises) em um componente mecânico utilizando ESPI. Em (a) é vista a tensão medida e em (b) é mostrada a simulação numérica feita. Conforme pode ser observada, os resultados se assemelham em termos da distribuição das tensões. Embora seja difícil visualizar na

figura à esquerda, devido a baixa resolução das imagens geradas com o programa de aquisição do ESPI, os resultados numéricos também se assemelham significativamente aos medidos, levando a uma diferença em torno de 10% para todas as medições.

Uma segunda aplicação do método foi testada em uma placa com orifício. A figura 5 expõe os resultados. Também neste caso, em (a) é mostrada a tensão medida e em F4. Resultado da Medição de Tensões em Chapa com Rasgo.

F5. Resultado da Medição de Tensões em Chapa com Rasgo.

a) b)

(18)

instrumentação

(b) é exibida a simulação numérica feita. Agora, a diferença entre o medido por ESPI e o calculado utilizando elementos finitos foi ainda menor, da ordem de 5%.

A técnica ESPI também foi usada para a medição de tensões em eixos e bielas au-tomotivas. A Unicamp possui um convênio com a empresa Thyssenkrupp Metalúrgica Campo Limpo, que permite o uso de seu sistema ESPI para pesquisas sobre o assunto. Os resultados preliminares demonstram uma correlação adequada entre os resulta-dos mediresulta-dos e esperaresulta-dos, mas ainda há a necessidade de aprimorar os controles sobre as variáveis de influência para minimizar a dispersão encontrada.

Estratégias de Controle Aplicadas

Com ambas as técnicas foi necessário adotar estratégias de minimização do erro empregando tanto técnicas de filtragem quanto de controle das variáveis de influên-cia. Em especial com acustoelasticidade, foi desenvolvido um programa computacional específico para o tratamento e aquisição dos sinais. O programa L-stress v. 2.0 (Andrino, 2007) foi desenvolvido para esta finalidade. Ele controla totalmente o processo de aquisição, que inclui o uso de um dispositivo de acionamento pneumático para a aplicação dos sensores sobre a peça e o tratamento posterior dos sinais adquiridos, utilizando correlação cruzada e transformada

de Hilbert. A figura 6 apresenta uma das telas do programa.

Para a técnica ESPI, o programa que faz a aquisição e o tratamento é parte de um pacote comercial fornecido com o sistema Dantec 3D ESPI – Q300, usado no trabalho. Conclusões

A medição de tensões com técnicas não destrutivas pode ser feita utilizando acustoe-lasticidade ou interferometria eletrônica por padrão de speckles . Os resultados apresentados mostram que as técnicas possuem grande potencial de aplicação. O seu emprego em campo certamente permitirá uma sensível redução nos custos de inspeção, uma vez que não irá requerer a destruição ou inutilização dos componentes testados.

O sensoriamento é uma das atividades ligadas à Mecatrônica, já que requer conhe-cimentos de áreas distintas, envolvidas na formação desse Engenheiro, como o uso de ferramentas computacionais, o emprego de conhecimentos na área de mecânica, a utilização de sensores eletrônicos e outros. Só pode ser realizado por profissionais que tenham uma formação ampla, ou terá que envolver vários profissionais de áreas diferentes.

F6. Tela de aquisição do programa L-stress v. 2.0.

MA *Auteliano Antunes dos Santos Júnior é Pro-fessor e Coordenador do Curso de Engenharia de Controle e Automação na Unicamp e possui pós-doutorado na Texas A&M University (EUA). Tem desenvolvido projetos tecnológicos para empresas como: Vale do Rio Doce, Petrobrás, Thyssenkrup Metalúrgica Campo Limpo e outras.

(19)

18

Mecatrônica Atual :: Março/Abril 2011

instrumentação

O que é a

Tecnologia

de Tempo Real?

Vários testes, controles e aplicações de projeto

exigem desempenho em tempo real. Este tutorial

da National Instruments analisa os conceitos

básicos de sistemas de tempo real.

Introdução aos Sistemas de Tempo Real

Os sistemas operacionais de tempo real foram projetados para resposta a eventos e sistemas de controle de malha fechada. Aplicações de resposta a eventos, como um sistema de airbag automotivo, necessitam de uma resposta a um estímulo em um determinado espaço de tempo. Sistemas de controle de malha fechada, como um sistema de controle de velocidade automo-tiva, processam continuamente o feedback do sistema para ajustar uma saída. A mbos os sistemas exigem a realização de uma operação dentro de um tempo determinado. Esse tipo de desempenho é chamado de determinístico.

Sistemas de tempo real podem ser classificados como “ soft” ou “hard”. Para sistemas de tempo real do tipo soft , a utilidade de um sistema geralmente é inversamente proporcional ao tempo de resposta após um determinado prazo ter sido perdido. Por exemplo, quando pressionamos um botão do telefone para atender uma chamada, a conexão deve ser estabelecida logo após o botão ter sido apertado. Contudo, o prazo não é tão crítico e pequenos atrasos podem

também devem responder a interrupções de periféricos como mouse e teclado. O usuário tem controle limitado sobre o modo como essas tarefas são manipuladas pelo processador. Como resultado, tarefas de alta prioridade podem ser interrompidas para que tarefas de baixa prioridade sejam executadas, fazendo com que seja impossível garantir um tempo de resposta constante para suas aplicações críticas.

Em contraste, sistemas operacionais de tempo real proporcionam a capacidade de priorizar tarefas, para que as tarefas mais críticas possam sempre ter controle do processador quando necessário. Essa pro-priedade possibilita a criação de aplicações com resultados que podem ser previstos.

Sistemas operacionais de tempo real são necessários quando o processador está envolvido em operações como controle de malha fechada e tomada de decisão em tempo crítico. Essas aplicações requerem que decisões temporizadas sejam feitas ba-seadas em dados recebidos. Por exemplo, um equipamento de entradas e saídas amostra um sinal de entrada e o envia diretamente para a memória. Então, o processador deve analisar o sinal e enviar a resposta adequada ao equipamento de entradas e saídas. Nessa aplicação, o software deve estar envolvido na malha; portanto, você precisa de um sistema operacional de tempo real para garantir res-posta dentro de um espaço de tempo fixo. Além disso, aplicações que necessitam de tempo de execução estendido ou operações autônomas são geralmente implementadas com sistemas operacionais de tempo real. ser tolerados. Sistemas de tempo real do tipo

“hard” são aqueles em que a utilidade do sistema torna-se zero em caso de perda do prazo. Uma unidade de controle de moto-res automotivos (ECU - automotive engine control unit ) deve processar sinais de entrada e calcular a temporização da faísca da vela dentro de um prazo. Se houver perda desse prazo, o motor não irá operar corretamente. A utilidade de uma tarefa após a perda de prazo depende se o sistema de tempo real é do tipo “soft” ou do tipo “hard”, como mostrado na figura 1.

Sistemas operacionais como o Microsoft Windows e o MAC OS fornecem uma excelente plataforma para desenvolvimento e execução de aplicações não críticas de medição e controle. Contudo, por serem sistemas operacionais projetados para um propósito geral, eles não são ideais para executar aplicações que necessitem de um desempenho determinístico ou de um maior tempo sem falhas.

Sistemas operacionais de propósito geral são otimizados para executar uma variedade de aplicações simultaneamente, assegurando que todas as aplicações recebam um tempo de processamento. Esses sistemas operacionais

(20)

instrumentação

F1. Diferença entre tecnologia de tempo

real Hard e Soft. _{F2. Um Exemplo de Diagrama de Jitter.}

Desempenho em Tempo Real

O equívoco mais comum associado ao

desempenho em tempo real é dizer que ele

aumenta a velocidade de execução do

progra-ma. Apesar de ser verdade em alguns casos,

a aplicação é melhorada proporcionando

temporização precisa e previsível. Com essas

melhorias, você pode determinar o tempo

exato quando certo evento ocorrerá.

Controle em Tempo Real

Com controle em tempo real, é possível

monitorar e simular continuamente um sistema

físico. Aplicações de controle em tempo real

executam repetidamente uma tarefa definida

pelo usuário com um intervalo de tempo

específico entre cada execução. A maioria dos

sistemas de controle em tempo real monitora

um sistema físico, comparam o estado atual

com o estado desejado e então simulam o

sistema físico baseando-se nessa comparação.

O tempo que leva para que essa malha execute

é considerado o tempo de ciclo da malha. O

tempo de ciclo da malha de controle varia,

baseado na complexidade do sistema.

O determinismo mede a consistência

do intervalo de tempo especificado entre

os eventos. Muitos algoritmos de controle,

como o PID, requerem um comportamento

muito determinístico. Por exemplo, um

elevador move-se gradualmente para o

andar correto por causa do comportamento

determinístico da malha de controle. Sem

o determinismo, o evelador chega ao andar

correto, porém sem estabilidade.

Em todos os sistemas de tempo real há

uma quantidade de erro chamada

jitter.

O

jitter

é outra maneira de medir o

determi-nismo de um sistema de tempo real. Você

pode calculá-lo como a diferença máxima

entre qualquer atraso individual de tempo e

o atraso de tempo desejado em um sistema,

veja na

figura 2

.

Resposta a eventos em Tempo Real

Com resposta a eventos em tempo real, é

possível responder a um simples evento dentro

de um dado espaço de tempo. O sistema de

tempo real garante algum tempo máximo

de resposta a um evento único. O evento

pode ser tanto periódico quanto aleatório.

Um exemplo de uma aplicação de resposta

a um evento em tempo real é um sistema de

monitoração de segurança. Se uma planta

entra em um estado de perigo, o sistema de

tempo real deve responder a este evento dentro

de um espaço de tempo garantido.

A latência é usada para descrever o tempo

que leva para se responder a um evento. É

similar ao determinismo em aplicações de

controle em tempo real. Com resposta a

eventos em tempo real, é garantido o pior

caso de latência.

Tecnologia de Tempo Real da National Instruments

Os módulos LabVIEW Real-Time e

LabWindows

™

_{/CVI Real-Time são usados}

para se alcançar execução determinística

confiável em hardware dedicado. Caso haja

necessidade de um determinismo maior,

o módulo LabVIEW FPGA, combinado

MA

F3. A Tecnologia de Tempo Real da National Instruments.

com um hardware que inclua tecnologia

de entradas e saídas reconfiguráveis (

RIO – Reconfigurable I/O

) oferece resposta de

har-dware em nanossegundos. Use o conjunto de

software da National Instruments para:

Desenvolver rapidamente aplicações

determinísticas com programação

gráfica ou ANSI C;

Criar facilmente controles distribuídos

e sistemas de monitoração;

Eliminar o tempo gasto, integrando

diversas entradas e saídas.

A National Instruments oferece uma

variedade de hardwares de tempo real que

contém um processador embarcado,

execu-tando um sistema operacional de tempo real

para máxima confiabilidade e desempenho

determinístico. É possível integrar uma vasta

gama de entradas e saídas com hardware

mo-dular que possa ser expandido para atender a

um grande número de canais para aquisição

de dados e controle, condicionamento de

sinais industriais e isolação segura.

•

(21)

20 instrumentação

Medição de Vazão:

a 3ª Grandeza

Mais Medida

nos Processos

Industriais

A

Apresentação de alguns

as-pectos mercadológicos atuais

sobre a medição da vazão

dos fluídos na Automação

e Controle dos Processos

Industriais

saiba mais

Manuais de Operação e

Treinamento dos transmissores de pressão Smar: LD301, LD302, LD303 e LD400

Apresentações Transmissores de Pressão. César Cassiolato, Evaristo O. Alves, 2001-2011.

Medição de Vazão Mecatrônica Atual 26

Artigos técnicos – César Cassiolato www.smar.com/brasil2/

artigostecnicos/ Site do fabricante: www.smar.com.br

vazão é a terceira grandeza mais medida nos processos industriais. As aplicações são amplas, desde aplicações simples como a medição de vazão de água em estações de tratamento e residências, até medição de gases industriais e combustíveis, passando por medições mais complexas. A escolha correta de um determinado instrumento para medição de vazão depende de vários fatores. Dentre estes, pode-se destacar:

exatidão desejada para a medição; tipo de fluido: líquido ou gás, limpo ou sujo, número de fases;

condutividade elétrica, transparência;

condições termodinâmicas: por exem-plo, níveis de pressão e temperatura nos quais o medidor deve atuar; espaço físico disponível;

custo, etc.

Atualmente os medidores de fluidos (líquidos, gases e vapores) são de grande importância em um processo, pois são usados

•

para determinar as quantidades de produtos vendidos, comprados e transferidos entre fabricantes, transportadores e consumidores finais. Veja a fgura 1.

A medição de vazão de fluidos sempre esteve presente em nosso dia a dia.Por exemplo, o hidrômetro de uma residência, o marcador de uma bomba de combustível nos veículos, etc.

Na História, grandes nomes marcaram suas contribuições. Em 1502 Leonardo da Vinci observou que a quantidade de água por unidade de tempo que escoava em um rio era a mesma em qualquer parte, independente da largura, profundidade, inclinação e ou-tros. Mas o desenvolvimento de dispositivos práticos só foi possível com o surgimento da era industrial e o trabalho de pesquisadores como Bernoulli, Pitot e outros.

Vejamos, inicialmente, alguns concei-tos para entendermos melhor a medição de vazão.

Engº César Cassiolato [email protected] Engº Evaristo O. Alves [email protected]