PROJETO DE MODERNIZAÇÃO DA JIGA DE ENSAIOS DE …

LUCAS BÚRIGO ESPÍNDOLA

PROJETO DE MODERNIZAÇÃO DA JIGA DE ENSAIOS DE

DISPOSITIVOS MECÂNICOS DE SOBREVELOCIDADE DE

TURBINAS

FLORIANÓPOLIS, FEVEREIRO DE 2021




TURBINAS

Trabalho de Conclusão de Curso do curso de

Engenharia Mecatrônica do Instituto Federal

de Santa Catarina.

Orientadora:

Profa. Dra. Cynthia Beatriz Scheffer Dutra

FLORIANÓPOLIS, FEVEREIRO DE 2021



TURBINAS


Este trabalho foi julgado adequado para obtenção do título de Engenheiro Mecatrônico

em 19/02/2021 e aprovado em sua forma final pela banca examinadora do Curso de

Engenharia Mecatrônica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de

Santa Catarina.

Florianópolis, 19 de fevereiro, 2021.

Banca Examinadora:

________________________________

Cynthia Beatriz Scheffer Dutra, Profa. Dra. Eng.

________________________________

Adriano Regis, Prof. Me. Tecn.

________________________________

Eduardo Yuji Sakurada, Prof. Dr. Eng.

________________________________

Tiago Nunes de Sousa, Eng. Mec.

AGRADECIMENTOS

Agradeço aos meus pais pelo apoio nesta

etapa, à minha namorada, Ana, pelo apoio

em todos os momentos e auxílio na

construção deste trabalho. Agradeço à

Reivax pela oportunidade de realizar este

projeto. Agradeço aos colegas da Reivax que

me auxiliaram no desenvolvimento deste

projeto, em especial à equipe de software

que sempre prestou todo o suporte

necessário para o desenvolvimento do

programa deste projeto. Agradeço ao IFSC e

seu corpo docente por todos os

ensinamentos que me possibilitaram chegar

até aqui, em especial à minha orientadora

por todo o suporte durante o

desenvolvimento deste trabalho. E por fim

agradeço aos amigos e colegas que de

alguma forma me auxiliaram no

desenvolvimento deste projeto, em especial

ao colega Felipe que acompanhou o

desenvolvimento deste projeto desde o

início.

EPÍGRAFE

“O universo que observamos possui

exatamente as propriedades que

deveríamos esperar se houvesse, no início

das coisas, nenhum designer, nenhum

propósito, nenhum mal ou bondade, nada,

apenas indiferença cega e implacável. “

Richard Dawkins

RESUMO

Neste projeto de engenharia, em parceria com a empresa Reivax, empresa de

tecnologia com foco em controle e automação de usinas, levantou-se necessidades

de modernização para a máquina de ensaios para dispositivos mecânicos de

sobrevelocidade, realizando a automação do equipamento. A principal demanda do

maquinário era a falta da automação, tornando o processo lento e repetitivo. Para

solucionar essa demanda, desenvolveu-se um conjunto de melhorias para a jiga de

testes de dispositivos de sobre velocidade mecânicos para turbinas, automatizando o

processo do ensaio, tornando-o mais rápido e eficiente. Essas melhorias consistem

na utilização de novo sensoriamento de deslocamento do pêndulo, além da

automação dos processos de partida e parada da máquina. Com a aplicação dessas

soluções, obteve-se redução de tempo e assertividade nos ensaios, garantindo

melhores resultados e relatórios técnicos com maior qualidade.

Palavras-chave: Modernização. Automação. Engenharia. Turbinas. Ensaios de

sobrevelocidade.

ABSTRACT

In this engineering project, in partnership with the company Reivax, technology

company with focus on power plant control and automation, the modernization

necessities for the testing machine for overspeed mechanical devices were identified,

carrying out the automation of the equipment. The main demand of the machinery was

the lack of automation, making the process slow and repetitive. To solve this demand,

a set of improvements was developed for the mechanical over speed devices for

turbines test jiga, automating the test process, making it faster and more efficient.

Those improvements consist in the use of a new pendulum movement sensor, in

addition to the automation of the starting and stopping processes of the machine. With

the application of such solutions, it obtained gains in time and assertiveness in the

tests, ensuring better results and technical reports with higher quality.

Key-words: Modernization. Automation. Engineering. Turbines. Overspeed tests.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Matriz elétrica nacional 2017 .................................................................... 12

Figura 2 - Dispositivo mecânico de sobrevelocidade ................................................ 14

Figura 3 - Pêndulo mecânico de sobrevelocidade ..................................................... 15

Figura 4 - Máquina de ensaios de sobrevelocidade .................................................. 16

Figura 5 - Desenho do equipamento ......................................................................... 16

Figura 6 - Comportamento da deformação de uma mola .......................................... 18

Figura 7 - Posicionamento do sensor fim-de-curso ................................................... 19

Figura 8 - Exemplo de instalação de sistema de monitoramento de velocidade ....... 22

Figura 9 - Motor de indução ...................................................................................... 23

Figura 10 - Representação do campo magnético girante em três instantes diferentes

de tempo: (a) tempo t1, (b) tempo t2, (c) tempo t3 .................................................... 24

Figura 11 - Diagrama de Blocos de um inversor de frequência................................. 25

Figura 12 - Retificação de uma onda senoidal .......................................................... 25

Figura 13 - Inversor Ageon ........................................................................................ 26

Figura 14 - Controlador CPX Can 3.0 ....................................................................... 27

Figura 15 - Diagrama de blocos ISO02 ..................................................................... 27

Figura 16 - Interface xVision ...................................................................................... 29

Figura 17 - Interface SEC .......................................................................................... 30

Figura 18 - Estrutura do laboratório ........................................................................... 32

Figura 19 - Estrutura da máquina .............................................................................. 33

Figura 20 - Painel ...................................................................................................... 33

Figura 21 - Suporte mecânico ................................................................................... 37

Figura 22 - Montagem do suporte ............................................................................. 38

Figura 23 - Novo modelo de suporte ......................................................................... 39

Figura 24 - Diagrama da aplicação ........................................................................... 39

Figura 25 - Potenciômetro deslizante ........................................................................ 40

Figura 26 - Aplicação simplificada ............................................................................. 41

Figura 27 - Aplicação com ISO02 .............................................................................. 42

Figura 28 - Aplicação com o potenciômetro .............................................................. 43

Figura 29 - Características do inversor ..................................................................... 45

Figura 30 - Tela setup ............................................................................................... 46

Figura 31 - Tela gráficos ........................................................................................... 47

Figura 32 - Tela Operação ........................................................................................ 48

Figura 33 - Modelo IHM ............................................................................................. 49

Figura 34 - Configuração da IHM .............................................................................. 50

Figura 35 - Configuração de variável ........................................................................ 50

Figura 36 - Simulação tela gráficos ........................................................................... 51

Figura 37 - Ensaio com ISO02 e multímetro ............................................................. 53

Figura 38 - Ensaio operacional .................................................................................. 55

Figura 39 - Instalação do suporte .............................................................................. 56

Figura 40 - Procedimento de salvamento de gráficos ............................................... 57

Figura 41- Fluxograma de testes ............................................................................... 60

Figura 42 – Comparativo ........................................................................................... 62

Figura 43 - Painel atualizado ..................................................................................... 64

Figura 44 - Instalação mecânica dos componentes .................................................. 65

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Tabela de fatores de correção ................................................................. 22

Tabela 2 - Comparativo entre ESP32 e ESP8266 ..................................................... 28

Tabela 3 - Seleção de equipamentos ........................................................................ 34

Tabela 4 - Seleção de sensores ................................................................................ 35

Tabela 5 - Seleção da alimentação ........................................................................... 36

Tabela 6 - Estudo de um ensaio hipotético ............................................................... 59

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 12

1.1. Contextualização .......................................................................................... 12

1.1.1. O setor de geração de energia ....................................................................... 12

1.1.2. A empresa ...................................................................................................... 12

1.1.3. Segurança nas usinas .................................................................................... 13

1.1.4. Definição do problema .................................................................................... 14

1.2. Justificativa ................................................................................................... 20

1.3. Objetivos ....................................................................................................... 20

1.3.1. Objetivo geral ................................................................................................. 20

1.3.2. Objetivo específico ......................................................................................... 20

2. DESENVOLVIMENTO ....................................................................................... 21

2.1. Fundamentação teórica ............................................................................... 21

2.1.1. Sistemas de monitoramento de velocidade .................................................... 21

2.1.2. Motores Elétricos ............................................................................................ 23

2.1.3. Inversor de frequência .................................................................................... 25

2.1.4. Controlador programável - CPX Can 3.0 Reivax ............................................ 26

2.1.5. Amplificador Isolador Configurável de três vias - ISO02................................. 27

2.1.6. Microcontrolador e Módulo WiFi - ESP32 ....................................................... 28

2.1.7. Software para IHM (Interface Homem Máquina) - xVision .............................. 29

2.1.8. Sistema de Edição de Configurações - SEC .................................................. 29

2.2. Metodologia .................................................................................................. 31

2.2.1. Requisitos ....................................................................................................... 31

2.2.2. Infraestrutura .................................................................................................. 32

2.2.3. Levantamento e seleção de equipamentos .................................................... 34

2.2.4. Ensaios pré-operacionais ............................................................................... 36

2.2.5. Desenvolvimento da solução .......................................................................... 37

2.2.5.1. Escopo Mecânico ........................................................................................ 37

2.2.5.2. Escopo eletrônico........................................................................................ 39

2.2.5.3. Escopo de software Reivax ......................................................................... 43

2.2.6. Ensaios para validação ................................................................................... 50

2.2.6.1. Ensaios simulados ...................................................................................... 50

2.2.6.2. Ensaios práticos .......................................................................................... 54

2.2.7. Apresentação dos resultados ......................................................................... 60

2.2.8. Análise e discussão dos resultados ................................................................ 65

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 67

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 68

APÊNDICES ............................................................................................................. 70

APÊNDICE A – Fluxograma de operação .............................................................. 71

APÊNDICE B – Ensaios em Solidworks ................................................................ 73

APÊNDICE C – Desenho mecânico ........................................................................ 81

APÊNDICE D – Software de comunicação ............................................................ 83

12

1. INTRODUÇÃO

1.1. Contextualização

1.1.1. O setor de geração de energia

Segundo o International Energy Agency (Agência Internacional de energia, IEA

2018) a matriz elétrica global ainda utiliza as fontes não renováveis como principal

combustível para geração de energia. Por outro lado, segundo a Empresa de

Pesquisa Energética (EPE 2017) a matriz elétrica brasileira tem a geração hidráulica

como a principal fonte de energia elétrica. Dados da EPE (2018) indicam que 65% de

toda matriz elétrica brasileira é baseada em hidrelétricas, como vemos na figura 1,

com uma oferta total de 407,3TWh em 2017.

Figura 1 - Matriz elétrica nacional 2017

Fonte: Relatório síntese, EPE (2018).

1.1.2. A empresa

Dentro deste contexto, atua a empresa Reivax, parceira deste projeto. Nascida

em abril de 1987, a Reivax iniciou suas atividades fornecendo equipamentos e

serviços de controle e automação para máquinas síncronas, e em pouco tempo

consolidou-se como uma referência no fornecimento de sistemas e soluções para o

controle da geração de energia. Hoje, a Reivax é referência no fornecimento de

13

Sistemas de Excitação para geradores e motores síncronos, além de Reguladores de

Velocidade para turbinas hidrelétricas e a gás, além de soluções de automação para

turbinas hidrelétricas.

A Reivax, além dos equipamentos puramente eletrônicos, desenvolve sistemas

hidráulicos para as usinas, projetando desde válvulas distribuidoras de grande vazão

até pequenas unidades hidráulicas para pequenas centrais hidrelétricas (PCHs).

1.1.3. Segurança nas usinas

Tendo estes dados em vista, pode-se observar a necessidade do

desenvolvimento de tecnologias de segurança para as plantas de geração hidráulica.

Com isso tem-se o desenvolvimento de dispositivos de segurança contra

sobrevelocidade das turbinas hidráulicas, pois esta é uma das causas da redução da

vida útil da máquina e de incidentes técnicos nestas plantas. Por sua vez, para o

desenvolvimento destas tecnologias de forma segura, são projetados dispositivos de

ensaio, a fim de validar estes equipamentos.

As primeiras proteções contra falhas de regulação de velocidade são

eletrônicas, realizando a parada de máquina executando a lógica a partir do

controlador da Reivax. Essa operação de forma resumida e genérica, realiza a lógica

de ativação das bobinas eletrônicas das eletroválvulas do circuito de potência

hidráulica. Essa operação realiza o fechamento ou desvio da tomada de água,

eventualmente ativação de sistema de frenagem mecânica, realizando a parada da

turbina.

Por fim, a última proteção da turbina, considerando uma situação onde há

também falha elétrica no sistema, é o sistema mecânico de sobrevelocidade. Dentre

estes sistemas, pode-se citar os dispositivos centrífugos. Estes dispositivos funcionam

acoplados aos eixos das turbinas, deslocando uma massa devido à força centrífuga

da rotação do eixo da turbina. Por sua vez, esta massa deslocada deverá atuar em

um dispositivo de segurança eletrônico e hidráulico, baseado na lógica de

funcionamento de cada usina.

14

1.1.4. Definição do problema

Neste projeto, tem-se como o dispositivo centrífugo um pêndulo, que atua com

a combinação de uma massa e uma mola. O deslocamento deste dispositivo aciona

uma válvula hidráulica que atua sobre os sistemas de emergência da usina.

Figura 2 - Dispositivo mecânico de sobrevelocidade

Fonte: Reivax (2020).

O pêndulo, conforme observa-se na figura 2, encontra-se instalado em uma

roda dentada, a qual por sua vez encontra-se fixada ao eixo da turbina de uma

determinada usina hidrelétrica. Ao iniciar a operação da máquina, e por isso o giro da

turbina, tem-se o deslocamento da massa do pêndulo, a qual move-se na direção do

vetor normal do vetor velocidade da turbina. Pode-se de forma simplificada explicar

que a massa do pêndulo se desloca devido à força centrífuga causada pela rotação

da turbina. Observa-se a estrutura interna do pêndulo mecânico na figura 3.

15

Figura 3 - Pêndulo mecânico de sobrevelocidade


Devido às diferentes características das turbinas existentes no mercado, o

pêndulo fabricado pela Reivax foi desenvolvido para atender de forma mais que

satisfatória e segura a necessidade de operação de cada usina. Para isso pode-se

selecionar diferentes tipos de mola, adequando-se à operação de cada usina.

Tendo isso em vista e visando garantir que o produto selecionado através de

cálculos matemáticos seja o mais adequado para a aplicação na usina, desenvolveu-

se uma máquina para ensaios em fábrica. Esta máquina tem como o objetivo simular

mecanicamente a rotação de uma turbina, sendo que foi projetada de forma a

possibilitar a instalação do pêndulo em diferentes diâmetros, o que possibilita atender

às características de diversas turbinas existentes no mercado. A rotação é feita por

um motor trifásico acoplado ao suporte do pêndulo, o qual tem por objetivo posicioná-

lo no diâmetro equivalente ao diâmetro de instalação do pêndulo na usina. A máquina

é apresentada na figura 4.

16

Figura 4 - Máquina de ensaios de sobrevelocidade

Fonte: Departamento de Engenharia Mecânica Reivax (2020).

O pêndulo mecânico, conforme comentado anteriormente, é fixado a um

suporte, o qual tem por objetivo posicioná-lo no diâmetro equivalente ao eixo de

instalação na usina. O suporte consiste em uma pá com furações a cada 10mm onde

o pêndulo pode ser instalado. Esta estrutura garante grande flexibilidade à máquina,

atendendo diversos diâmetros de eixos de turbina. Observa-se a estrutura da máquina

na figura 5.

Figura 5 - Desenho do equipamento


17

Os parâmetros necessários para o início do ensaio devem ser fornecidos pelo

cliente que está adquirindo o pêndulo mecânico da Reivax. As informações

necessárias são: o raio de instalação do pêndulo, ou seja, a distância do ponto de

instalação do pêndulo ao centro do eixo da turbina, a rotação nominal da turbina e por

fim o percentual de sobrevelocidade admitido pela turbina. Com estes dados pode-se

executar de forma adequada o ensaio.

Tendo conhecimento das velocidades e raio de instalação define-se a mola

mais adequada para a aplicação. Esta decisão é feita baseando-se em estudo

executado pelo departamento de engenharia mecânica da Reivax. Apresenta-se um

exemplo deste estudo para um modelo de molas utilizado no pêndulo na figura 6.

Observa-se que o deslocamento da massa, ou seja, a compressão da mola, é maior

conforme mais veloz for a rotação. Além disso, observa-se que um eixo com maior

diâmetro leva a um deslocamento maior da massa em relação ao aumento de

velocidade. Esta situação é explicada com as equações de aceleração centrípeta,

observando que há uma relação entre velocidade e raio da trajetória.

𝑨𝒄 = ((𝒘 ∗ 𝒓)²)/𝒓 (1)

Onde:

Ac = Aceleração centrípeta (rad/s²)

w = velocidade (rad/s)

r = raio (m)

18

Figura 6 - Comportamento da deformação de uma mola

Fonte: Departamento de engenharia mecânica Reivax (2020).

Com o pêndulo instalado na posição indicada pelos dados fornecidos pelo

cliente, deve-se ajustar a distância entre o pêndulo em posição de repouso e o sensor

fim-de-curso. Este sensor tem como objetivo sinalizar a velocidade em que o pêndulo

atinge o sensor. As distâncias de ensaio são definidas com os dados de

sobrevelocidade da usina, utilizando as informações dos gráficos do comportamento

da deformação de uma mola desenvolvidos pela Reivax. A sinalização é feita em um

computador em um software projetado pela Reivax. Observa-se na figura 7 que o

posicionamento do sensor é feito utilizando medidas padrão.

19

Figura 7 - Posicionamento do sensor fim-de-curso


Feita a montagem aciona-se manualmente a máquina, que efetua a rotação do

motor e, conforme a velocidade aumenta, ocorre o deslocamento da massa devido a

deformação da mola. Ao atingir o fim de curso, o qual simula o gatilho do dispositivo

de sobrevelocidade, a máquina deve ser desligada manualmente e em seguida deve

ser feito o registro manualmente da velocidade em que o fim de curso foi atingido e a

distância (Gap) pré-definida. Estes dados são obtidos através de duas entradas

digitais, acionadas por um fim de curso mecânico e um sensor indutivo, sendo que os

sinais são processados por um controlador programável desenvolvido pela Reivax, a

CPXcan 3.0, e podem ser lidos na interface gráfica em um computador conectado à

CPX Reivax.

Tendo em vista a forma de operação atual da máquina, percebe-se que existem

oportunidades de automatizar os procedimentos para acelerar o ensaio, melhorar as

condições para o operador e para garantir resultados mais assertivos, eliminando

possíveis falhas humanas na análise dos dados obtidos pela máquina.

Com isto pode analisar as seguintes questões:

● Quais as etapas do ensaio trariam o maior ganho de tempo e

assertividade ao serem automatizadas?

● Qual o ganho de tempo e assertividade após as etapas de automação

do processo em comparação com o método manual existente?

20

1.2. Justificativa

Tendo em vista a necessidade do desenvolvimento de tecnologias para

proteção de sobrevelocidade de turbinas e o constante processo de automatização

dos processos, observa-se uma demanda para a melhoria dos equipamentos de

ensaio.

Visando garantir resultados assertivos, de forma rápida, tem-se como uma

necessidade a modernização dos equipamentos utilizados para os ensaios dos

dispositivos centrífugos de sobrevelocidade de turbinas. Este projeto, aplicando as

técnicas de automação mais atuais, visa modernizar a jiga de ensaios de

sobrevelocidade.

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo geral

Automatizar os processos envolvidos no ensaio do dispositivo de

sobrevelocidade da empresa Reivax.

1.3.2. Objetivo específico

Avaliar quais etapas dos ensaios no ensaio do dispositivo de sobrevelocidade

da empresa Reivax tem a necessidade de automatização.

Aplicar melhorias em software e, caso necessário, em hardware, para

automatizar os processos definidos como tendo necessidade de automatização.

Analisar os resultados do novo sistema em comparação com o antigo sistema

manual, analisando a redução de tempo e assertividade dos ensaios.

21

2. DESENVOLVIMENTO

2.1. Fundamentação teórica

2.1.1. Sistemas de monitoramento de velocidade

Os sistemas de monitoramento de velocidade de turbinas utilizados pela Reivax

consistem, de forma simplificada, em uma roda dentada e sensores indutivos. Estes

sensores atuam como sensores de presença, emitindo um sinal eletrônico ao

controlador quando acionado. Segundo o fabricante Balluff (2020), o funcionamento

destes sensores baseia-se no efeito da interação de campos eletromagnéticos e

condutores metálicos. De forma mais detalhada, segundo Thomazini Daniel e de

Albuquerque Pedro (2008), pode-se explicar seu funcionamento da seguinte forma:

A presença de um objeto altera esse campo e o circuito eletrônico do sensor

pode descobrir a alteração. Um sensor de proximidade indutivo inclui um

circuito oscilador LC, um comparador de sinal e um chaveador. A bobina

deste circuito oscilador gera um campo eletromagnético de alta frequência.

Esse campo é emitido à face do sensor. Se um objeto metálico se aproxima

da face do sensor, são induzidas correntes de Foucault. As perdas

resultantes tiram energia do circuito oscilador, reduzindo as oscilações. O

comparador de sinal atrás do oscilador LC converte essa informação em um

sinal bem definido.

Utiliza-se a roda dentada como elemento a ser lido pelos sensores.

Observando que a roda possui ‘’dentes’’, ou seja, seu perfil possui vales e picos (ver

figura 8), pode-se entender que a leitura de velocidade dos sensores consiste na

interpretação da frequência em que cada sensor detecta os picos e vales da roda.

Tendo conhecimento das dimensões da roda dentada e dos sinais dos sensores, o

software Reivax calcula a velocidade em que a turbina está girando. Os dados de

velocidade obtidos serão utilizados para a automação da usina, garantindo o

funcionamento correto da unidade geradora.

22

Figura 8 - Exemplo de instalação de sistema de monitoramento de velocidade


A roda dentada deve ser instalada ao eixo da turbina, por sua vez os sensores

devem estar instalados em local próximo, garantindo que a distância entre os

sensores e a roda se encontra adequada para a leitura dos sensores. Deve-se

considerar as informações fornecidas pelo fabricante com relação às distâncias ideais

para leitura do sensor, observando que, além da distância deve ser considerado o

material da peça que está sendo lida, pois as características magnéticas dos materiais

influenciam a leitura do sensor. Para exemplificar esta questão, observa-se a tabela

1, a qual apresenta os fatores de correção que devem ser aplicados para sete

diferentes materiais, sendo que o material de referência é o Fe 360.

Tabela 1 - Tabela de fatores de correção

Fonte: Catálogo do fabricante Balluff (2020).

23

2.1.2. Motores Elétricos

Os motores elétricos trifásicos são, dentro das categorias de máquinas

elétricas, um dos componentes mais utilizados na indústria. No setor de geração de

energia observa-se que a utilização deste tipo de máquina também é muito comum.

Aplicam-se estes motores, por exemplo, nos conjuntos motobomba das unidades

hidráulicas das usinas. Para este projeto, tem-se o motor trifásico como fonte do

movimento de rotação da máquina.

Segundo Rodrigues Wlamir (2007), os motores elétricos têm como definição

básica a transformação de energia elétrica em energia mecânica. Sua estrutura física

de propulsão consiste em duas partes, o estator e o rotor. Além disso pode-se

entender a estrutura mecânica de um motor elétrico a partir da figura 9:

Figura 9 - Motor de indução

Fonte: Guia de Aplicação Inversores de Frequência, 3ª Edição, WEG (2019).

24

Observa-se que o funcionamento de motores trifásicos consiste na aplicação

de uma tensão trifásica ao enrolamento trifásico do estator. Para melhor entendimento

apresenta-se a figura 10. Esta tensão será responsável pela resposta de torque do

motor. Para um melhor entendimento, segundo Del Toro (1999):

A aplicação de uma tensão trifásica ao enrolamento trifásico do estator do motor de indução cria um campo magnético girante que, por efeito de transformador, induz uma força eletromotriz de trabalho no enrolamento do rotor. a fem induzida no rotor é chamada de fem de trabalho porque faz uma corrente circular através dos condutores do enrolamento de armadura. Esta se associa com a onda de densidade de fluxo girante para produzir torque, de acordo com a Eq. (3-27). Consequentemente, podemos considerar o campo girante como a chave para a operação do motor de indução.

Figura 10 - Representação do campo magnético girante em três instantes diferentes de tempo: (a) tempo t1, (b) tempo t2, (c) tempo t3

Fonte: DEL TORO, V. Fundamentos de Máquinas Elétricas (1999).

Por sua vez, para complementar a explicação supracitada, entende-se como

campo girante, segundo o Professor Joel Rocha Pinto da Faculdade de Engenharia

de Sorocaba (2011), um campo magnético cujos polos com enrolamento estático,

25

mudam de posição girando, na periferia da máquina. A partir destes conceitos pode-

se entender o funcionamento deste tipo de máquina elétrica.

2.1.3. Inversor de frequência

O controle de velocidade do motor neste projeto é feito por um inversor de

frequência do fabricante Ageon, com capacidade para operar motores de até 2 cv.

Segundo Oliveira Wesley (2013), os inversores de frequência são equipamentos que

têm como função transformar a tensão da rede, de amplitude e frequência fixas, em

uma tensão de amplitude e frequência controláveis. Sua estrutura funcional consiste

em 4 grandes blocos, o retificador, o filtro, o inversor e a unidade de controle; observa-

se na figura 11 a estrutura do inversor.

Figura 11 - Diagrama de Blocos de um inversor de frequência

Fonte: WEG Automação. Guia de Aplicação de Inversores de Frequência (2019).

O primeiro bloco, denominado retificador, e considerando o mesmo como um

retificador de onda completa, tem como objetivo retificar a tensão da fonte de

alimentação do inversor, ou seja, tem como objetivo alterar o formato de onda, levando

todas as ondas para os semiciclos positivos, invertendo as ondas do semiciclo

negativo para o semiciclo positivo. observa-se um exemplo de retificação de uma onda

senoidal por um retificador de onda completa, também conhecido como retificador em

ponte na figura 12.

Figura 12 - Retificação de uma onda senoidal

Fonte: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (2020).

26

O segundo bloco, denominado filtro, que nivela a tensão de saída, fazendo com que esta tensão se aproxime de uma tensão de corrente contínua. O terceiro bloco consiste no inversor propriamente dito. Pode-se ver o modelo utilizado neste projeto na figura 13.

Figura 13 - Inversor Ageon

Fonte: Manual de Instruções Ageon Software: v2.5.1 (2020).

2.1.4. Controlador programável - CPX Can 3.0 Reivax

Será utilizado neste projeto o controlador programável desenvolvido e fabricado pela Reivax. Este equipamento denomina-se CPX Can, e é utilizado em processos de automação das usinas, sendo instalado em reguladores de tensão, reguladores de velocidade e reguladores síncronos. Segundo apresentado no Manual do Usuário deste equipamento:

O CPXCAN 3.0 é um módulo de aquisição, registro e controle desenvolvido para uso em reguladores de tensão e reguladores de velocidade, além de aplicações integradas de regulação e automação.

O modelo utilizado nesta aplicação é apresentado na figura 14. Este modelo foi atualizado para uma nova versão, porém as suas configurações superam todas as demandas de controle e automação necessários para este projeto. A interface do equipamento é composta pelos seguintes itens:

● 16 entradas analógicas, para medição de nível, posição, grandezas elétricas, entre outros;

● 8 saídas analógicas para atuadores e indicadores em painéis; ● 8 saídas PWM para acionadores IGBT e indicações através de

condicionamento; ● 6 entradas rápidas para medição de frequência; ● 12 entradas digitais para estados de chaves e sensores;

27

● 4 saídas digitais para atuação de dispositivos de chaveamento. ● Os seguintes canais de comunicação estão disponíveis: ● Ethernet; ● Serial 232 ou 485; ● CAN.

Figura 14 - Controlador CPX Can 3.0

Fonte: Autor (2020).

2.1.5. Amplificador Isolador Configurável de três vias - ISO02

O ISO02 é um amplificador e isolador analógico configurável de propriedade e

projeto Reivax. O produto é amplamente utilizado nas soluções de automação de

usinas da Reivax, mostrando-se como um equipamento eficiente e versátil para

diversas situações. Conforme descrito no manual do usuário da Reivax:

Dentre inúmeras aplicações, o ISO02 pode ser utilizado em conjunto com

medidores analógicos, registradores, controladores, inversores de

freqüência, CLPs, controladores de processo, registradores gráficos,

atuadores, transdutores, resistores shunt, etc.

A estrutura funcional do ISO02, apresentada em forma de um diagrama de

blocos, permite entender o funcionamento do equipamento. Na figura 15 pode ser

visto o diagrama de blocos supracitado.

Figura 15 - Diagrama de blocos ISO02


28

Este equipamento possui a característica de poder trabalhar em diferentes

configurações, sendo que o usuário poderá alterá-las por meio de chaves instaladas

na placa do equipamento. Quanto a entrada tem-se as seguintes opções: -10V a 10V,

0V a 10V, 2V a 10V, -20mA a 20mA, 0mA a 20mA, 4mA a 20mA, 0V a 60mV e 0mV

a 100mV. Para as saídas tem-se as seguintes configurações: -10 a +10 V e -20 a +20

mA, -5 a +5 V e -10 a +10 mA, 0 a +10 V e 0 a +20 mA, 2 a +10 V e 4 a +20 mA, 0 a

+5 V e 0 a +10 mA, 0 a +2,5 V e 0 a +5 mA. Além disso, é possível selecionar dois

tipos de filtros, sendo eles: Passa-baixa 100 Hz e Passa-baixa 100 Hz + Passa-baixa

30 Hz.

2.1.6. Microcontrolador e Módulo WiFi - ESP32

O ESP32 é um microcontrolador projetado e desenvolvido pela empresa

chinesa ESPRESSIF SYSTEMS, a qual é situada em Shanghai. O módulo ESP32 é

a evolução do antigo modelo de microcontrolador ESP8266 também desenvolvido e

projetado pela ESPRESSIF SYSTEMS, porém trazendo diversas melhorias

tecnológicas à placa. A tabela 02 apresenta os principais dados técnicos da placa

ESP32, bem como um comparativo entre os dois modelos citados.

Tabela 2 - Comparativo entre ESP32 e ESP8266

Fonte: CNX Software (2016).

Dentre as características apresentadas na tabela 02 pode-se citar o grande

avanço na capacidade de processamento do microcontrolador com a utilização de um

processador Dual-core com arquitetura de 32-bit. Além disso, pode-se destacar que o

módulo possui um processador auxiliar de baixo consumo de energia, utilizado para

realizar tarefas como interagir com conversores ADC (Analogic Digital Conversor).

O microcontrolador possui módulos WI-FI e Bluetooth, os quais, segundo o

fabricante e desenvolvedor ESPRESSIF:

O ESP32 pode funcionar como um sistema autônomo completo ou como um

dispositivo escravo para um MCU hospedeiro, reduzindo a pilha de

comunicação sobre o processador principal da aplicação. O ESP32 pode

fazer interface com outros sistemas para fornecer funcionalidade Wi-Fi e

Bluetooth através de suas interfaces SPI / SDIO ou I2C / UART. (traduzido

do Inglês)

29

2.1.7. Software para IHM (Interface Homem Máquina) - xVision

O xVision é uma ferramenta de manipulação de telas para construção de IHMs

que funciona em plataformas Windows. Na figura 16, pode ser visto o aspecto geral

da ferramenta. De forma resumida, o xVision é subdividido em dois softwares:

● xVision Edition: É a plataforma de configuração de telas.

● xVision RunTime: É o executável responsável por externar a IHM, que

previamente foi montado na plataforma xVision Edition.

Figura 16 - Interface xVision


2.1.8. Sistema de Edição de Configurações - SEC

Para configurar as funcionalidades da CPX Can, a Reivax utiliza um software desenvolvido pela própria empresa, o qual é denominado Sistema de Edição de Configurações, usualmente chamado de SEC. Pode-se entender melhor a funcionalidade deste software a partir da descrição do catálogo da Reivax:

O programa destina-se a gerar um conjunto de arquivos de configurações do SBE. Estes arquivos são utilizados para configurar o Núcleo de Execução de Programas Aplicativos, identificar o Módulo de Aquisição Registro e Controle, configurar o Núcleo de Registro de Sinais, a Fila de Registros, o Núcleo de Registro de Eventos, Servidor de FTP e outras funções do SBE.

Além da característica de programação do SBE, é possível ainda utilizá-lo como ferramenta de depuração de programas aplicativos. Para isso o SEC apresenta as funções de visualização e ajuste de valores online.

O SEC é uma ferramenta de desenvolvimento que pode ser usado tanto para a criação de novos modelos ou para a manutenção dos mesmos.

A interface básica de projeto pode ser vista na figura 17. O programa é utilizado para desenvolver toda a lógica de controle do controlador projetado pela Reivax.

30

Figura 17 - Interface SEC


31

2.2. Metodologia

2.2.1. Requisitos

Buscou-se definir os requisitos deste projeto em conjunto com a equipe de

engenharia mecânica da Reivax. Esta definição foi feita de maneira colaborativa para

que os futuros operadores dos ensaios pudessem opinar sobre as reais necessidades

técnicas e resultados esperados para um bom desempenho dos testes futuros.

Tendo em vista o objetivo principal do ensaio de sobrevelocidade mecânica,

que é a definição da distância de instalação entre o pêndulo mecânico e o dispositivo

mecânico de sobrevelocidade, e que o curso total de deslocamento do pêndulo é de

20mm, definiu-se o primeiro requisito; a leitura do deslocamento do pêndulo com curso

de leitura de 20mm.

Devido à natureza do ensaio, por ser uma máquina rotativa, observou-se a

necessidade de utilizar tecnologias sem fio. Com este comentário entende-se que o

segundo requisito é a necessidade da utilização de tecnologias de comunicação sem

fio. Ainda relacionado à natureza do ensaio e devido a necessidade de utilização de

tecnologias sem fio, tem-se o requisito de alimentação dos componentes através de

baterias recarregáveis.

Além dos requisitos supracitados, observou-se a necessidade de realizar a

parada automática da máquina. Este requisito consiste em realizar o desligamento

automático do motor elétrico e aplicação do freio magnético existente na máquina ao

atingir uma velocidade determinada pelo operador. A parada automática é necessária

para aumentar a segurança da operação da máquina, bem como para prevenir danos

aos componentes instalados no sistema.

Pode-se citar como requisito deste projeto a integração dos sensores com o

equipamento atualmente instalado na bancada, ou seja, o controlador da Reivax, a

CPX Can 3.0. Por ser um produto da propira empresa, apresenta as informações

(relatórios e gráficos) de acorodo com os padrões já estabelecidos pela Reivax.

Como sabe-se que os dados desejados pelo ensaio são a velocidade da

máquina e o deslocamento do pêndulo em um determinado momento (o qual é

definido por dados de entrada), tem-se como requisito de saída do ensaio um gráfico

relacionando a velocidade de rotação da máquina com o deslocamento do pêndulo.

Com o gráfico o operador poderá avaliar de forma assertiva os dados que necessita

para realizar a instalação do pêndulo em campo.

A fim de otimizar ainda mais o ensaio, considera-se como requisito adicional o

controle de velocidade do motor elétrico da máquina. O requisito foi discutido com a

equipe de engenharia mecânica visando adicionar uma segunda camada de proteção

em software ao sistema assim melhorando a usabilidade do equipamento. Com isto o

operador não precisa monitorar a velocidade e operar o inversor de frequência, o qual

é responsável pelo ganho de velocidade do motor e da curva de aceleração.

32

2.2.2. Infraestrutura

O local onde será instalado o equipamento é o laboratório de engenharia

mecânica da Reivax, o qual está instalado na sede da matriz da empresa, no bairro

João Paulo em Florianópolis/SC. O laboratório compreende duas salas de testes,

sendo uma para equipamentos hidráulicos e outra para ensaios do pêndulo.

A estrutura existente para o ensaio consiste na máquina em si, no painel de

controle da máquina e em um computador que é utilizado como IHM e também para

registrar os resultados dos ensaios, conforme visto na figura 18.

Figura 18 - Estrutura do laboratório


A máquina consiste em uma estrutura metálica treliçada, fixada ao chão por

meio de parafusos chumbadores. Nesta estrutura, em seu centro, fica instalado o

motor elétrico responsável pelo movimento de rotação do ensaio. Um mancal e um

acoplamento são utilizados para ligar o motor ao eixo girante da pá onde é instalado

o pêndulo. A pá consiste em uma chapa de aço cortada em forma retangular com

todos os pontos de furação correspondentes aos possíveis pontos de instalação do

pêndulo. Além disso, outros três componentes estão instalados no corpo da máquina,

sendo eles: inversor de frequência, botões de partida e parada de emergência e o

sensor fim-de-curso. O sensor fim-de-curso fica instalado na tampa superior da

estrutura da máquina, acoplado em uma estrutura em acrílico, que por sua vez é

instalada a um fuso, o qual tem como objetivo permitir a alteração da posição do

sensor. A estrutura pode ser vista na figura 19.

33

Figura 19 - Estrutura da máquina


O painel de controle fica instalado ao lado da máquina, fixado à parede e pode

ser visto na figura 20. No painel encontram-se instalados os seguintes componentes:

Controlador CPX, fonte de alimentação 24vcc, isoladores, conjunto de bornes, chaves

contatoras de campo, módulo de entradas e saídas de sinais.

Figura 20 - Painel


34

2.2.3. Levantamento e seleção de equipamentos

A seleção dos equipamentos pode se dividir em 3 (três) grupos, sendo eles,

transmissor de sinal, sensores e fontes de alimentação para os circuitos. Cada grupo

foi avaliado visando uma solução com custo-benefício otimizado, ou seja,

economicamente viável e operacionalmente adequada.

Para o primeiro grupo, ou seja, dos transmissores, avaliou-se 2 opções,

transmissores de sinal industrial, sendo que dentre eles o selecionado foi do fabricante

Steute com a tecnologia sem fio sWave (tecnologia registrada pela marca), e solução

com microcontroladores integrados com placas de comunicação WiFi e bluetooth.

Para realizar a seleção do produto mais adequado conforme supracitado, fez-

se a tabela onde foram definidas cinco categorias de características para avaliação

dos possíveis tipos de transmissores a serem utilizados. A tabela 03 apresenta as

categorias em ordem de importância, as quais são explicadas a seguir:

1. Preço: custo de aquisição do produto, custo benefício do equipamento;

2. Aplicabilidade: capacidade de transmissão de dados na aplicação,

facilidade de instalação na máquina;

3. Alimentação: possibilidade de alimentar o equipamento com baterias;

4. Durabilidade: durabilidade do equipamento para a aplicação;

5. Prazo de entrega: prazo de entrega do produto.

Tabela 3 - Seleção de equipamentos

Equipamento / Categoria de avaliação

ESP32 Transmissor Steute

Preço R$119,00 R$1107,57

Aplicabilidade Viável Viável

Alimentação Fácil Difícil

Durabilidade Média Alta

Prazo de entrega 5 dias úteis 30 dias úteis


A tabela 04 apresenta os critérios de avaliação em sequência de importância.

A partir desta analise pode-se selecionar o produto para a etapa de transmissão e

recepção de dados, sendo a placa ESP32 como a melhor opção para o andamento

do projeto.

Além da seleção do componente responsável pela transmissão dos sinais, fez-

se avaliação comparativa de sensores para aplicação no projeto. Nesta etapa, em um

primeiro momento, foram avaliados os principais tipos sensores, buscando definir de

forma qualitativa e por eliminação os candidatos. Foram considerados os transdutores

de posição do tipo LVDT, as fitas potenciométricas, os sensores ultrassônicos e os

sensores indutivos de deslocamento. A tabela 4 apresenta a avaliação dos itens

citados.

35

Foram definidos seis critérios para avaliação dos possíveis tipos de sensores a

serem utilizados. A tabela 4 apresenta as categorias em ordem de importância, as

quais são explicadas a seguir:

1. Aplicabilidade: nível de dificuldade de se aplicar o sensor ao processo;

2. Instalação: nível de dificuldade de instalação do equipamento para a

leitura da movimentação do pêndulo;

3. Sensibilidade à força centrípeta: força centrípeta pode influenciar o

resultado da leitura do deslocamento;

4. Sensibilidade à vibração: vibração da máquina pode dificultar a leitura do sensor;

5. Precisão: a precisão do sensor atende a necessidade do ensaio de 0,1mm;

6. Alimentação: nível de dificuldade de alimentar o sensor com baterias do tipo 18650.

Tabela 4 - Seleção de sensores

LVDT Potenciômetro deslizante

Sensor ultrassônico

Sensor indutivo analógico

Aplicabilidade Difícil Fácil Fácil Fácil

instalação Difícil Fácil Fácil Fácil

Sensibilidade à força centrípeta

Sim Sim Não Não

Sensibilidade à vibração

Pouco Pouco Intermediário Pouco

Precisão Adequada Adequada Ruim Adequada

Alimentação Difícil Fácil Fácil Intermediária


A tabela 5, refere-se à forma de alimentação dos componentes que deverão

ser instalados à máquina. Neste caso observa-se que o primeiro requisito e principal

necessidade é a mobilidade do dispositivo, ou seja, necessita-se que o sistema de

alimentação seja móvel. Além disso, tem-se os seguintes requisitos enumerados em

ordem de importância e suas explicações:

1. Capacidade de carga: capacidade de alimentar todos os componentes

que devem estar instalados na máquina;

2. Tamanho: tamanho que torne possível a instalação das baterias na

máquina;

3. Preço: custo de aquisição dos produtos.

36

Tabela 5 - Seleção da alimentação

Bateria 18650 2200 mAh (duas unidades)

Power Bank 4000 mAh

Bateria 9v (duas unidades)

Capacidade de carga

Adequada Adequada Inadequada

Tamanho Adequado Adequado Adequado

Aplicabilidade Fácil Intermediária Díficil

Preço R$64,90 R$59,90 R$28,90


2.2.4. Ensaios pré-operacionais

Para este projeto foram executados ensaios pré-operacionais para validar o

desenvolvimento da solução como um todo. Parte destes ensaios foram executados

de forma simulada, sem todos componentes definidos na etapa de levantamento e

seleção de equipamentos. Esta forma de trabalho teve como objetivo validar as

definições e ideias do projeto anteriormente à realização das compras dos produtos,

evitando custos indesejáveis ao projeto.

O primeiro ensaio realizado foi relacionado à resistência mecânica e

capacidade de envio do sinal por parte da placa ESP32 durante a operação da

máquina. Para executar este ensaio, foi desenvolvido um programa que envia um sinal

ao computador a cada 0,1 segundos, em seguida foi instalada a placa à pá de suporte

do pêndulo. Com a montagem pronta e a comunicação entre a placa e o computador

funcionando, liga-se a máquina, verificando se alguma falha de comunicação ocorre.

Observou-se que a comunicação não foi perdida em nenhuma faixa de velocidade

testada.

Além disso, foram feitos testes de consumo de carga da bateria pela placa.

Dois tipos de testes foram executados. O primeiro teste consistiu em realizar uma

carga completa da bateria, alimentar a placa com a mesma e por fim enviar o sinal

Bluetooth de forma constante para um computador e monitorar o tempo que a bateria

levaria para ser totalmente consumida. Observou-se que a bateria alimenta a placa

por mais de 12 horas contínuas, o que é considerado adequado aos ensaios visto que

os ensaios atualmente levam aproximadamente 3 horas e que se busca reduzir o

tempo de ensaio em aproximadamente 30 a 40% com as atualizações deste projeto.

O segundo teste foi feito utilizando o protocolo WiFi, comunicando as duas placas

entre si e observando o tempo em que a bateria leva para ser consumida por total.

Neste caso o tempo foi semelhante ao ensaio anterior.

Dentro do escopo de engenharia mecânica, pode-se pontuar as simulações em

Solidworks da estrutura de suporte das placas e baterias. Esta estrutura, durante o

ensaio, estará submetida a dois esforços principais, a resistência do ar e a força

37

centrípeta. Para simular estes dois esforços, a peça foi submetida a duas forças nos

mesmos sentidos e direções da força centrípeta e resistência do ar. Como resultado

dos ensaios simulados, pode-se perceber que a estrutura projetada, considerando o

material PLA (ácido polilático) conforme sugestão do fornecedor, pode ser utilizada na

aplicação.

2.2.5. Desenvolvimento da solução

Nesta etapa, no primeiro momento desenvolveu-se um fluxograma,

apresentado no APÊNDICE A – Fluxograma de operação, para definir e facilitar o

entendimento do funcionamento desejado da máquina após a modernização. Tendo

o correto entendimento do projeto, foram delimitadas três grandes áreas de

desenvolvimento, sendo elas: mecânica, eletrônica e software Reivax. Todas essas

áreas, com o andamento do projeto, serão interligadas, resultando em um produto

final completamente integrado.

2.2.5.1. Escopo Mecânico

Tendo todos os equipamentos selecionados, conforme descrito no capítulo

anterior e, portanto, tendo todas as dimensões dos equipamentos que serão

instalados na máquina, pode-se projetar o suporte em que serão instaladas as

baterias e placas. Para um melhor acoplamento do conjunto de baterias para o sensor

indutivo, considera-se a utilização de um case para baterias com capacidade de duas

baterias. Este suporte irá carregar em seu interior os seguintes componentes: Placa

ESP 32 com bateria 18650 acoplada, placa reguladora de tensão com função de pull

up, placa conversora de sinal analógico para digital, case com duas baterias 18650.

Devido à complexidade da estrutura, foi definida a impressão 3D como método

de fabricação. Pode-se observar a estrutura projetada na figura 21.

Figura 21 - Suporte mecânico


38

A peça foi instalada à pá rotativa da máquina, sendo que, para reduzir os

esforços sofridos pela peça, o ponto de instalação definido é próximo ao eixo de

rotação da máquina. Esta proximidade reduz significativamente os esforços

relacionados à resistência do ar, força centrípeta e vibrações. Esta redução se dá

devido à características físicas dos esforços relacionados aos movimentos rotativos,

sendo que em uma mesma velocidade, quanto mais distante do eixo de rotação, maior

a força; o mesmo se aplica à resistência do ar, visto que quanto maior a distância em

relação ao eixo, maior a distância percorrida, e, portanto, maior a quantidade de ar

deslocado. Tendo isso em vista, observa-se na figura 22 o local de instalação da peça.

Figura 22 - Montagem do suporte


Foram executados ensaios de resistência mecânica em software visando

garantir que a peça não ruísse durante os ensaios dos pêndulos. Os resultados

obtidos indicam que a peça, conforme figura 21, não seria adequada à utilização nos

ensaios do pêndulo. Portanto foi desenvolvido um segundo modelo, com a mesma

configuração para o posicionamento dos componentes eletrônicos, porém com a

estrutura mais robusta, retirando as abas e reposicionando os pontos de furação para

a passagem dos parafusos. Após a alteração novos ensaios foram executados,

apresentando resultados satisfatórios para a aplicação. Os resultados dos ensaios são

apresentados no APÊNDICE B – Ensaio em Solidworks. A figura 23 mostra a nova

configuração da peça, além disso pode ser visto o desenho técnico da peça no

APÊNDICE C – Desenho mecânico. O ponto de instalação indicado na figura 22 se

mantém o mesmo, alterando apenas a estrutura da peça.

39

Figura 23 - Novo modelo de suporte

.


2.2.5.2. Escopo eletrônico

Além do escopo mecânico, tem-se o escopo eletrônico, o qual contempla o

sensoriamento do pêndulo e todos os componentes necessários para transmitir o sinal

para o controlador da Reivax. Fazem parte desta etapa as placas ESP 32, o sensor e

todos os componentes necessários para o correto funcionamento destes dois

dispositivos principais. Pode-se entender a forma de aplicação na figura 24.

Figura 24 - Diagrama da aplicação


40

Dentro do projeto eletrônico observou-se a necessidade de validar a aplicação

final, ou seja, a apresentação do gráfico da curva de velocidade x deslocamento na

IHM no computador, antes de realizar a compra dos sensores finais. Para solucionar

este problema, utiliza-se a segunda melhor opção apresentada no capítulo de seleção

de materiais. O componente utilizado é um potenciômetro linear deslizante que simula

a resposta do sensor indutivo para a placa ESP 32. Para a instalação na máquina será

feito um suporte provisório que posteriormente deve ser substituído pelo suporte do

sensor indutivo. O potenciômetro utilizado é apresentado na figura 25, com a

configuração de 30mm com 10kohms de resistência.

Figura 25 - Potenciômetro deslizante


Desta forma, o potenciômetro irá transmitir um sinal de tensão para a placa

ESP 32, representando assim o sinal analógico de tensão do sensor indutivo que será

utilizado na aplicação final. Os ensaios para validar a operação do potenciômetro em

bancada foram feitos utilizando uma matriz de contatos, alimentando o potenciômetro

com a saída de tensão da placa ESP 32 e em seguida enviando o sinal de tensão do

potenciômetro para a ESP 32 pela entrada analógica da mesma. Observou-se que é

possível realizar a operação equivalente ao sensor indutivo de forma satisfatória.

Pode-se entender a aplicação com o potenciômetro na figura 26.

41

Figura 26 - Aplicação simplificada


Em direção à aplicação final, o passo seguinte foi o projeto do software de

comunicação dos dados dos sensores entre as placas. O método de comunicação

utilizado foi o WiFi. O APÊNDICE D – Software de comunicação apresenta o código

implementado para estabelecer a conexão entre as placas. Para o desenvolvimento e

testes do software, foi utilizado o ambiente do programa Arduino IDE.

Após o projeto do software de envio de dados, desenvolveu-se um segundo

software de recepção, interpretação e reenvio do sinal. Este segundo software é

embarcado na segunda placa ESP 32 que deve ser instalada no painel de controle da

máquina de testes do pêndulo. Conforme pontuado, esta segunda placa tem como

objetivo receber o sinal da placa instalada na máquina, interpretá-lo e enviá-lo para o

controlador CPX de forma que a mesma possa realizar a transdução do sinal e gerar

o gráfico de deslocamento. Para tal, foi definido que, baseado nas opiniões dos

especialistas em CPX da Reivax e para manter o padrão utilizado em campo para

leituras de distância ou deslocamento, o sinal utilizado será analógico em tensão.

Tendo isso em vista, o software embarcado na segunda placa converte o sinal digital

recebido pela primeira em um sinal analógico em tensão; a operação de conversão é

feita no próprio hardware da segunda placa. Pode-se entender o software embarcado

na segunda placa ao analisar também o APÊNDICE D – Software de comunicação.

Para proteção da entrada analógica da CPX, foi sugerido por parte da equipe

da Reivax a utilização de um isolador. Utilizou-se o componente ISO02, de projeto e

fabricação Reivax. Este componente irá receber o sinal de tensão do microcontrolador

ESP 32 e em seguida enviar este sinal para a CPX. Para entender a nova instalação

analisa-se a figura 27, que apresenta a nova configuração incluindo o novo

componente ISO02.

42

Figura 27 - Aplicação com ISO02


Para validar o funcionamento da etapa supracitada, garantindo que o sinal

enviado para a CPX é adequado ao processo, fez-se a montagem em bancada,

realizando a leitura do sinal de tensão na saída da segunda placa ESP 32 com o

auxílio de um multímetro. Foi constatado que o funcionamento do sistema é adequado

para a aplicação final.

Além disso, devido à resposta satisfatória dos ensaios com o potenciômetro,

decidiu-se realizar ensaios reais com o equipamento diretamente na máquina. Para a

realização destes ensaios foi necessário desenvolver um suporte para o

potenciômetro de forma que fosse possível o contato entre a extremidade frontal do

pêndulo e a alavanca utilizada para variar a resistência do potenciômetro.

O suporte consiste em uma base com furação para instalação do pêndulo e

com um bloco para fixar o potenciômetro deslizante. Além disso, foi adicionado uma

pequena chapa metálica para reduzir o efeito de alavanca no potenciômetro. Esta

pequena chapa será fixada com um parafuso na face frontal do pêndulo. Na figura 28

pode ser vista a configuração projetada.

43

Figura 28 - Aplicação com o potenciômetro


Neste projeto observou-se a necessidade de utilizar uma saída analógica da

CPX. A saída analógica deverá controlar a velocidade de rotação do motor, conforme

descrito nos capítulos a seguir, realizando também as logicas de partida e parada da

máquina. Com isso, ainda visando a proteção elétrica da CPX, foi selecionado um

equipamento eletrônico para realizar a conexão elétrica entre a saída da CPX com a

entrada do inversor de frequência. Para a saída analógica foi especificado um ISO02.

2.2.5.3. Escopo de software Reivax

Para a etapa do desenvolvimento do software na plataforma de

desenvolvimento Reivax utilizou-se de dois recursos já descritos anteriormente no

capítulo de fundamentação teórica, sendo eles o software SEC e o software xVision.

De forma resumida, o primeiro é utilizado para programar as lógicas de controle da

CPX, o segundo utiliza-se para desenvolver a IHM do projeto.

Para o desenvolvimento da lógica de controle da CPX, utilizou-se como base

dois projetos existentes. O primeiro projeto utilizado é o sistema atualmente existente,

antes da modernização proposta, que faz a leitura do sensor pick-up e a transdução

do mesmo para gerar a curva de velocidade. O segundo refere-se a leitura de

sensores de medição de posição, sendo que o sinal dos sensores para este programa

deve ser analógico, além disso, o segundo software também executa a transdução do

sinal.

Tendo isso em vista, pode-se entender a utilidade dos softwares citados para

o novo. O primeiro software não sofre alterações, visto que a leitura de velocidade se

mantém igual, inclusive com o sensor existente. O segundo software necessitou ser

alterado para adequar-se à nova forma de operação proposta. Adicionou-se ao

software a lógica de segurança de parada de máquina automática. Esta modificação

é feita para que a máquina pare automaticamente quando o pêndulo se desloca mais

44

que o considerado adequado, conforme estudo dos especialistas da Reivax, ou

quando a máquina supera a velocidade definida como referência de disparo.

Além das etapas de softwares citadas nos parágrafos anteriores, fez-se novas

atualizações no programa geral. Devido ao requisito de partida e parada automática,

adequou-se o software para que fosse possível realizar a partida e parada do motor

através do controle da CPX, sem a necessidade de se partir ou parar a máquina pelo

botão físico do inversor de frequência. Para realizar esta alteração, foi incluído na

lógica de controle dois botões, sendo um que realiza a partida da máquina, habilitando

que o software envie o sinal de controle para o inversor, e o outro desabilita o envio

do sinal de controle, realizando a parada da máquina.

Ainda visando automatizar o procedimento do ensaio, outra adequação foi feita,

a qual refere-se ao controle de velocidade da máquina. A velocidade da máquina é

controlada a partir de um inversor de frequência, o qual, antes da modernização, era

controlado por um potenciômetro instalado ao seu lado. Para automatizar esta etapa

foi feita a substituição do potenciômetro por uma saída analógica da CPX. Para

funcionar adequadamente, foi desenvolvida uma nova etapa de software para realizar

o envio do sinal realizando o controle a partir do feedback de velocidade do pick-up e

da referência (setpoint) definido pelo operador, baseado nos dados de entrada de

cada ensaio.

A lógica de funcionamento desta etapa consiste em aumentar a tensão na

entrada do inversor de forma progressiva, baseando-se na comparação do sinal de

velocidade dos pick-ups com a referência definida pelo operador. Pode-se ver as

possibilidades de controle do inversor na figura 29. O inversor, ao ser controlado pela

entrada analógica de tensão, irá aumentar progressiva e proporcionalmente a

frequência enviada ao motor elétrico, fazendo com que a velocidade oscile conforme

varia-se o sinal de tensão recebido pelo equipamento. Além disso, o software

reconhece quando a leitura de velocidade atinge o valor de velocidade máxima

definido pelo operador. Ao reconhecer que a máquina atingiu a velocidade definida

como referência, é executada a parada automática. Esta parada automática consiste

em desabilitar o envio do sinal de controle pela CPX, com isso o sinal enviado será

zero, o que faz com que o motor pare. Vale destacar que o sistema de controle

projetado utiliza controle proporcional e integrativo.

45

Figura 29 - Características do inversor

Fonte: Ageon (2020).

Além do desenvolvimento do software embarcado no controlador da Reivax,

projetou-se uma nova interface homem-máquina (IHM) para o procedimento de

ensaio. Entende-se a motivação de se projetar uma nova IHM para que a operação

do ensaio seja mais intuitiva, rápida e fácil, podendo ser executada por qualquer

funcionário da equipe de engenharia mecânica da Reivax.

A IHM, assim como as lógicas de controle, é projetada em software Reivax. O

software utilizado chama-se Xvision, e a versão utilizada é a 303.08, sendo que os

principais detalhes do software foram explicitados no capítulo de Fundamentação

Teórica. Durante o desenvolvimento da IHM foram utilizados os padrões de telas mais

utilizados pela Reivax, adequando-se quando necessário, buscando manter o padrão

de usabilidade e design utilizado nos produtos Reivax. Para realizar a comunicação

entre os dois softwares, bem como entre a CPX e a IHM, utiliza-se o protocolo de

comunicação Modbus.

O projeto da IHM considerou as lógicas operacionais do software embarcado

na CPX e as possíveis facilidades operacionais para o operador. Com isso,

desenvolveu-se uma IHM com uma tela inicial e três outras telas principais, sendo a

primeira uma tela feita principalmente para o operador definir as referências do ensaio,

46

a qual é denominada ‘’Setup’’. Esta primeira tela, além das áreas para inserir as

referências do ensaio, possui campos para observação dos valores lidos pela CPX.

Na primeira tela também será possível comandar a partida ou parada do ensaio

através de dois botões localizados na lateral direita da tela. Pode-se ver os itens

citados na figura 30.

Figura 30 - Tela setup


A segunda tela foi projetada para mostrar o gráfico do ensaio, ou seja, a

principal função desta tela é a visualização do gráfico de deslocamento e velocidade.

Além do gráfico, visando facilitar a usabilidade da tela, foram adicionados botões de

partida e parada, assim o operador pode realizar o início e fim do ensaio diretamente

pela tela do supervisório, na aba ‘’gráficos’’, como pode-se ver na figura 31. Como o

resultado do ensaio deverá ser apresentado em relatórios aos clientes Reivax,

adicionou-se um botão para exportar e salvar as curvas observadas no ensaio. Outra

facilidade implementada foi a utilização de dois campos para visualização numérica

da velocidade e do deslocamento. Estes dois campos foram adicionados para facilitar

a rápida interpretação do andamento do ensaio. Estas configurações podem ser vistas

também na figura 31.

47

Figura 31 - Tela gráficos


A terceira tela, figura 32, consiste em uma terceira forma de analisar os dados

do ensaio, apresentando monitores com valores reais e mostradores com ponteiros.

Nesta tela é possível observar os valores definidos como referências pelo usuário, os

valores lidos durante o ensaio em tempo real, e os botões de comando para partir e

parar a máquina. Para facilitar a utilização da IHM, os blocos de referência de

velocidade e deslocamento foram definidos como editáveis, assim o operador pode

alterar as referências também nesta tela. Ainda referente à terceira tela, vale ressaltar

que os campos de referência de velocidade e deslocamento foram programados para

que o operador tivesse a possibilidade de alterar os seus valores, sem precisar mudar

para a tela de setpoints.

48

Figura 32 - Tela Operação


Para o operador realizar a seleção destas telas, utilizam-se botões

posicionados na base inferior da tela do programa. Cada botão é nomeado de acordo

com sua respectiva tela. Pode-se visualizar o modelo desenvolvido na figura 33.

49

Figura 33 - Modelo IHM


Para realizar a interligação entre os softwares, conforme citado anteriormente,

utiliza-se o protocolo de comunicação Modbus. Realizada a comunicação entre os

softwares, aplicando o mesmo endereço de IP em ambos, deve então ser feita a

configuração de cada item gráfico da IHM. Esta configuração direciona os comandos

para o SEC através de Tags nomeados e configurados no Xvison da mesma forma

que no SEC, utilizando o mesmo endereço de modbus. Ao realizar este link entre os

softwares é possível simular a operação da máquina para verificar se a IHM e o SEC

foram projetados de forma adequada em relação à aplicação final. Pode-se ver o

painel de configurações dos itens da IHM na figura 34.

50

Figura 34 - Configuração da IHM


Além disso, destaca-se a necessidade de configurar adequadamente o tipo de

variável que será impressa na IHM. Para tal, deve-se levar em conta o tipo de variável

utilizada no projeto do SEC e definí-la da mesma forma nas configurações do xVison.

Observa-se na figura 35 um exemplo de configuração de variável no software xVision.

Figura 35 - Configuração de variável


2.2.6. Ensaios para validação

2.2.6.1. Ensaios simulados

Pode-se simular o funcionamento real de operação da máquina a partir de um

modo de operação de simulação do SEC. Este modo de operação permite que o

usuário force valores nas variáveis que compõem o programa, simulando o

comportamento dos componentes físicos da máquina, tais como o sensor de

velocidade, as lógicas de partida e o sensor de deslocamento.

51

Tendo isso em vista, ativa-se no SEC, o modo de operação de simulação e em

seguida inicia-se a operação da IHM no Xvision. Neste modo de operação é iniciada

a tela de operação da IHM e pode-se observar o funcionamento da mesma conforme

os dados do SEC. Para simular a operação da máquina, conforme comentado

anteriormente, é possível forçar um valor nas entradas das variáveis dos programas

do SEC, com isso vê-se a resposta da IHM ao receber um sinal. Foi possível verificar

que os gráficos apresentaram os resultados de forma adequada, tornando a

visualização do andamento do ensaio ágil e prática. Na figura 36 vê-se o resultado de

uma simulação na tela de gráficos.

Figura 36 - Simulação tela gráficos


Além da tela do gráfico, observou-se um comportamento adequado dos

mostradores com ponteiros. Ainda na tela dos mostradores com ponteiros, foi possível

visualizar os dados de referências definidos pelo usuário e também realizar a partida

e a parada da máquina com os botões posicionados na lateral direita da tela. Na tela

de setpoint, foi possível alterar os dados de entrada, observando que os valores foram

corretamente inseridos no SEC. Além disso, foi realizado o teste de parada

automática. Ao atingir a referência definida pelo usuário, observou-se que o sinal de

controle é levado a zero realizando assim a parada automática da máquina.

Validado o comportamento do software projetado no SEC e da IHM, tornou-se

possível iniciar os ensaios funcionais. Estes ensaios consistem em validar o

52

funcionamento dos softwares com a CPX, garantindo que todos os sinais se

comportem da forma esperada, conforme definido em projeto. Para dar início a esta

atividade, fez-se, no primeiro momento, o processo de embarcar o novo programa

aplicativo no controlador da Reivax, a CPXcan 3.0. Com o software instalado, fez-se

a montagem e cabeamento do circuito de ensaio. Foi feita uma montagem em

protoboard das placas ESP 32 e do potenciômetro que substitui o sensor indutivo. Em

seguida, conectou-se a saída de tensão da placa ESP 32, na ISO02 e por fim as

conexões elétricas desta com a CPX.

Feitas todas as conexões elétricas, inicia-se a operação do software

embarcado na CPX com a utilização do SEC. Nesta etapa, objetiva-se verificar o

estado de cada sinal que faz parte do programa projetado. Para realizar a

comunicação entre a CPX e o laptop que opera o SEC é feita a conexão destes por

meio de um cabo Ethernet. Para realizar a comunicação ambos devem estar

configurados com o mesmo IP. Verificada a comunicação entre a CPX e o laptop com

o SEC, pode-se iniciar a operação do ensaio. O primeiro sinal verificado é o de

velocidade. Com o SEC operando, verifica-se, ao realizar o movimento do motor da

máquina, a variação da leitura e consequente ganho de sinal na variável conectada à

entrada digital que, por sua vez, conecta-se ao sensor indutivo de velocidade. O sinal

foi corretamente lido pelo SEC, confirmando o funcionamento desta etapa do software.

Verificou-se a leitura de deslocamento que neste momento é simulada com um

potenciômetro em bancada. Novamente foi possível ler o sinal no SEC, o qual é

recebido em uma das entradas analógicas da CPX. Foi possível comparar o sinal lido

no SEC com o sinal de tensão no multímetro, conforme mostrado na figura 37, onde

é possível ver a forma em que o sinal foi lido pelo multímetro, conectando-o

diretamente ao ISO02. Ademais, vale observar que se faz o ajuste da saída de tensão

da ISO02 para que este sinal seja adequado a leitura pela CPX. Este ajuste é feito em

um conjunto de chaves instaladas no corpo do equipamento. Vale ressaltar que este

sinal é relacionado a leitura de deslocamento do pêndulo.

53

Figura 37 - Ensaio com ISO02 e multímetro


Além dos sinais lidos pela CPX, fez-se os testes com o sinal enviado pela CPX

ao sistema. Este sinal, conforme comentado anteriormente, consiste em um sinal

analógico, o qual, por sua vez, é responsável pelo controle de velocidade da máquina,

bem como a partida e parada do inversor. O sinal de partida e parada da máquina

está conectado a uma variável no SEC, a qual pode ser forçada a mudar de estado,

fazendo com que o estado da saída mude, iniciando o procedimento de controle de

velocidade. Para verificar esta mudança de sinal foi utilizado um multímetro conectado

à saída analógica, observando a mudança da tensão ao alterar o estado da variável

de partida e parada no SEC.

Em seguida, a fim de revalidar os ensaios com a IHM operando a CPX, inicia-

se a mesma, define-se os pontos de limite de velocidade e deslocamentos teóricos.

Após isto, ativa-se o botão de partida da máquina, verificando no SEC se foi alterado

o valor da variável referente a esta operação. Com isso, inicia-se a variação do

potenciômetro, verificando se há leitura em todas as telas da IHM. Verificada a leitura

do sinal do potenciômetro, faz-se o teste do botão de parada de máquina, acionando

o botão na tela da IHM observando a variação da variável relacionada a esta

operação.

54

Para verificar o funcionamento da leitura de velocidade, repetiu-se a operação

explicada nos parágrafos anteriores e constatou-se, na tela da IHM, que a leitura de

velocidade é adequada. Este teste deu-se iniciando a operação da máquina com a

verificação dos parâmetros e o sinal de partida no SEC. Observa-se que neste

momento não foi feita a instalação do cabeamento para a operação automática do

inversor, com isso liga-se o inversor de frequência de forma manual. Com a máquina

operando, observa-se a leitura da velocidade nas telas projetadas, sendo que se vê a

leitura nas três telas, confirmando o funcionamento da leitura de sinal pela CPX e

correta integração entre ambos os softwares. Ao atingir a velocidade de disparo ocorre

corretamente a alteração do sinal da variável responsável pela parada da máquina.

2.2.6.2. Ensaios práticos

Finalizados os ensaios simulados descritos no tópico anterior, pode-se iniciar a

última etapa de ensaios para validação da solução proposta neste trabalho. Esta etapa

consiste nos ensaios práticos, os quais representam a operação real da máquina,

verificando todo o conjunto de ações que devem ser executadas pelo sistema.

Para realização dos ensaios, foram feitas as novas instalações de

cabeamentos necessárias, as quais consistem nos cabos que interligam a CPX com

o inversor de frequência. É feita a conexão de uma saída analógica da CPX com a

entrada de controle de velocidade do inversor, novamente observando a necessidade

da utilização do ISO02 para a proteção da CPX. Desta forma, as lógicas projetadas

no software podem ser executadas corretamente. Em seguida é feita a instalação da

placa ESP 32 com a CPX. Para tal, é feita a conexão da saída da EPS 32 com o ISO02

e em seguida a instalação do cabeamento até uma das entradas analógicas da CPX.

Para garantir a segurança do operador, os primeiros ensaios são executados

com o equipamento eletrônico de detecção de deslocamento fora da máquina, ou seja,

a placa ESP 32 e o potenciômetro posicionados fora da máquina. Esta configuração

irá validar o comportamento da leitura do potenciômetro pelo sistema sem gerar risco

de quebra de qualquer peça por falha de leitura e consequente aumento excessivo de

velocidade.

Com todos os dispositivos instalados, inicia-se a comunicação entre as placas

ESP 32. Inicia-se a IHM no computador e verifica-se a comunicação entre a IHM e

CPX. Com a comunicação funcionando adequadamente, é verificada a leitura do sinal

do potenciômetro na tela da IHM, movimentando manualmente o componente

eletrônico. Feito isso, pode-se, de fato, iniciar o ensaio operacional. Na figura 38 pode-

se ver o resultado do ensaio, com a IHM operando conectada pelo cabo Ethernet com

a CPX no computador à direita, e o monitoramento do sinal das placas ESP 32, à

esquerda.

55

Figura 38 - Ensaio operacional


Visando a segurança da operação, faz-se o primeiro ensaio com uma rotação

máxima definida em 250 rpm. Digita-se na IHM o valor máximo de velocidade de 250

rpm e o valor máximo de deslocamento do pêndulo em 10mm. Com os valores

definidos, inicia-se o ensaio clicando no botão ‘’partir’’ na IHM, sendo que com isso

deve-se observar a inicialização do inversor de frequência. Conforme a lógica definida

em software, a CPX deve aumentar a tensão do sinal analógico progressivamente,

conforme o sistema de controle definido no SEC. Observou-se que de fato ocorreu o

aumento da velocidade, necessitando apenas o ajuste do degrau, visto que o aumento

da velocidade ocorreu de forma lenta. Ao atingir a velocidade de 250 rpm, a qual é o

limite deste ensaio, a máquina realizou a parada automática conforme projetado, ou

seja, mudou o estado da variável ‘’parar’’ o que altera o estado da entrada reset do

bloco de controle, levando o sinal para zero, que por sua vez para o inversor de

frequência.

Com o ensaio de velocidade validado, fez-se o ensaio de parada automática a

partir do deslocamento do pêndulo. Este ensaio foi realizado em duas diferentes

etapas. A primeira etapa consiste em realizar o ensaio com o sistema de leitura de

deslocamento fora da máquina, e a segunda um ensaio de operação real. Para a

primeira etapa, definiu-se um deslocamento de 10 mm, ou seja 50% do máximo, e o

56

equivalente ao meio da escala do potenciômetro. Inicia-se a operação da máquina,

acionando o botão de partida. Observando o aumento da velocidade, desloca-se

manualmente a haste do potenciômetro para alterar a tensão enviada para a placa

ESP 32 até o meio da escala vendo que na tela da IHM foi apresentada corretamente

a variação do deslocamento. Ao chegar ao meio da escala, conforme referência

definida anteriormente, a parada automática foi realizada com sucesso, ou seja,

mudou-se o estado da variável ‘’parar’’ o que altera o estado da entrada reset do bloco

de controle, o que para o inversor de frequência, ou seja a tensão da saída analógica

que controla o ganho de velocidade da máquina foi zerada.

Feito isso, deve-se realizar a instalação mecânica dos componentes. Para tal,

monta-se a placa ESP 32 e a bateria em seu suporte, e em seguida instala-se o

suporte à pá rotativa da máquina. Define-se uma distância de instalação do pêndulo

baseado nos últimos ensaios realizados, e faz-se a montagem do conjunto do pêndulo

com o potenciômetro para leitura de deslocamento. A fiação que interliga o

potenciômetro à ESP 32 deve ser fixada a pá com o auxílio de fixadores de cabos

comerciais.

Com a validação da parada automática da máquina das duas formas possíveis,

ou seja, por velocidade ou deslocamento, inicia-se o teste real. Para este ensaio foi

utilizado um pêndulo com uma mola com constante de rigidez k=0,27 N/m. Instala-se

os equipamentos em seus devidos suportes, ou seja, a placa ESP 32 e as baterias no

suporte principal, e o potenciômetro no suporte secundário. Feito isso, pode-se

instalar os suportes à máquina, e em seguida o pêndulo sobre a pá rotativa. Para

efeito de conhecimento, a figura 39 mostra o suporte principal em seu local de

instalação.

Figura 39 - Instalação do suporte


57

Com a instalação concluída e com a tampa da máquina na posição fechada,

pode-se iniciar o ensaio. Novamente, por segurança, é utilizada uma velocidade de

rotação baixa. O operador define 250 rpm como o limite de velocidade e 10mm de

deslocamento máximo. Feitas as definições, inicia-se o ensaio clicando no botão de

‘‘partir’’. Pode-se observar que a iniciação do ganho de velocidade ocorre

adequadamente ao utilizar o botão de ''partida'', sendo que o mesmo só pode

funcionar ao atender os requisitos definidos em software conforme apresentado

anteriormente. Além disso, conforme o software aumenta o ganho de tensão na saída

analógica que é ligada ao inversor, que por sua vez aumenta a velocidade de rotação

da máquina. Com isso, foi visto o ganho no deslocamento do pêndulo através da

leitura do potenciômetro, conforme projetado no software.

Por fim, observou-se que, ao atingir a velocidade limite definida na IHM pelo

operador, a máquina realizou a parada automática. Além disso, pôde-se ver a

plotagem do gráfico e a variação da velocidade e deslocamento nos campos

pertinentes. Com o gráfico plotado, foi possível realizar o salvamento da curva para

utilização em relatório. Para realizar esta ação o operador deve clicar no botão

responsável por esta ação, o qual é representado por uma figura de disquete. A figura

40 apresenta o gráfico plotado indicando o botão que deve ser acionado para realizar

a operação de salvar a curva.

Figura 40 - Procedimento de salvamento de gráficos


58

Foram realizados ensaios para diversas velocidades limite, considerando

diferentes deslocamentos máximos, sendo que estes sempre entre 5mm e 15mm.

Com estes ensaios foi verificado que o sistema tem uma performance adequada às

necessidades do ensaio. Visando confirmar que os resultados apresentados pelo novo

equipamento, foram feitos cálculos matemáticos comparando o deslocamento obtido

em ensaio com o deslocamento teórico calculado. Para tal comparação utiliza-se a

relação entre a força centrípeta e a força de compressão da mola utilizada. Esta

relação é verdade pois a massa do pêndulo, a qual é fixada à carcaça do pêndulo com

a mola, é deslocada pela força centrípeta, tem-se assim uma relação de igualdade

entre as forças. Para entender o cálculo analisa-se a equação (2).

𝑭 = 𝒎. 𝒂𝒄

𝑭𝒄 = 𝒎. (𝒗𝟐

𝒓)

𝑭𝒆 = 𝒌. 𝒙

𝑭𝒆 = 𝑭𝒄

𝒌. 𝒙 = 𝒎. (𝒗𝟐/𝒓)

(2)

Onde:

Fc = Força centrípeta (N)

Ac = Aceleração centrípeta (m/s²)

v = velocidade (m/s)

r = raio (m)

k = constante elástica (N/m)

x = deslocamento sofrido pela mola (m)

Para melhor visualizar a relação do deslocamento da massa com a velocidade

angular, pode-se ver a Tabela 6 que relaciona um grupo de características em um

ensaio hipotético considerando uma mola com k=0,27(N/m). Observa-se que é a partir

destas análises matemáticas e dos dados de entrada fornecidos pelo cliente final do

projeto, conforme comentado anteriormente, o operador deverá tomar a decisão do

modelo de mola a ser utilizado em cada ensaio.

59

Tabela 6 - Estudo de um ensaio hipotético

Diâmetro da roda (mm)

440

Gap resultante (mm)

F (N) ac (rad/s²) Vel. Ângular (rad/s)

Vel. Ângular (RPM)

1 13,5 109,0380422 22,26269221 212,700881

5 24,3 196,2684759 29,86853588 285,3681772

10 37,8 305,3065181 37,25260931 355,9166494

15 51,3 414,3445602 43,3979765 414,6303488

20 64,8 523,3826024 48,77511485 466,004282

24 75,6 610,6130361 52,68314532 503,3421527 Fonte: Autor (2021).

Por fim, para uma melhor visualização dos testes executados, foi desenvolvido

um fluxograma apresentando de forma resumida todas as etapas apresentadas neste

documento. Vale ressaltar que, além deste fluxograma, tem-se o fluxograma de

operação da máquina visa apresentar de forma resumida a operação desta. Este

fluxograma pode ser visto no APÊNDICE A – Fluxograma de operação, além disso,

em momento futuro, será desenvolvido um manual de operação e manutenção do

novo sistema. Na figura 41 pode ser visto o fluxograma de testes citado.

60

Figura 41- Fluxograma de testes

Fonte: Autor (2021)

2.2.7. Apresentação dos resultados

Após todas as etapas descritas nos capítulos anteriores, considerando todos os

resultados obtidos nos ensaios em software e práticos, as análises e seleção de

equipamentos, tem-se os resultados obtidos por este projeto. Propôs-se este projeto

a fim de realizar a automação e controle da máquina de ensaios para pêndulos de

sobrevelocidade da Reivax, buscando com isso reduzir o tempo destes ensaios e

melhorar a usabilidade e assertividade do equipamento.

Com a nova forma de realizar o ensaio foi possível reduzir o tempo médio de

ensaio pela metade, conforme verificado fazendo-se dois ensaios com dados de

entrada iguais, sendo um com o equipamento antigo e o outro com o equipamento

novo. Esse grande ganho de tempo é resultado da redução de etapas necessárias

para aquisição dos dados de deslocamento e velocidade. No novo modelo de ensaio,

o operador deve realizar apenas 1 (uma) montagem e ajuste do sensor de

deslocamento, já no método antigo, o operador precisaria realizar o ajuste a cada gap

61

de ensaio proposto, sendo que são feitos de 9 a 15 ajustes por ensaio. Além disso,

observou-se redução no tempo de análise dos resultados, visto que o novo modelo

necessita apenas de uma operação para obter a curva de deslocamento x velocidade

do pêndulo; diferente do antigo em que havia a necessidade de realizar um gráfico

teórico em Excel com os pontos encontrados em cada ensaio (de 9 a 15 conforme

comentado anteriormente). Na figura 42 vê-se um exemplo de gráfico do novo modelo

de ensaio em comparação com o antigo. Vale destacar que no eixo x do novo gráfico

tem-se o tempo, por sua vez no eixo y tem-se a velocidade, sendo que é possível

alterar a variável apresentada neste ao selecionar o deslocamento. Além disso, é

possível plotar no eixo y ambas as variáveis. Desta forma o usuário pode ler o gráfico

de 3 diferentes formas, velocidade x tempo, deslocamento x tempo e por fim

velocidade e deslocamento x tempo.

62

Figura 42 – Comparativo


63

Com isso pode-se perceber que é reduzido o número de interações entre o

operador e a máquina, o que reduz o erro humano na operação e posicionamento dos

sensores do equipamento. Ainda com relação ao erro humano no posicionamento,

observa-se que, como é possível fazer a leitura do sensor em tempo real, uma redução

no erro de definição do posicionamento do sensor. Este erro ocorre quando o operador

toma uma decisão incorreta sobre o gap de instalação do sensor ou sobre o modelo

de mola. Com o novo sistema o operador poderá perceber o erro nos primeiros

instantes do ensaio, ao observar uma curva em que a relação de ganho de velocidade

e deslocamento não é adequada. Outro erro que é mitigado com o novo modelo de

ensaio é o erro ao inserir os dados no Excel. No antigo método, o operador, a cada

giro de máquina, deve escrever os dados que leu no Excel, o que pode novamente

gerar um erro. Reduzindo estes erros há um aumento de assertividade nos resultados

do ensaio.

Além disso, é possível perceber o aumento da segurança na operação do

ensaio. Na antiga estrutura era de responsabilidade do operador realizar a parada da

máquina, podendo ser feita desabilitando o inversor em sua IHM local ou aplicando o

botão de emergência. Foi observado que, devido a esta situação, em algumas

ocasiões, ocorreu de o pêndulo atingir o suporte do sensor fim-de-curso existente,

causando danos ao mesmo. Por outro lado, como o novo projeto, a máquina para

automaticamente ao atingir uma das referências definidas pelo usuário, garantindo

que não ocorra qualquer tipo de aumento de velocidade indevido que poderia levar a

danificar ou reduzir a vida útil da estrutura da máquina.

Vale apontar as diferenças entre o antigo painel e o novo, observando que foram

adicionados dois novos componentes, sendo ambos ISO02. Estes componentes,

como já é conhecido, fazem a proteção elétrica da CPX, sendo um dos ISO02 com a

entrada analógica, no caso da placa ESP 32, e o outro com a saída analógica, no caso

do inversor de frequência. O painel com os novos equipamentos pode ser visto na

figura 43.

64

Figura 43 - Painel atualizado

Fonte: Autor (2021)

A instalação mecânica dos componentes mostrou-se adequada à operação da

máquina. Foi constatado que ao adicionar os novos componentes à pá, ou seja, os

suportes e novos componentes eletrônicos, não ocorreram novos sinais de vibração,

perda de velocidade devido à resistência do ar ou devido ao aumento da massa

instalada na máquina. Além disso, visando o equilíbrio mecânico do sistema, é feita a

instalação de contrapesos na máquina. Estes contrapesos consistem em um segundo

pêndulo e um segundo suporte, garantindo o equilíbrio da máquina. Na figura 44 vê-

se a instalação dos componentes conforme descrito.

65

Figura 44 - Instalação mecânica dos componentes


2.2.8. Análise e discussão dos resultados

Para realizar a análise dos resultados obtidos neste projeto, resgata-se os

requisitos definidos anteriormente, sendo eles:

1. Leitura do deslocamento do pêndulo;

2. Utilização de tecnologias de comunicação sem fio;

3. Alimentação dos componentes através de baterias recarregáveis;

4. Realizar o desligamento automático do motor elétrico e aplicação do freio

magnético;

5. Integração do novo sensor com a CPX;

6. Gerar um gráfico com informações de deslocamento e velocidade;

7. Realizar o controle de velocidade do motor.

Com relação ao primeiro item, ou seja, a leitura do deslocamento do pêndulo,

percebe-se que foi possível atender ao requisito com a utilização do potenciômetro

deslizante. Neste caso, foi avaliado que a leitura é adequada à necessidade de

precisão do ensaio, ainda assim, pode-se considerar como uma melhoria futura a

aplicação do sensor indutivo analógico. Neste caso, seriam mitigadas todas as

influências da força centrípeta no instrumento e haveria um aumento da confiabilidade

66

e precisão da leitura. Por outro lado, há um aumento na complexidade do sistema,

necessitando utilizar um conjunto de baterias e uma placa para aumentar a tensão de

saída das baterias, a qual torna possível a alimentação do sensor.

Em referência ao segundo requisito citado, pode-se verificar de forma simples que

de fato este foi atendido. Pode-se entender que a utilização da transmissão de dados

por WI-FI entre as placas ESP 32 representa o atendimento deste requisito de projeto.

Ainda com relação às necessidades de se ter um sistema sem fios, verifica-se, para o

terceiro item exposto, que o requisito foi atendido com a utilização de uma bateria de

2200 mAh como fonte de alimentação para a placa ESP 32.

Para o quarto requisito proposto, observa-se o atendimento parcial, sendo que a

aplicação automática do freio magnético não foi realizada. Para este caso é

necessário ser aplicado o freio em hardware, com um botão instalado na porta do

painel elétrico da máquina. Ademais, verifica-se que a parada automática foi realizada,

sendo que o software irá realizar a parada do motor utilizando a saída analógica que

zera o sinal de controle, o que realiza o desligamento do inversor de frequência. Dito

isso, para o quarto requisito, entende-se que foi atendida a parada automática, mas

não a frenagem automática.

Com relação à integração do novo sensor com a CPX, item apresentado no quinto

requisito, pode-se verificar o seu atendimento com o recebimento do sinal analógico

na entrada analógica da CPX. Este sinal é enviado pelo potenciômetro instalado na

máquina, lido pela placa também instalada na máquina. Em seguida o sinal recebido

pela placa instalada na máquina é enviado por WI-FI para a placa instalada no painel,

a qual interpreta o sinal e o envia por sua saída analógica. Este sinal e recebido pelo

ISO02 que, por sua vez, envia o sinal para a CPX. Com isso, percebe-se que o

requisito foi atendido.

O sexto requisito refere-se à necessidade de gerar um gráfico que apresente os

dados de velocidade de deslocamento. Novamente é possível verificar o total

atendimento do requisito ao ver o gráfico produzido durante os ensaios deste projeto.

Por fim, o sétimo requisito, o qual anteriormente foi definido como um requisito

adicional, também foi atendido. Para atender este requisito foi desenvolvido em

software uma lógica em malha fechada em que o programa lê e interpreta a velocidade

da máquina e compara com o valor de referência definido pelo operador. Com isso a

CPX modifica o valor da saída analógica, a qual alimenta a entrada do inversor com a

utilização de um ISO02, aumentando a velocidade de forma progressiva. Caso o

operador altere a velocidade de disparo para um valor menor durante o ensaio,

também ocorre a redução de velocidade de forma progressiva e controlada. Vale

relembrar que o controle utilizado é proporcional e integrativo.

67

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Compreende-se que as pesquisas foram fundamentais para conhecer

profundamente sobre o assunto e com isso desenvolver uma solução otimizada para

a Reivax. Foi constatado com os resultados apresentados, que é confirmada a

hipótese de que a automação da máquina traria melhorias à operação e apresentação

dos resultados dos ensaios de sobrevelocidade mecânica. Além disso, será possível

agregar valor aos relatórios de ensaios enviados aos clientes da Reivax, visto que as

curvas apresentadas não mais são aproximações matemáticas da realidade, mas sim

um gráfico resultante da leitura em tempo real de um sensor instalado na máquina.

O resultado deste Trabalho de Conclusão de Curso incitou a percepção da

importância da correlação entre o produto físico e a interface de programação,

verificando a importância das diversas áreas da engenharia estudadas no curso de

engenharia mecatrônica. Dentre as áreas, pode-se citar especialmente, porém

sempre considerando a importância de todas as matérias do currículo do curso, as

disciplinas de eletrônica digital, eletrônica analógica, controle e mecânica dos sólidos.

Foram definidos três objetivos específicos para este trabalho, sendo eles: avaliar

quais etapas dos ensaios no ensaio do dispositivo de sobrevelocidade da empresa

Reivax tem a necessidade de automatização, aplicar melhorias em software e, caso

necessário, em hardware, para automatizar os processos definidos como tendo

necessidade de automatização e analisar os resultados do novo sistema em

comparação com o antigo sistema manual, analisando a redução de tempo e

assertividade dos ensaios. Foi observado que ambos os objetivos foram atingidos

durante o desenvolvimento deste trabalho, trazendo grandes melhorias operacionais

ao equipamento de testes.

Com relação a metodologia de trabalho utilizada, foi possível conduzir o projeto de

forma a atingir os objetivos propostos, com isso percebe-se que foi adequada. A partir

disso, com o desenvolvimento deste projeto, verifica-se que, conforme apontado

anteriormente, os objetivos gerais e específicos definidos foram alcançados.

Como melhoria futura, para buscar um melhor resultado para o ensaio, pode ser

considerada a aplicação um sensor industrial, conforme proposto nos capítulos

anteriores deste documento, onde é citado um sensor indutivo com saída analógica.

Além desta melhoria, vale destacar a possibilidade de realizar a inclusão da operação

do freio eletromagnético ao software, aplicando-o automaticamente durante o

procedimento de parada de máquina. Apesar disso entende-se que é possível operar

a máquina e obter resultados adequados com a modernização concluída neste

projeto.

68

REFERÊNCIAS

EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, Balanço Energético Nacional 2018.

Disponível em: http://epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/balanco-

energetico-nacional-2018. Acesso em: 20 out. 2020.

EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, Matriz Energética e Elétrica. Disponível

em: http://epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica. Acesso em: 19 out.

2020.

BALLUFF, Brochoures and catalogs, Sensores indutivos. Disponível em:

https://www.balluff.com/local/br/service/downloads/brochures-and-

catalogues/#/?data=category%3Dd0001%26attributes%5B0%5D%5Bkey%5D%3Dm

eta_product_area%26attributes%5B0%5D%5Btype%5D%3Denum%26attributes%5

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2020.

REIVAX, Sobrevelocidade Dispositivo Mecânico. Disponível em:

https://www.reivax.com/pt-br/overspeed-mechanical-switch-device/. Acesso em: 17

nov. 2020.

RODRIGUES, Wlamir. Criterios para o uso eficiente de inversores de frequencia

em sistemas de bombeamento de agua. 2007. 234p. Tese (doutorado) -

Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e

Urbanismo, Campinas, SP. Disponível em:

http://repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/258179/1/Rodrigues_Wlamir_D.pdf

PINTO, Joel Rocha. Conversão eletromecânica de energia. Apostila dos cursos de

engenharia - Faculdade de engenharia de Sorocaba, 2011.

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https://www.balluff.com/local/br/service/downloads/brochures-and-catalogues/#/?data=category%3Dd0001%26attributes%5B0%5D%5Bkey%5D%3Dmeta_product_area%26attributes%5B0%5D%5Btype%5D%3Denum%26attributes%5B0%5D%5Bmultiple%5D%3Dtrue%26attributes%5B0%5D%5Bvalues%5D%5B%5D%3D10%26attributes%5B1%5D%5Bkey%5D%3Dmeta_product_group%26attributes%5B1%5D%5Btype%5D%3Denum%26attributes%5B1%5D%5Bmultiple%5D%3Dtrue%26attributes%5B1%5D%5Bvalues%5D%5B%5D%3D141754







https://www.reivax.com/pt-br/overspeed-mechanical-switch-device/

69

AGEON. Manual Serie XF Standard. 2020. Disponível em:

https://www.ageon.com.br/arquivos/manuais/manual-serie-xf-standard.pdf

DEL TORO, V. Fundamentos de Máquinas Elétricas: 1. ed. Rio de Janeiro: Editora

LTC S.A., 1999

THOMAZINI, Daniel; DE ALBUQUERQUE, Pedro. Sensores Industriais:

Fundamentos e Aplicações: 4. ed. São Paulo: Editora Érica., 2008

RASHID, Muhammad H. Power Electronics: circuits, devices and applications.

New Jersey : Prentice Hall, 1993. 2a Edição.

OLIVEIRA, W.R., (2013). Uma avaliação sobre inversores de frequência e

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Engenharia de Controle e Automação, Publicação FT.TG-no 02/2013, Faculdade de

Tecnologia, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 83p.

C. M. FURUKAWA, D. J. SANTOS, Retificadores e Filtros Capacitivos. Disponível em:

http://sites.poli.usp.br/d/pmr2433/2433_15Exp6.pdf. Acesso em: 31 fev 2021.

ESPRESSIF SISTEMAS, Manual de referência técnica. Disponível em:

https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_technical_referen

ce_manual_en.pdf. Acesso em: 20 dez 2020.

David Halliday, Robert Resnick e Jearl Walker. Fundamentos de Física, vol.1:

Mecânica, 6ª edição, Livros Técnicos e Científicos Editora SA, Rio de Janeiro (2002).

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https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_technical_reference_manual_en.pdf

https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_technical_reference_manual_en.pdf

70

APÊNDICES

71

APÊNDICE A – Fluxograma de operação

72

73

APÊNDICE B – Ensaios em Solidworks

74

SIMULAÇÃO DE SUPORTE BATERIA E PLACA PARA ENSAIO

Data: terça-feira, 8 de dezembro de 2020

Projetista: Lucas Burigo Espíndola

Nome do estudo: Análise estática – suporte componentes eletrônicos

Tipo de análise: Análise estática

Descrição

Estudo para fabricação do suporte em material polimérico para os elementos

eletrônicos que serão instalados na máquina de ensaio de sobrevelocidade da Reivax.

75

Informações do modelo

Nome do modelo: suporte bateria e placa para ensaio

Configuração atual: Valor predeterminado Corpos sólidos

Nome e referência do documento

Tratado como Propriedades volumétricas

Corpo solido Massa:0,348896 kg Volume:0,000245702 m^3 Densidade:1.420 kg/m^3

Peso:3,41919 N

Corpo solido Massa:1,92292 kg Volume:0,000246528 m^3 Densidade:7.800 kg/m^3

Peso:18,8446 N

Propriedades do estudo

Nome do estudo Análise estática – suporte components eletrônicos

Tipo de análise Análise estática

Tipo de malha Malha sólida

Efeito térmico: Ativada

Opção térmica Incluir cargas de temperatura

Temperatura de deformação zero 298 Kelvin

Tipo de Solver FFEPlus

Opções de união incompatíveis Automático

Calcular forças de corpo livre Ativada

76

Unidades

Sistema de unidades: SI (MKS)

Comprimento/Deslocamento mm

Temperatura Kelvin

Velocidade angular Rad/s

Pressão/Tensão N/m^2

Propriedades do material

Referência do modelo

Propriedades Componentes

Nome: PET Tipo de modelo: Isotrópico linear

elástico Critério de falha predeterminado:

Desconhecido

Resistência à tração: 5,73e+07 N/m^2 Resistência à compressão:

9,29e+07 N/m^2

Módulo elástico: 2,96e+09 N/m^2 Coeficiente de

Poisson: 0,37

Massa específica: 1.420 kg/m^3

Corpo sólido 1(Ressalto-extrusão19)(suporte bateria e placa para ensaio)

Nome: Aço carbono simples Tipo de modelo: Isotrópico linear

elástico Critério de falha predeterminado:

Tensão de von Mises máxima

Limite de escoamento:

2,20594e+08 N/m^2

Resistência à tração:

3,99826e+08 N/m^2

Módulo elástico: 2,1e+11 N/m^2 Coeficiente de

Poisson: 0,28

Massa específica: 7.800 kg/m^3 Módulo de

cisalhamento: 7,9e+10 N/m^2

Coeficiente de expansão térmica:

1,3e-05 /Kelvin

Corpo sólido 3(Ressalto-extrusão7)(suporte bateria e placa para ensaio)

77

Acessórios de fixação e Cargas

Nome do acessório de

fixação

Imagem de acessório de fixação

Detalhes de acessório de fixação

Fixo-1

Entidades: 5 face(s) Tipo: Geometria fixa

Forças resultantes Componentes X Y Z Resultante

Força de reação(N) 4,7206 108,216 -18.363,7 18.364

Momento de reação(N.m) 0 0 0 0

Fixo-2



Força de reação(N) -3,29641 11,5637 -200,215 200,576


Fixo-3



Força de reação(N) 9,53882 7,42642 -102,934 103,641


Fixo-4



Força de reação(N) 2,65504 -138,898 -490,253 509,556


78

Nome da carga

Carregar imagem Detalhes de carga

Gravidade-1

Referência: Plano superior

Valores: 0 0 9,81 Unidades: m/s^2

Centrífuga-1

Centrífuga, Ref: Face< 1 > Velocidade

angular: 2.000rpm

Força-1

Entidades: 1 face(s) Tipo: Aplicar força

normal Valor: 5 N

Informações de malha

Tipo de malha Malha sólida

Gerador de malhas usado: Malha padrão

Transição automática: Desativada

Incluir loops de malha automáticos: Desativada

Pontos Jacobianos 4 Pontos

Tamanho do elemento 5,54161 mm

Tolerância 0,277081 mm

Plotagem de qualidade de malha Alta

Informações de malha - Detalhes

Total de nós 40053

Total de elementos 24052

Proporção máxima 9,4904

% de elementos com Proporção < 3 98,3

% de elementos com Proporção < 10 0

% de elementos distorcidos(Jacobiana)

0

Tempo para conclusão da malha (hh;mm;ss):

00:00:04

Nome do computador: RX003306APLANC

79

Forças resultantes

Forças de reação

Conjunto de seleção

Unidades Soma X Soma Y Soma Z Resultante

Modelo inteiro

N 2,8653 -22,0306 -19.052,9

19.052,9

Momentos de reação

Conjunto de seleção

Unidades Soma X Soma Y Soma Z Resultante

Modelo inteiro

N.m 0 0 0 0

Resultados do estudo

Nome Tipo Mín. Máx. Tensão1 VON: tensão de von

Mises 6,373e+03 N/m^2 Nó: 8655

2,262e+08 N/m^2 Nó: 36074

suporte bateria e placa para ensaio-Análise estática 2-Tensão-Tensão1

80

Nome Tipo Mín. Máx. Deslocamento1 URES: Deslocamento

resultante 0,000e+00 mm Nó: 1

3,609e-01 mm Nó: 20439

suporte bateria e placa para ensaio-Análise estática 2-Deslocamento-Deslocamento1

Nome Tipo Mín. Máx. Deformação1 ESTRN : Deformação

equivalente 5,221e-07 Elemento: 16842

3,134e-03 Elemento: 7719

suporte bateria e placa para ensaio-Análise estática 2-Deformação-Deformação1

81

APÊNDICE C – Desenho mecânico

82

83

APÊNDICE D – Software de comunicação

84

Softwares de comunicação

Software ESP 32 – Placa para leitura do sensor e envio do sinal para a placa do

painel

#include <esp_now.h>

#include "WiFi.h"

uint8_t broadcastAddress[] = {0x4C, 0x11, 0xAE, 0xCC, 0xB4, 0x9C};

String success;

int incoming;

void OnDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) {

Serial.print("\r\nLast Packet Send Status:\t");

Serial.println(status == ESP_NOW_SEND_SUCCESS ? "Delivery Success" :

"Delivery Fail");

if (status == 0) {

success = "Delivery Success :)";

}

else {

success = "Delivery Fail :(";

}

}

void OnDataRecv(const uint8_t * mac, const uint8_t *incomingData, int len) {

memcpy(&incoming, incomingData, sizeof(incoming));

Serial.print("Bytes received: ");

Serial.println(len);

//Valor recebido fica salvo em incoming

Serial.println(incoming);

85

}

void setup() {

Serial.begin(115200);

WiFi.mode(WIFI_MODE_STA);

Serial.println(WiFi.macAddress());

if (esp_now_init() != ESP_OK) {

Serial.println("Error initializing ESP-NOW");

return;

}

esp_now_register_send_cb(OnDataSent);

esp_now_peer_info_t peerInfo;

memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress, 6);

peerInfo.channel = 0;

peerInfo.encrypt = false;

// Add peer

if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK) {

Serial.println("Failed to add peer");

return;

}

esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);

}

void loop() {

delay(50);

int teste = analogRead(35);

esp_err_t result = esp_now_send(broadcastAddress, (uint8_t *) &teste, sizeof

teste);

if (result == ESP_OK) {

Serial.println(teste);

}

else {

86

Serial.println("Error sending the data");

}

}

Software ESP 32 – Placa para recebimento do sinal e envio para ISO02

#include <esp_now.h>

#include "WiFi.h"

uint8_t broadcastAddress[] = {0x24, 0x6F, 0x28, 0xA6, 0x87, 0x00};

String success;

int incoming;

void OnDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) {

Serial.print("\r\nLast Packet Send Status:\t");

Serial.println(status == ESP_NOW_SEND_SUCCESS ? "Delivery Success" :

"Delivery Fail");

if (status == 0) {

success = "Delivery Success :)";

}

else {

success = "Delivery Fail :(";

}

}

void OnDataRecv(const uint8_t * mac, const uint8_t *incomingData, int len) {

memcpy(&incoming, incomingData, sizeof(incoming));

Serial.println(incoming);

dacWrite(25, incoming/16);

}

87

void setup() {

Serial.begin(115200);

WiFi.mode(WIFI_MODE_STA);

Serial.println(WiFi.macAddress());

if (esp_now_init() != ESP_OK) {

Serial.println("Error initializing ESP-NOW");

return;

}

esp_now_register_send_cb(OnDataSent);

esp_now_peer_info_t peerInfo;

memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress, 6);

peerInfo.channel = 0;

peerInfo.encrypt = false;

// Add peer

if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK) {

Serial.println("Failed to add peer");

return;

}

esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);

}

void loop() {

delay(50);

int teste = 14;

esp_err_t result = esp_now_send(broadcastAddress, (uint8_t *) &teste,

sizeof(teste));

88

if (result == ESP_OK) {

Serial.println("Sent with success");

}

else {

Serial.println("Error sending the data");

}

}



TURBINAS


Este trabalho foi julgado adequado para obtenção do título de Engenheiro Mecatrônico

em 19/02/2021 e aprovado em sua forma final pela banca examinadora do Curso de

Engenharia Mecatrônica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de

Santa Catarina.

Florianópolis, 19 de fevereiro, 2021.

Banca Examinadora:

________________________________

Cynthia Beatriz Scheffer Dutra, Profa. Dra. Eng.

________________________________

Adriano Regis, Prof. Me. Tecn.

________________________________

Eduardo Yuji Sakurada, Prof. Dr. Eng.

________________________________

Tiago Nunes de Sousa, Eng. Mec.

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