8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
1/58
3MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
SEO DO LEITOR
SEODO
SEO DO LEITOR
Obrigado a todos os leitores que nos enviaram cartas e e-mails. Infeliz-mente, o espao no suficiente para publicar todas as cartas, mas esco-lhemos aquelas que julgamos trazer informaes para a maior parte dos
leitores. Continuem enviando os seus comentrios, crticas e sugestes,
pois somente com esse suporte poderemos adequar as nossas publica-
es ao que os leitores necessitam.
Cartas: Editora Saber
Rua Jacinto Jos de Arajo, n 315CEP 03087-020 So Paulo SP Brasil
E-mail: [email protected]
Encoders e Resolvers
Ol, amigos da Revista Mecatrnica Atual! Quero deixar registrado que adorei
a matria sobre encoderse mquinas CNC. Trabalho com uma outra face daAutomao Industrial, em uma montadora, e sempre tive a curiosidade de sa-
ber como o princpio de funcionamento de tais equipamentos.
Porm, ainda tenho algumas dvidas que gostaria de esclarecer. Qual a
diferena entre encoderse resolvers? Quais as aplicaes em que um nosubstitui o outro? Gostaria que vocs publicassem algo sobre o assunto, pois
isso complementaria mais as informaes da edio n 3.
Gilson A. Junior
So Bernardo do Campo, SP
Caro Gilson,
Essa uma boa pergunta, e deve esclarecer vrios leitores que tm a mes-ma dvida.
Ambos os dispositivos so transdutores utilizados para monitorar desloca-mentos, sejam eles angulares ou lineares.
O encoder faz essa tarefa enviando pulsos digitais para o sistema de contro-le. No encoder incremental, por exemplo, temos trs ondas quadradas (sinal A,sinal B e sinal C).Os sinais A e B esto defasados de 90, o que determina seusentido de rotao.
No resolver, ao invs de termos trs sinais digitais, temos trs analgicos.Para sermos mais precisos trs senides. A funo de cada senide seme-lhante aos pulsos digitais do encoder, porm, por serem analgicos, a precisodesse dispositivo maior.
Esperamos ter esclarecido a sua dvida e a sua sugesto para um artigomais profundo est anotada. Obrigado e continue colaborando.
Cad o artigo sobre inversoresvetoriais?
Bom dia, amigos da Revista
Mecatrnica Atual!
Gostaria de saber de vocso mot ivo pelo qual no fo i
publicada na revista nmero trs
a seqncia de informaes so-
bre inversores de freqncia,
conforme anteriormente anun-
ciado na revista nmero dois.
Queria aproveitar a oportunida-
de para parabeniz-los pelo ex-
celente trabalho desenvolvido.
Os assuntos da Revista tm aju-
dado a manter-nos informados
e atualizados no que diz respei-to a temas para os quais ,at en-
to, no existiam publicaes ao
nosso alcance. Grato.
Luiz Vanderlei
Chefe de Manuteno Eltri-
ca da Incomfral (Itana-MG)
Caro Luiz,
Ficamos felizes que voc es-teja satisfeito com nossa revis-ta. Com certeza, no nos esque-cemos dos inversores vetoriais
e, dentro em breve, publicare-mos uma matr ia bastanteabrangente sobre o assunto.Aguarde!
Mesa XY
Prezados Senhores,
Gostaria de saber como
posso adquir ir a mesa XY
mencionada na edio n 2
(ou outra mesa XY seme-lhante) para montagem de
uma minifresa. Obrigado.
Mauro Sollar
Caro Mauro, o fabricanteda mesa XY utilizada na edi-o n2 a OptronMicromecnica ptica Ltda,que fica em Campinas (SP)e os telefones de l so: (19)32874707 ou (19) 32893950.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
2/58
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20024
SEO DO LEITOR
Preciso e repetibilidade
Gostei muito da revista
Mecatrnica Atual. No entanto, no
artigo sobre encoders, quando o
autor pergunta se o leitor sabe adiferena de preciso, resoluo
e repetibilidade, fiquei com mais
dvidas!
Segundo o l ivro Instru-
mentao Eletrnica Moderna e
Tcnicas de Medio, dos au-tores Albert D. Helfrick e William
D. Cooper,preciso a medi-da do grau de reprodutividade
da medida, isto , para um de-
terminado valor da varivel, a
preciso a medida do grau de
afastamento entre vrias medi-das sucessivas. Exatido a
medida do grau de concordn-
cia entre a indicao de um ins-
trumento e o valor verdadeiro da
varivel sob medio. Logo,
fico na dvida com os concei-
tos de preciso e repetibilidade
apresentados no artigo. Vocs
poderiam esclarec-los me-
lhor?
Grato pela ateno e para-
bns pela revista!
Leandro
Prezado Leandro, preciso oparmetro que indica a diferenaentre um valor desejado e o valorreal. Por exemplo, voc quer cor-tar um pedao de fio de 10 mm,mas, ao invs disso, o faz com 11mm. A sua preciso nessa tarefafoi de 1 mm, no caso, para mais.
J a repetibilidade, como oprprio nome diz, a capaci-
dade de manter constante suapreciso. Voltemos ao exemploacima: sabemos que sua preci-so no corte de 1 mm, agorase torna necessrio cortar umnovo pedao de fio. Quantomais prximo de 11 mm elesair, tanto melhor suarepetibilidade.
bom lembrar que h casosonde a repetibilidade melhordo que a preciso. Esperamos teresclarecido a sua dvida.
Nmeros atrasados
Ol!
Primeiramente quero parabenizar vocs pela excelente idia dessas
novas Revistas Mecatrnica Fcil e Mecatrnica Atual. Sou fsico, eh muito tempo leio as revistas da Editora Saber. Os artigos descritos
nas Revistas (acima citadas) foram abordados de maneira simples, dire-ta e til, tornando agradvel e muito instrutiva sua leitura. Infelizmente,
no consegui encontrar nas bancas as revistas Mecatrnica Fcil e
Mecatrnica Atual doms de maro. Gostaria de saber como posso ad-
quirir essas edies atrasadas. Obrigado pela ateno, e mais uma vez,
parabns.
Arquimedes Luciano
Prezados Senhores,
Favor informar-me o procedimento de aquisio dos nmeros 1 e 2
da excelente Revista Mecatrnica Atual. Atenciosamente.P. Ohara
Caros, Arquimedes e Ohara,Obrigado pelos elogios e por prestigiar no somente as revistas de
Mecatrnica como tambm as demais publicaes da Editora. Quantoaos nmeros atrasados, estes podem ser adquiridos pelos sites das re-v is tas nos endereos: http: / /www. meca tronicaatual .com.br / edicoes.htm (Mecat rnica Atual) e http: / /www.mecatronicafacil.com.br/edicoes.htm(Mecatrnica Fcil) ou ainda pelo telefone(11)6192-4700. Se vocs preferirem, j possvel fazer a assinatura dasrev is tas, tambm at ravs dos s i tes http: / /www. mecatronicafacil.com.br/assinatura(Mecatrnica Atual) ehttp://www.mecatronicaatual.com.br/assinatura (Mecatrnica fcil) ou pelo telefone(11) 6192-4700.
Controlador Lgico Programvel
Caros Editores,
Meu nome Alex Ricardo Ferrer de Andrade, sou funcion-
rio da Companhia Energtica de So Paulo - CESP, e venho
atravs deste parabenizar meu recm- conhecido colega Paulo
Csar pelo interessante artigo publicado nesta conceituada re-
vista, que trata dos Controladores Lgicos Programveis (CLPs).
Como meu ramo de trabalho voltado diretamente s aplica-
es em Usinas Hidreltricas, gostaria de fazer uma pequena
observao no artigo apresentado, no que se refere tensousual empregada nos circuitos de comandos e controles dasmesmas, que de 125Vcc e no 115 Vcc conforme citado. Sem
mais, atenciosamente,
Alex Ricardo F. de Andrade
Caro Alex,Em primeiro lugar gostaramos de agradecer suas palavras
que, com certeza, servem de incentivopara aperfeioar cadavez mais esse trabalho. Com relao a tenso, voc est corre-to, o valor deve ser 125 Vcc e no 115 Vcc como estava noartigo.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
3/58
MECATRNICA ATUAL N4 - JUNHO/20026
NOTC IAS
A
E
A
Pulse apresentou uma nova srie de indutores
para conversores DC-DC que oferecem a menor
resistncia corrente direta (DCR) disponvel atual-
mente. Eles so compactos e robustos proporcionan-do aos projetistas grande flexibilidade sem a neces-
sidade de terminais. Os componentes tm apenas
7,36 mm de altura e foram projetados para monta-
gem em superfcie. Dentre as aplicaes possveis
para eles, citamos as relacionadas com telecomuni-
caes, controles industriais, automotivos e equipa-mentos com alta densidade de componentes. Encon-
tram-se disponveis em indutncias que vo de 0,45
Choques SMT de alta corrente para fontes DC
microhenries a 6,2
microhenries.
As quatro sries
(PA 1292, PA1294,PA1393 e PA1494)
tm faixas DCR de
0,38 miliohms a 1,
44 miliohms, resul-
tando em perdas
de apenas 0,16 W a 2,25 W. Os indutores apresentammaior armazenamento de energia (2,4 milijoules) com
a faixa de frequncias de 100 kHz a 2 MHz.
Bourns lana novo encoderde contatos digitais de 12 mm
transio na indstria de circuitos analgicos
para digitais exige alternativas para ospotencimetros rotativos. Em resposta, a Bourns
oferece o PEC11, um encoderincremental de 12
mm. O novo modelo completa a linha de produ-
tos que incluem os tipos PEC12 e PEC16.
Esses componentes consistem numa alter-nativa para o uso de encoderspticos em aplica-
es onde a blindagem no seja necessria. Tra-ta-se de um encoderpor contatos de preciso
em um invlucro quadrado compacto. Construdocom eixo e bucha de metal, o produto indicado
para aplicaes em ambientes rudes. O PEC11vem em verses de 12, 18 e 24 pulsos por volta.
Os comprimentos dos eixos podem ser de 15 mm,
20 mm, 25 mm ou 30 mm.
Dentre as aplicaes, destacam-se os con-
troles industriais, equipamentos de teste e medi-
das, equipamentos mdicos e de consumo.Mais informaes no site da empresa em:
www.bourns.com.
ste CI, lanado pela Microchip (www.microchip.com), usa um detector resistivo
para referenciar um alarme de rpm e, desse
modo, implementar um detector de falha de ven-
tilao sem a necessidade de software.
CI detecta falha de ventoinha sem a necessidade de software
O novo componente, denominado
TC670, vem em invlucro SOT-23 e exi-
ge uma corrente de apenas 90 A e
elimina a necessidade de que os ven-
tiladores sejam do tipo de 3 fios.
Novos conectores fio-a-fioreduzem custos
Tyco Electronics (www.tycoelectronics.com) lanou uma nova srie de conectores
AMP de 4,2 mm com a designao de Power
Economy (PE). O novo projeto para conexes
fio-a-fio que exigem um espao central de 4,2 mm
x 4,2 mm. O 4.2 PE disponibilizado com 2 a 24
posies e aceita um receptculo ou mesmomontagem em painel. Apesar desse conector se
casar com os AMP-DUAC e outros compatveis,ele mais barato. Dentre as aplicaes poss-
veis, esto as mquinas automticas de venda,
equipamentos industriais e comerciais, jogos, etc.
O 4.2 PE especificado para uma tenso de600 VAC e 9 ampres de corrente mxima (na con-
figurao de 2 posi-
es). Sua durabilidade
especificada para 50ciclos de uso. O
conector fabricado emnylon UL94V-2 com con-
tatos de lato prateado.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
4/58
NOTCIAS
7MECATRNICA ATUAL N4 - JUNHO/2002
NOTC IAS
Os mtodos comuns de deteco de nveis de l-
quido se baseiam normalmente no contato direto.No entanto, existem casos como, por exemplo, na in-
dstria de alimentos, em que este contato deve ser
evitado.
Uma nova famlia de sensores lanada pela Turckfoi projetada especialmente para fazer a deteco do
nvel de lquidos atravs das paredes de metal do re-
servatrio.
Esses sensores usam pulsos ultrassnicos de alta
freqncia que se propagam atravs de um gel de
Nova famlia de sensores detecta o nvel de lquidosatravs das paredes do reservatrio
acoplamento. Como o padro de reflexo depende da
densidade do meio que o lado oposto da parede doreservatrio apresenta, por estas reflexes poss-vel saber se do outro lado temos ar ou lquido, e por-
tanto detectar o nvel.
O sensor pode ser ajustado a condies especfi-
cas de uso como, por exemplo, a densidade ou tipo
do lquido. Outra de suas vantagens que no h
necessidade de se abrir o reservatrio para fazer seuposicionamento.
Mais informaes em: http://www.turck.com.br/
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
5/58
ELETRNICA
7MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
le chamadonormalmentede RS-485,
entretanto, seu nome oficial EIA-485 que reflete onome do comit que naquele tempo foi padronizado.
Esse padro ser logo revisado e se tornar a normaTIA/EIA-485-A.
O padro RS-485 baseado na transmisso dife-rencial de dados que ideal para transmisso em al-tas velocidades, longas distncias e em ambientespropcios a interferncia eletromagntica.
Ele permite a comunicao entre vrios elemen-tos participantes em uma mesma rede de dados.
Suas caractersticas bsicas so: Transmisso diferencial balanceada;
Caracterstica multipoint; Apenas uma fonte simples de +5V para alimen-
tar os circuitos de transmisso e recepo; Transmisso de dados em modo comum com
tenses de 7V at +12V. At 32 participantes (cargas); Transmisso de dados em at 10 Mbps em uma
distncia mxima de 12 metros; Distncia mxima de 1200 metros em 100 Kbps.As interpretaes de suas especificaes e as
caractersticas do padro variam de fabricante parafabricante, porm, essas especificaes tm queser seguidas pelos fabricantes dos chips deimplementao do padro. Podemos citar, por exem-
plo, a redes Fieldbus quetransmitem em RS-485 em
12 Mbps em 100 metros.Uma aplicao tpica darede RS-485 mostrada nafigura 1.
ESPECIFICAESBSICAS DO PADRO
RS-485
O circuito de Driverqueimplementa a rede RS-485 garantido pela diferenade tenso em seus termi-
Neste artigo abordaremos o padro decomunicao EIA-485, suas especificaese seus limites prticos. E veremos o porqudela ser a rede mais utilizada em ambienteindustrial nos dias de hoje.
Figura 1 - Uma aplicao tpica da rede RS-485.
Juliano Matias
E
ELETRNICA
7MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
6/58
ELETRNICA
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20028
nais nas seguintes confi-guraes: sem carga, car-ga mnima com 2 estaes(tambm conhecidas comons) e na sua configuraomxima com 32 estaes(figura 2). Os termos utili-zados como refernciapara as tenses, so:
VOA Tenso de sadaem referncia ao terra.
VOB
Tenso comple-mentar de sada em rela-o ao terra.
VOD Tenso de sadadiferencial (VOA VOB).
VOS Tenso de off-set,
tambm chamada de VOC.VCM
Tenso de VOA
eVOB, incluindo qualquer di-ferena entre terras e ru-dos eltricos.
Podemos ver, na tabe-la 1, as tenses padrespara cada aplicao dostestes.
Tambm condioque o driverno poder serdanificado caso as sadasentrem em curto ou em po-
tenciais que estejam entreas tenses em modo comum de 7V at +12V. E quan-do os terminais de sada entrarem em curto, a corren-te mxima no poder ultrapassar 250 mA.
O Data Rate dos componentes tem influncia navelocidade da transmisso dos dados em cada esta-o. Os tempos de subida (ts) e o tempo de descida(td) do sinal tm que ser no mximo de 0,3 da unidadede tempo. Uma rede em 10 Mbps tem um intervalo detempo de 1/10 M, isto , 100 ns, ento, os tempos emquesto (ts e td) devem ser no mximo de 33 ns.Para 100 kbps em 1200 m o tempo do sinal de100 ms, ento seu tempo ts e td deve ser no mxi-mo de 3,3 ms.
Existem tambm especificaes em relao a car-ga que cada n ir consumir do bus, e essasespecificaes servem para o Circuito de Entrada epara o Circuito de Sada. Um total de quatro pontos sorelevantes nessa especificao, conforme figura 3:
Corrente de Entrada (IN) em +12 V = -0,8 mA; IN entre 3 V e 7 V deve ser entre 0,8 mA e 0 mA.A rea sombreada define a impedncia do circuito
de entrada e, como a transmisso diferencial, te-
mos que o mdulo tem que ter uma impedncia de nomnimo 10,6 k(+19 V/1,8 mA). O padro no espe-cifica uma impedncia definida,s que ela tem que estar den-tro da rea sombreada.
O Circuito de Entrada dosinal dever assumir um nvellgico 1 sempre que a diferen-a das tenses de entradas(normal e a complementar) formaior que 200 mV, e assumir onvel lgico 0 se a diferenade tenses for menor que 200
Figura 2 - O circuito de Driver.
Tabela 1 - Tenses padres para cada aplicao dos testes.
Figura 3 - Pontosrelevantes.
Figura 4 - Representao grfica.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
7/58
ELETRNICA
9MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
mV. Uma representao grfica mostrada na figura4. Nesse grfico, a rea azul claro representa o nvellgico 1 e a rea azul escuro representa o nvel lgi-co 0.
Com o nvel aceitvel de 200 mV e o mnimo de1,5 V do Circuito de sada, do uma margem de 1,3 Vpara erro. Uma vez que o cabo normalmente um partranado, rudos eltricos so cancelados devido operao diferencial. O resultado um barramento quepermite uma alta taxa de transmisso aliada a umatima imunidade contra interferncias externas.
Nem sempre prtico seguir todas essasespecificaes (fora outras que no foram citadas).Os dispositivos podem conter limitaes, e as aplica-es no precisam ser totalmente compatveis coma norma ou at mesmo existir alguma especificaomelhor do que o que norma pede.
Normalmente, a especificao mnima quandose fala das especificaes de tenses nos circuitosde sada do sinal (VOD1, VOD2, IOS, VCM, VTH). Alguns chipsde implementao do RS-485 programam um maiornmero de ns e outros chipsaumentam a velocida-de da rede, mas nenhum deles foge s especificaesbsicas da rede.
IMPLEMENTAO
Topologia: RS-485 defi-nido como um barramentoMulti Ponto (figura 5). Issoquer dizer que vrios equipa-mentos (ns) podem ser liga-dos rede ao mesmo tempo(seguindo as especificaes).Normalmente, um equipamen-to em RS-485 possui recursosde transmitir e receber dados,pois tem os dois circuitosimplementados, mas isso no uma regra, pois existemequipamentos que s transmi-tem ou s recebem informa-
es. Na prtica, se o equipa-mento s enviar ou s rece-ber, isso acabar prejudican-do a performance do sistema,pois uma comunicao bemimplementada deve serbidirecional.
Durante uma comunica-o somente um n poderenviar dados por vez, isto ,ele tem o controle da redenaquele momento. Com isso,enquanto ele envia os dados,
todos os outros participanteso recebem e somente o n endereado pelo pacotede dados responde ao n que enviou a requisio. Naprtica, cada n tem o seu endereo ajustvel porhardware ou software e, ao ouvir um pacote de da-dos enviado pelo n que tem o controle da rede na-quele momento, o n de destino responde para todosincluindo o que fez a requisio da mensagem, po-rm, s o controlador interpreta os dados.
A estrutura em anel poder ser implementada (fi-gura 6). Precisaramos para cada n de dois circui-tos RS-485. Uma estrutura em anel utiliza comunica-o ponto a ponto entre os seus vizinhos (analisandopor esse lado o protocolo em anel pode serimplementado em uma rede RS-485 ponto a ponto).Um exemplo de uso em anel de uma rede RS-485 arede de cho de fbrica Interbus, que possui em cadan duas portas de comunicao RS-485. Caso vocpretenda criar uma rede RS-485 em anel, eudesaconselho, pois muito trabalhoso e caro ter porn dois circuitos de implementao RS-485. H ou-tros protocolos eltricos mais fceis de seremimplementados nesse caso.
A estrutura em estrela tambm desaconselhvel, pois, todos os ns esto nas ex-
Figura 5 - Barramento Multi Ponto.
Figura 6 - Estrutura em anel.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
8/58
ELETRNICA
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20021 0
tremidades da rede fazendo com isso que os stubstenham uma distncia muito grande, causando pro-blemas de reflexo dos sinais de dados (figura 7).
Portanto, podemos concluir que, sem dvida ne-nhuma, a topologia mais utilizada em RS-485 a debarramento.
Stubs:a norma RS-485 pede que os stubstenham omenor comprimento possvel. Um stub a distncia en-tre o n e o busde dados, ou entre o n e o resistor determinao, como mostra a figura 8. No existe umadistncia mxima estipulada pela norma, mas stubsgran-des significam perda da quali-dade do sinal. Esse efeito re-duzido controlando a taxa detransmisso dos dados.
A regra geral que o stubdeve ser menor que 1/3 do
tempo de transmisso. Porisso que transmisses maislentas permitem stubsmaio-res e transmisses mais rpi-das stubsmenores.
Nmero de ns: O padro 32 ns, definidos pelas cor-rentes e impedncias do Cir-cuito de Entrada e do Circui-to de Sada do Driver, porm,se a impedncia do Circuitode Entrada for maior, pode-secom isso aumentar o nmero
de ns na rede.Terminao: A norma es-
tipula um resistor de 120 em paralelo com os ns daextremidade do barramento.Com isso, temos que aimpedncia do cabo vai de100 at 120 . Outras ter-minaes podero serimplementadas, porm as ve-remos adiante neste artigo.
Falha no barramento: ORS-485 projetado para serimune a vrios tipos de falhasassociadas ao ambiente emque est o cabo de comuni-cao, tais como rudos el-tricos (provenientes deinduo eletromagntica) ouat mesmo diferena de po-tencial entre os terras dos nsda rede. Na prtica, umarede robusta tanto que umas das mais utilizadas naindstria nos dias de hoje.
Velocidade de transmisso: At ento os limi-tes eram 10 Mbps em 12 metros e 100 Kbps em12000 metros. Com o avano da tecnologia, esseslimites tendem a aumentar (como j tm aumenta-do). Em longas distncias, o fator determinante pelo tempo de resposta do cabo empregado na apli-cao. Normalmente, um cabo de 100 possui umatraso de 5ns/metro, com isso 1200 metros de caboter um atraso de 6 s, que limita a velocidade em333 Kbps (166 Khz), isso sem contar com os atra-sos da eletrnica de cada n da rede. Em 30 metros
o atraso de 150 ns, e com esseatraso um Driver ideal capaz dechavear em at 10 Mbps, teorica-mente.
TERMINAES EM
LINHAS DE TRANSMISSODE DADOS
A norma que especifica os tiposde terminaes a AN-903.
Existem basicamente sete tiposdiferentes de terminaes diferen-tes, so elas:
Sem terminao; Srie/Backmatch; Paralela; AC; Com alimentao (Failsafe);
Failsafealternada; Bidirecional.No entraremos em detalhes de
cada uma delas, mas na tabela 2,vocs observam um quadro com-parativo dos sete tipos de termina-o.
Na figura 9 vemos um quadrocomparativo dos tipos de termina-es.
Tabela 2 - Quadro comparativo dos tipos de terminaes.
Figura 7 - Estrutura em estrela.
Figura 8 - Stub.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
9/58
ELETRNICA
1 1MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
Figura 9 - Quadro comparativo dos tipos de terminaes.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
10/58
ELETRNICA
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20021 2
PROTEO CONTRA DES-CARGAS
ATMOSFRICAS
Um fator muito importantequanto especificao de um sis-tema no padro de comunicaoRS-485 a proteo eltrica dosns da rede.
Como vocs viram, a rede RS-485 permite em alguns casos umadistncia de at 1200 m. Equipa-mentos com essa distncia decabo constituem-se em tima fon-te de queima de equipamentosdevido a descargas atmosfricas,ainda mais nos meses de dezembro, janeiro e feverei-
ro, meses em que o ndice de raios aumenta abrupta-mente.Hoje em dia, as pessoas esto tomando cincia
do problema da sobretenso nas indstrias, e estoprotegendo seus equipamentos por todos os lados:pela alimentao, pela comunicao (RS-485), pelossensores do campo, enfim, fazendo um trabalho queat algum tempo atrs ningum se preocupava emexecutar. Eu mesmo conheci uma empresa que, devi-do ao problema de falta de verba no momento, com-praram 15 protetores para a rede RS-485 com o intui-to de proteger 18 ns de rede, resultando que 3 nsficaram sem proteo. Na semana seguinte sobreveio
uma descarga atmosfrica no lo-cal e, parece brincadeira, queima-ram justamente os trs que nohaviam sido protegidos. Comesse ocorrido voc pode perce-ber a importncia da proteocontra sobretenso nos equipa-mentos eletroeletrnicos.
Vejam na figura 10 um prote-tor para rede RS-485 da empresaPhoenix Contact.
COMPARAO ENTRE OSPADRES RS-232 e RS-485
Citamos na tabela 3, a se-guir, as principais caractersticas do padro RS-232 e
do padro RS-485 para que vocs possam fazem umacomparao.
APLICAES PRTICAS
Enfim, como implementaremos o protocolo RS-485 em nossa aplicao? Essa pergunta respondi-da com outras perguntas, tais como:
Qual nvel de implementao a aplicao pre-cisa?
Essa pergunta muito pertinente, pois, dependen-do da aplicao podemos querer incorporar eletroni-
Tabela 3 - Principais caractersticas dos padres RS-232 e RS-485.
Figura 10 - Protetor para rede RS-485.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
11/58
ELETRNICA
1 3MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
camente um circuito que faa afuno do Driver de comunicaopara a rede RS-485 ou, caso nohaja a necessidade de mexer naeletrnica do circuito, poderemosadquirir um hardware externo so-mente para a funo de comuni-cao de dados. Para a primeiraaplicao temos vrios fornece-dores de chips para a imple-mentao do padro RS-485.
O sistema atual j se comu-nica em RS-232?
Bom, se o sistema j se co-munica em RS-232, isso meiocaminho andado, pois existem no
mercado empresas que fazemconversores de protocolos eltri-cos RS-232/RS-485, como ocaso do conversor da figura 11,da empresa Phoenix Contact.No nos esqueamos que o pa-dro RS-232 full-duplex e co-municao ponto a ponto, e queo RS 485 half-duplex e MultiPonto, isto , no somente aconverso do protocolo eltrico,mas tambm a alterao no pro-grama que acessa a porta serial
RS-232.
Voc quer apenas aumentara distncia de comunicaoentre os ns da rede?
A distncia pode ser aumen-tada dentro de alguns limites,pode-se ver junto ao fabricantedos chipsda mquina. Mas, in-dependentemente desse fator,pode-se aumentar a distncia uti-lizando para isso Fibras ticasde vidro (Multimodo e Mono-modo). Na figura 12 apresen-tado um conversor de sinal RS-485 conexo em cobre para co-nexo em Fibra tica de vidroMultimodo, da Phoenix Contact.
Voc fez um programa noseu PC e quer criar ou acessaruma rede RS-485?
Aqui h duas opes. A pri-meira acessar a porta RS-232do PC e depois converter o sinal
eltrico para RS-485, como ci-tado acima.
Ou voc pode adquirir umaplaca para PC com interfaceRS-485, normalmente essasplacas so chamadas de pla-cas Multi-Port, e elas podem terde 2 at 16 portas de comuni-cao serial RS-485.
Voc quer acessar umaoutra rede RS-485 a partir deum sistema Fieldbus?
Normalmente em redes dotipo Fieldbus temos a necessi-dade de troca de informaescom outras redes, para isso
necessrio primeiramente utili-zar um conversor de protocoloeltrico. Na figura 13 temos umexemplo de um mdulo paraRS-485 utilizado na redeInterbus.
H a necessidade de seisolar dois segmentos deuma mesma rede eletrica-mente?
Eventualmente, em decor-rncia da diferena de potenci-
ais entre dois painis eltricos,se faz necessria a isolaoeltrica de dois segmentos derede e para isso existemmdulos especiais onde en-tram RS-485 e saem RS-485,porm isolados (figura 14).
CONCLUSO
RS-485 um padro bemdefinido com vrias aplicaesem comunicao Multi-Ponto.E desde que corretamentemensurados, os limites impos-tos pelo padro podem ser su-perados como acima explicado. o maior protocolo eltrico uti-lizado em redes Fieldbus, poisalcanamos grandes distnci-as, uma maior velocidade decomunicao, e uma rede ro-busta quando pensamos emimunidade a rudos eletromag-nticos.l
Figura 11 - Conversor de protocolo eltricoRS-232/RS-485, da Phoenix Contact.
Figura 12 - Conversor de sinal RS-485 conexoem cobre para conexo em Fibra tica de vidro
Multimodo, da Phoenix Contact.
Figura 13 - Mdulo para RS-485 utilizado narede Interbus, da Phoenix Contact.
Figura 14 - Mdulo especial onde entra RS-485 e sai RS-485, porm isoladamente.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
12/58
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20021 4
ROBTICA
efetuador apropriado segundo as ca-
ractersticas da pea a ser
manuseada.
Geralmente, os efetuadores so
projetados para uma aplicao espe-
cfica, embora tambm existam r-
gos terminais universais, teis para
uma diversidade de tarefas. Porexemplo, um efetuador destinado a
pegar um lpis (colocado sobre uma
mesa em uma orientao qualquer)
para desloc-lo e deposit-lo numacaixa, dever ser diferente de outro
destinado a segurar o mesmo lpis,
mas com o intuito de escrever com
ele sobre uma folha de papel.
ACIONAMENTO E MEDIO
Independentemente do tipo ou
modelo de efetuador, existem diver-
sos mecanismos e princpios de
acionamento que so implementados
para o manuseio adequado da pea
a manipular.
Por exemplo, um efetuador pode
consistir de uma garra de trs dedosque se fecham sobre o objeto. Nes-
se caso, o movimento dos dedos
pode ser originado atravs de um
motor eltrico, onde so utilizados,
em geral, pequenos motores D.C. de
m permanente ou motores de pas-
so. A rotao do eixo do motor
transmitida e convertida em deslo-
camentos dos dedos atravs de
mecanismos que podem ser parafu-sos de acionamento, sistemas de
polias ou trens de engrenagens. Nes-
ses casos possvel controlar a
abertura dos dedos de maneira tal a
poder segurar objetos de diferentes
dimenses e formas eficientemente,
dentro dos limites lgicos dados pelo
tamanho do efetuador.Em outros casos, o deslocamen-
to dos dedos implementado por
meio de pistes pneumticos. Em
geral, muito difcil controlar a posi-
o da haste nesses dispositivos
Nas edies anteriores (ver Mecatrnica Atual
nmeros 2 e 3) foi abordado o tema de robs
manipuladores, incluindo a sua definio,
diferentes tipos de estruturas e dis-
positivos componentes.
sentena que diz: nenhum
homem uma ilha tam-
bm pode ser aplicada aos
robs manipuladores. Efe-
tivamente, o objetivo nesse tipo de
robs interagir com seu ambiente
deslocando um objeto, uma ferramen-
ta ou algum dispositivo especial, que
pode ser uma cmera de vdeo den-tro do seu espao de trabalho. Para
isso, precisa ter em algum ponto da
sua estrutura fsica algum dispositi-vo especial que permita tal interao.
Esse dispositivo conhecido com o
nome de rgo terminal ou efetuador.
O efetuador o encarregado, portan-
to, do manuseio concreto da pea a
manipular, estando o restante da es-
trutura do rob manipulador destina-
do a posicion-lo e orient-lo da ma-
neira adequada.
Na maioria dos casos, o efetuador
fixado no extremo do ltimo elo,
naquela parte do manipulador conhe-
cida com o nome de punho. O punho
possui, em geral, trs juntas de rota-
o, conhecidas pelos nomes de
yaw, pitch e roll, respectivamente,
que permitem orientar o efetuador
numa direo qualquer. Em quase
todos os robs manipuladores comer-
ciais, o punho est projetado para a
fcil remoo e troca do dispositivo
efetuador de maneira tal que para
efetuar tarefas similares, que pos-
sam ser realizadas pelo mesmo
manipulador, possa ser colocado o
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
13/58
1 5MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
ROBTICA
1 5MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
ROBTICA
devido a que, por ser o arcompressvel, no existe a possibi-
lidade de um controle simples e efi-
ciente da posio da haste do pis-
to. Por tal motivo, esses efetuadores
funcionam maneira de bang-bang,
isto , possuem apenas duas posi-es dos dedos, abertos e fechados,
determinadas pelos limites mecni-
cos da haste do pisto.
Outros princpios de acionamento
para efetuadores incluem eletroms,
ventosas a vcuo, pistes hidruli-cos, entre vrios.
Em diversas aplicaes o
controlador precisa conhecer algu-
mas grandezas fsicas que dizem
respeito ao ambiente ou ao objeto a
ser manipulado. Por exemplo, para o
manuseio de objetos frgeis, ne-cessrio controlar no apenas a aber-
tura dos dedos da garra como tam-
bm a fora que eles exercem sobre
o objeto segurado. Nesses casos, os
efetuadores possuem algum tipo de
sensores de fora, em geral strain
gauges, nas extremidades dos seus
dedos, e algum sensor de posio,
em geral encoders ticos
incrementais, solidrios com o eixo
do motor de acionamento. Em outras
situaes necessrio medir a for-a exercida sobre algum objeto do
ambiente, por exemplo quando o
manipulador segura um lpis para
escrever sobre um papel, uma ferra-
menta para riscar um vidro, ou ainda
uma ponta de solda. Em tais situa-
es a fora a ser medida a que o
ltimo elo imprime sobre a superf-
cie onde se apoia o objeto ou ferra-
menta, e para isso so utilizados
strain gauges no punho domanipulador, que informam ao
controlador no apenas sobre a in-tensidade da fora exercida, mas
tambm sobre sua orientao de ma-
neira tal a poder orientar o efetuador
perpendicularmente superfcie e
exercendo a fora adequada. Outros
sensores utilizados em efetuadores
podem ser sistemas de viso digi-
tais inseridos neles, que permitiro
ao controlador posicion-lo e orient-
lo de maneira adequada segundo a
orientao do objeto a ser manipula-
do, analisando a imagem fornecida
pela cmera.
CLASSES DE EFETUADORES
Independentemente da forma de
acionamento e dos sensores presen-
tes nos diferentes tipos de
efetuadores, possvel estabelecer
uma classificao segundo as diver-
sas funes para as quais os
efetuadores so projetados.
Assim, os vrios tipos podem ser
classificados em duas categoriasprincipais:
1 Garras2 Ferramentas.
A seguir sero abordados ambos
tipos de efetuadores.
Garras
As garras so efetuadores desti-
nados a pegar e segurar objetos para
seu deslocamento dentro do espao
de trabalho do manipulador. Esses
objetos podem ser pequenos e fr-
geis, como o caso de componen-
tes eletrnicos que so montados
numa placa de circuito impresso
pelo rob, ou ainda pesados e ro-
bustos como os carros que so
deslocados de uma parte a outra
da l inha de produo de uma
montadora. Em outros casos, os
manipuladores podem visar o des-
locamento de objetos tais como
caixas de papelo, garrafas, mat-rias primas e inclusive ferramentas.
Cabe destacar que o fato da garradeslocar uma ferramenta com a
qual trabalhar sobre uma pea de-
terminada, no converte o
efetuador em uma ferramenta em
si, mas continua sendo uma garra
que segura uma ferramenta; a van-
tagem de utilizar garras em vez de
usar ferramentas como efetuadores
(caso que ser tratado na seo
seguinte) se evidencia quando o
servio exige que vrias ferramen-
Figura 1 - Garra de dedos paralelos comengrenagens e cremalheira.
Figura 2 - Garra acionada por came.
Figura 3 - Garra acionada por parafuso.
Figura 4 - Garra acionada por sem fim.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
14/58
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20021 6
ROBTICA
tas sejam manipuladas pelo rob
durante o ciclo de trabalho. Obvia-
mente, esta soluo melhor doque empregar vrios robs com
vrias ferramentas diferentes como
efetuadores. Um exemplo desse
tipo de aplicao pode ser obser-
vado em uma operao de
rebarbamento de uma pea deter-minada, na qual vrios tamanhos
e geometrias diferentes de ferra-
mentas de rebarbamento deveriam
ser usadas para atingir adequada-
mente todas as superfcies da pea
de trabalho. A garra serve, portan-
to, como dispositivo de troca rpi-
da.
H diversos princpios fsicos nos
quais se baseiam as garras para a
operao de pegada do objeto. O mais
conhecido, mas no o nico, o
mecnico, onde alguns dedos sefecham para segurar o objeto a ser
deslocado. Mas existem outros prin-
cpios que so utilizados. Em segui-
da ser apresentada uma classifica-o dos diferentes tipos de garras
segundo o princpio de trabalho utili-
zado, e independentemente do sis-
tema de acionamento do efetuador.
1) Garras com dedos de movi-
mentao mecnica
2) Garras a vcuo
3) Eletroms ou garras ativadas
eletromagneticamente
4) Ganchos tipo de guindaste5) Adesivos ou garras feitas com
material adesivo.=
1) Dedos acionados mecanica-mente:
As garras mais comuns possu-
em em geral dois ou trs dedos, os
quais se abrem e fecham mecanica-
mente. Os dedos so os apndices
da garra que fazem, de fato, contato
com o objeto a manipular. Em alguns
casos as garras so projetadas parater dedos substituveis de maneira
tal a facilitar sua troca, adequando-
os ao formato e tamanho da pea a
ser segurada.
Existem basicamente duas ma-
neiras de segurar a pea na garra. A
primeira por constrio fsica da
pea entre os dedos. Nessa aborda-
gem os dedos envolvem a pea de
forma tal a abarcar a maior superf-
cie possvel, impedindo assim o seu
movimento ou queda. Para isso,
deve-se projetar a superfcie de con-tato dos dedos em forma aproxima-
da segundo a geometria da pea. Em
alguns casos, dedos articulados tam-
bm podem se adaptar aproximada-
mente forma da pea. A outra ma-neira de segurar a pea por atrito
entre os dedos e a mesma. Nesta
abordagem, bem mais comum do que
a primeira, os dedos aplicam uma
fora suficiente para reter a pea
contra a gravidade, acelerao, ou
qualquer outra fora que ela possa
sofrer durante a aplicao. A pres-
so no contato deve ser suficientepara provocar um atrito que anule a
gravidade e as outras foras atuan-
tes, mas no demasiada de modo a
provocar danos na pea. Para isso,
os dedos ou as almofadas presas
nos seus extremos so fabricados,
em geral, de um material relativa-
mente macio para no quebrar nem
arranhar a pea, o qual tende a au-
mentar o atrito entre ela e a superf-
cie de contato do dedo.
Dependendo do projeto da garra,existem diversas formas de movi-
mentar os dedos. Assim, podem se
classificar as garras com dedos se-
gundo o movimento realizado na
abertura e fechamento. H os dedos
que se deslocam linearmente, apro-
ximando-se e afastando-se em for-
ma paralela, e tambm os dedos que
se abrem e fecham girando ao redor
de um piv, que pode ser comum
para todos os dedos ou no. Outras
especificaes que o projetista deve
considerar de maneira a adaptar agarra s especificaes do trabalho
requeridas, so os ngulos de aber-
tura mxima e mnima, ou as distn-
cias de abertura mxima e mnima,
o comprimento dos dedos, se exis-tem articulaes intermdias em
cada dedo ou no, entre outras ca-
ractersticas possveis.
Alm disso, como foi menciona-
do na seo anterior, o acionamento
da garra para ela abrir e fechar os
dedos pode ser fornecido por diver-
sos tipos de atuadores. Dependendo
Figura 5 - Desenho de garra movimentadapor motor de dedos paralelos.
Figura 6 - Duas garras acionadas por motor de dedos paralelos.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
15/58
1 7MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
ROBTICA
1 7MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
ROBTICA
do atuador utilizado, podem se clas-
sificar as garras com dedos como
mecnicas, hidrulicas ou pneum-
ticas.
As garras mecnicas so aque-las movimentadas por um motor el-
trico. Em geral, so utilizados peque-
nos motores D.C. ou motores de pas-
so com algum tipo de sistema de
transmisso que transforme o movi-
mento de rotao do eixo no movi-
mento dos dedos. Os sistemas de
transmisso que unem o eixo do
motor com os dedos podem ser cons-
titudos por correias e polias, corren-
tes e engrenagens, parafusos de
acionamento, e cames. Com algumsensor de posio, que pode ser um
encodertico incremental, pode-se
medir o ngulo do eixo do motor, sen-
do assim possvel controlar esse n-
gulo e, portanto, o nvel de abertura
dos dedos, em ngulo ou distncia.
Tambm podem ser colocados nas
extremidades dos dedos sensores
de fora, permitindo assim controlar
a presso exercida sobre o objeto a
ser manipulado, possibilitando o
manuseio de peas frgeis sem ris-
co de serem quebradas. Essessensores costumam ser colocados
em pequenas almofadas coladas nas
extremidades dos dedos. Nas figu-ras 1 a 6 seguintes mostramos algu-mas garras de dedos, tpicas, movi-
mentadas por motores
Como j foi mencionado, existem
garras acionadas pneumaticamente.
Nesses casos, o mais comum uti-
lizar pistes de efeito simples. Uma
eletrovlvula que controla a passa-
gem de ar comprimido permite que ahaste do pisto seja empurrada ou
puxada caso seja permitida ou no a
passagem de ar. Sendo extremamen-
te difcil controlar a posio da has-
te em pistes pneumticos, devido
compressibilidade do ar, eles cos-
tumam ser usados entre seus dois
finais de curso, isto , como
atuadores do tipo bang-bang. Algumtipo de sistema de transmisso
translada este movimento linear aos
dedos. Por tal motivo este tipo de
garras utiliza os dedos em apenas
duas posies, abertos ou fechados.
Na abertura do artigo, mostrada afoto de uma garra de dedos de des-
locamento linear fabricada pela
FESTO. Observe tambm as figuras
9 e 10.
Como atuadores hidrulicos utili-
zam-se, em geral, pistes hidruli-cos de duplo efeito. Eles so utiliza-
dos da mesma maneira que os pis-
tes pneumticos, com a diferena
que essas garras possuem um ta-
manho, uma velocidade de resposta
e uma fora muito maiores, sendo
portanto empregadas apenas para omanuseio de objetos pesados.
2) Garras a vcuo:As garras a vcuo esto confor-
madas por copos de suco ou ven-
tosas, conectadas a uma bomba de
vcuo atravs de uma eletrovlvula.
Quando a eletrovlvula acionada,
o ar puxado pela bomba, criando
um vazio na ventosa que, dessa
maneira, adere pea em contato.
Os requisitos usuais que devem ob-servar os objetos a serem manusea-
dos que devem ser planos, lisos e
limpos, condio necessria para
formar um vcuo satisfatrio entre o
objeto e as ventosas.
Para o transporte e manuseio de
objetos duros, como podem ser pran-
chas de ao, por exemplo, os copos
de suco se fabricam com um ma-
terial elstico, tal qual borracha ou
plstico macio; entretanto, para omanuseio de objetos macios, como
podem ser bobinas de tela, por exem-plo, os copos so feitos de um ma-
terial duro, em geral algum tipo de
metal adequado.
O peso que a garra a vcuo pode
transportar depende da presso
exercida pela bomba de vcuo e da
superfcie da ventosa. Em certos
casos, por exemplo quando grandes
pranchas precisam ser transporta-
das, comum que o efetuador este-
ja conformado por uma garra de vri-
as ventosas, aumentando assim a
rea de contato.
Figura 7 - Garra movimentada por pisto pneumtico de efeito simples.
Figura 8 - Garra de dedos paralelos movimentados por um pisto de efeitos
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
16/58
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20021 8
ROBTICA
Entre as vantagens apresentadas
pelas garras a vcuo, podem sermencionadas que exigem apenas
uma superfcie para pegar a pea,
fazendo-as adequadas para pegar
lminas de vidro ou metal, por exem-plo; seu peso relativamente leve, pelo
menos se as compararmos com as
garras mecnicas com dedos; e fi-
nalmente, pode-se apontar que so
aplicveis a uma grande quantidade
de materiais. A desvantagem bvia
que s podem ser utilizadas em
objetos que apresentem uma super-fcie plana, alm de terem uma rea
maior que a rea das ventosas, o que
provoca que as garras a vcuo se-
jam inadequadas para a manipulao
de objetos muito pequenos ou comformas irregulares. Veja nas figuras11
e 12, exemplo de garra a vcuo.
3) Eletroms e garras magn-ticas:
As garras magnticas tm um for-
mato similar s garras a vcuo, coma diferena bvia que no lugar de
ventosas possuem eletroms ou ain-
da ms permanentes. As garras
magnticas representam um meio
muito razovel de manipulao de
materiais ferromagnticos. Inclusive,
dependendo da potncia domanipulador, possvel carregar ob-
jetos to pesados como carros. Os
objetos a serem transportados, tam-
bm neste caso, devem apresentar
pelo menos uma superfcie plana
onde o m poder fazer contato f-sico.
Algumas vantagens apresenta-
das pelo uso de eletroms so:
- os tempos de pegada so muito
rpidos;
- pequenas variaes no tamanhoda pea geralmente so perfeitamen-
te toleradas;
- estas garras so, em geral,
projetadas para diversos tipos de
peas, sendo, portanto, mais univer-
sais do que as garras a vcuo;
- elas tm capacidade de manu-sear peas metlicas com furos (o
que no possvel fazer com garras
a vcuo);
- e com respeito s garras de de-
dos, tambm tm a vantagem queprecisam apenas uma superfcie de
contato para a pega.
A grande desvantagem, obvia-
mente, que s servem para mani-
pular objetos de material
ferromagntico.Algumas garras magnticas so
fabricadas com ms permanentes.
Quando necessrio soltar a pea,
um pisto pneumtico a empurra at
afast-la da zona de atrao do cam-
po magntico. Este mtodo s uti-
lizado para o manuseio de objetos
relativamente pequenos e duros, por
exemplo placas de ao. Veja figura
13.
4) Ganchos:
Em muitas aplicaes onde preciso transportar volumes pesa-
dos, tais como grandes pacotes,
mveis, mquinas e outros tipos de
cargas pesadas em geral, as garras
estudadas at agora podem mostrar-
se inadequadas. Em alguns casos
pode ser devido forma irregular da
pea, o que elimina a possibilidade
de usar garras a vcuo. Em outros
casos, o material da pea pode noser ferromagntico, o que elimina as
garras magnticas. O peso dela pode
inviabilizar o uso de delicadas gar-
ras de dedos mecnicas, entre ou-
tros motivos possveis. Um simples
gancho semelhante aos utilizados
nos guindastes, sempre assumindo
que a estrutura restante do
manipulador possui a fora suficien-
te, resolve a situao.A vantagem deste sistema a
sua versatilidade, devido a que no
preciso trocar o efetuador se mu-
dar a pea a ser transportada. Uma
desvantagem evidente que a pea
precisa ter algum ponto onde o gan-cho possa peg-la, por exemplo uma
amarra. Outra grande desvantagem
deste sistema que s serve para
transporte, mas no para o manuseio
da pea de um jeito mais complica-
do, por exemplo, orientando-a de
maneira adequada para ser deposi-tada no destino numa posio deter-
minada.
5) Garras adesivas:As garras adesivas utilizam como
princpio de pegada do objeto uma
Figura 11 - Garra vcuo com duasventosas.
Figura 12 - Ventosa vcuo da FESTO.
Figura 9 - Garra de dedos paralelos dedeslocamento linear movimentadas por
pistes de duplo efeito.
Figura 10 - Garra de dedos de deslocamen-to angular, fabricada pela Festo.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
17/58
1 9MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
ROBTICA
1 9MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
ROBTICA
substncia adesiva. Sua aplicaoprincipal na manipulao de teci-
dos e outros materiais leves que di-
ficilmente poderiam ser carregados
utilizando outros tipos de garras, seja
por no apresentarem uma superf-
cie lisa o suficiente para serem pe-gas por garras a vcuo, ou por no
serem feitas de materiais
ferromagnticos, entre outras razes
possveis. Uma das limitaes do
emprego das garras adesivas que
elas perdem sua adesividade pelouso repetido, diminuindo sua
confiabilidade como dispositivo de
pega com cada ciclo sucessivo de
operao. Para contornar esta limita-
o, em geral projetam-se essas gar-
ras como uma fita contnua sobre a
qual depositado o material adesi-vo. Essa fita vai sendo enrolada a
cada operao, exatamente como
acontece com as fitas de tinta das
mquinas de escrever. O dispositivo
que sustenta essa fita e o mecanis-
mo para enrolar ficam presos no pu-
nho do manipulador.
Ferramentas
Como j foi mencionado anterior-
mente, em algumas aplicaes exis-te a necessidade de operar sobre
uma determinada pea, aumentan-
do o valor agregado dela. Nesses ca-
sos, podem ser utilizadas ferramen-
tas de trabalho como dispositivos
efetuadores, onde o manipulador
desloca tal ferramenta no lugar da
pea a ser trabalhada, agora presa
em um local fixo. Em alguns casos
utiliza-se algum tipo de garra para as
operaes de pega e manipulao daferramenta, com a conseqente van-
tagem de permitir a utilizao de maisde uma ferramenta especfica duran-
te o ciclo de trabalho, por exemplo
quando furos de diversos tamanhos
devem ser feitos sobre uma pea, o
que exige a troca das brocas. A utili-
zao de uma garra possibilita a tro-
ca das ferramentas, o que facilita o
manuseio e a troca rpida de vrias
delas.
Mas, na maioria das aplicaes
dos robs manipuladores nas quais
utiliza-se uma ferramenta como
efetuador, ela presa diretamente no
punho do manipulador. Nesses ca-
sos a ferramenta o prprio
efetuador, o rgo terminal destina-
do a trabalhar sobre a pea. Alguns
exemplos de ferramentas usadas
como efetuadores em aplicaesrobticas incluem:
- Pontas de solda para soldagem
a ponto.
- Maaricos para soldagem aarco.
- Bicos para pintura por pulveri-
zao.
- Mandris para operaes como:
- furao
- ranhuramento
- polimento
- retfica.
- Aplicadores de cimento ou ade-
sivo lquido para montagem.
- Maaricos.
- Ferramentas de corte por jato
de gua.
- Ferramentas de corte a laser.
Em todos os casos, o sistema
manipulador deve controlar a atua-
o da ferramenta. Por exemplo, em
uma operao de soldagem por arco,
o manipulador deve coordenar a atua-
o da ponta de solda como parte do
seu ciclo de trabalho, no apenas a
posio da ferramenta, como tam-bm sua orientao (determinada
pelos ltimos trs graus de liberda-
de, residentes no punho do
manipulador) para ser apontada nadireo certa. Alm disso, ser ne-
cessrio controlar a trajetria da fer-
ramenta, a fim de acompanhar o con-
torno sobre o qual dever ser efetua-
da a soldagem. Em alguns casos
preciso tambm controlar a fora de
contato entre a ferramenta e a pea,
a fim de evitar danos em qualquer das
duas, nesses casos se faz necess-
ria a utilizao de sensores de fora
no punho do manipulador, onde sus-
tentado o efetuador. O controlador,nessa situao, no somente deve
implementar uma lei de controle da
trajetria a ser descrita pela ferramen-
ta, como tambm da orientao dela
e da fora aplicada.l
Figura 13 - Garra magntica com m permanente e pistes separadores.
Figura 14 - Ponta de solda por arco solidrio ao punho como efetuador.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
18/58
DISPOSITIVOS
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20022 0
OOOOO
SENSOR MAGNTICO OUREED -SWITCH
s sensores magnticos
so compostos por umcontato feito de material
ferro magntico (ferro, n-
quel, etc.) que acionado na pre-
sena de um campo magntico
(m permanente, por exemplo).
Vide figura 1.Seu princpio de funcionamento
simples: quando um m aproxima-se
do sensor, o campo magntico atrai
as chapas de metal, fazendo com que
o contato eltrico se feche. O smbolo
desse sensor pode ser visto na figura2. Esses sensores so muito utiliza-dos para detectar fim-de-curso em sis-
temas automticos.
SENSOR CAPACITIVO
Antes de explorarmos o sensor
capacitivo, vamos relembrar al-
guns conceitos bsicos sobre o
capacitor.
O capacitor um componente ele-
trnico capaz de armazenar cargas
eltricas. Por essa razo, ele opem-se as variaes de tenso, e muito
utilizado como filtro em circuitos ele-
trnicos.
Esse componente composto por
duas placas metlicas isoladas eletri-
camente. O material isolante chama-do dieltrico.
O valor da capacitncia do
capacitor diretamente proporcional
a rea das placas e da constante
dieltrica do material isolante, e inver-
samente proporcional distncia en-tre essas placas. Vide figura 3.
Em corrente contnua, o capacitor
carrega-se de forma exponencial se-gundo uma constante de tempo RC.
Notem pela figura 4 que, no instanteinicial da carga, temos a corrente m-xima e, aps ser totalmente carrega-
do, a corrente cai a zero.
J em corrente alternada, o ca-pacitor comporta-se como um resistor.
O processo de carga e descarga feito
pela corrente alternada atribui uma re-
sistncia eltrica ao componente. Na
verdade, o termo resistncia err-
neo visto que deveria ser impedncia,pois varia com a freqncia.
A impedncia do capacitor para
sinais alternados dada por:
Xc = 1 .
2 f C
Onde
C= valor de capacitor, em F
f = freqncia de sinal, em Hz.
Verifiquem na figura 5.
Sensores
A maior ia dos
elementos pro-vedores de in-
formaes para
os sistemas de
automao in-
dustrial consiste
de sensores. Neste artigo, vamos abordar os principais tipos
utilizados no cho-de-fbrica enfocando, principalmente, as
aplicaes prticas.
Alexandre Capelli
Figura 1 - Estrutura de um sensor magntico(Reed-switch).
Figura 2 - Smbolo do Reed-switch.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
19/58
DISPOSITIVOS
2 1MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
A diferena bsica entre o
capacitor convencional e o sensor
capacit ivo que as placas (no
sensor) so colocadas uma ao ladoda outra (figura 6), e no uma so-
bre a outra (como no capacitor).No sensor capacitivo, portanto, o
dieltrico o ar, cuja constante
igual a 1. Quando algum objeto, que
normalmente possui constante
dieltrica maior do que 1, aproxi-mado do sensor, aumenta sua
capacitncia (figura 7).O circuito de controle, ento, de-
tecta essa variao, e processa a pre-
sena desse objeto. Geralmente, es-
ses sensores so utilizados para
monitorar a presena de corpos nomagnticos.
A simbologia do sensor pode ser
vista na figura 8, e na figura 9 temosalguns exemplos de aplicao.
SENSOR INDUTIVO
Assim como fizemos com o sensor
capacitivo, vamos relembrar alguns
conceitos bsicos do indutor.
Figura 3 - Capacitor e constantes dieltricas.
Figura 4 - Carga de um capacitor em corrente contnua.
Figura 5 - Reatncia capacitiva do capacitorquando ligado em CA.
Figura 6 - Sensor capacitivo (placas dispostaslado a lado. Figura 7 - Dinmica do sensor capacitivo.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
20/58
DISPOSITIVOS
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20022 2
O indutor um componente eletr-
nico composto de um ncleo, o qual envolto por uma bobina. Quando cir-
culamos uma corrente por essa bobi-
na, um campo magntico formado
no ncleo (figura 10).O indutor armazena a energia
gerada pela bobina no seu ncleopor algum tempo. Sendo assim,
quando a corrente da bobina for in-
terrompida, ainda teremos um pou-
co de corrente na carga. Essa cor-
rente devida a contrao das li-
nhas de campo magntico que es-to ao redor do ncleo (figura 11).
Isso significa que o indutor opem-
se s variaes de corrente (assim
como os capacitores s variaes de
tenso).Em corrente alternada, o indutorapresenta determinada impedncia.
Essa impedncia dada por:
XL
= 2 f L
Onde
f = freqncia do sinal, em Hz.L = indutncia, em Henrys
Ora, a indutncia depende do
ncleo do indutor. Conforme pode-
mos ver na figura 12, caso mova-
mos o ncleo do indutor pelo cor-
trabalhando com corrente alternada
(CA), poderemos verificar a variao
de tenso do resistor de acordo com
a distncia da pea.
Normalmente, os sensores comer-ciais possuem um circuito oscilador
internamente. Essa tcnica permitesua utilizao com tenses contnuas
(24 Vcc, por exemplo)Veja a figura 14.A figura 15 ilustra sua simbologia,
e aparncia.Figura 8 - Smbolo do sensor capacitivo.
Figura 9 - Duas aplicaes para sensores capacitivos.
Figura 10 - Campo magntico em um indutor
Figura 11 - Indutor em corrente contnua.
Quando uma pea metlica apro-
ximada do ncleo do indutor, o cam-po magntico passa por ela, e sua
intensidade aumenta.
A figura 13 mostra que, ao ligar-mos esse indutor em um circuito RL
po da bobina, sua impedncia
mudar. Portanto, a corrente so-
bre R tambm.
O sensor indutivo utiliza essa ca-
racterstica como princpio de funcio-namento. Conforme podemos obser-
var, o ncleo do sensor indutivo aber-to, e denomina-se entreferro.
Com o ncleo aberto, o campo
magntico tem que passar pelo ar.
Portanto, sua intensidade menor.
Na figura 16 temos trs exemplosprticos de aplicao na indstria.
SENSOR PTICO
Um sensor ptico formado por
um emissor de luz e um receptor de
luz (figura 17). O emissor de luz pticopode ser um led(diodo emissor de luz)
ou uma lmpada. O receptor um
componente foto-sensvel (fo-
totransistores, fotodiodos, ou LDRs).
Um circuito oscilador gera uma
onda que ser convertida em luz pelo
emissor. Quando um objeto aproxi-
mado do sensor ptico, ele reflete a
luz do emissor para o receptor. Um cir-
cuito eletrnico identifica essa varia-
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
21/58
DISPOSITIVOS
2 3MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
o e emite um sinal ao sistema de
controle.Os sensores pticos so capazes
de detectar vrios tipos de objetos.Os objetos transparentes, entretan-to, no podem ser detectados por
eles.Caso esse sensor funcione porreflexo, objetos totalmente escurostambm no sero detectados.
Existem trs formas de um sensorptico operar:
a) Reflexo:a luz refletida noobjeto e o sensor acionado (figu-ra 18).
b) Barreira: o objeto bloqueia apassagem da luz, e a sada dosensor acionada (figura 19).
c) Emissor-receptor: neste
caso, o emissor e o receptor es-to montados separadamente.Quando o raio de luz interrom-pido pelo objeto, a sada ativa-da (figura 20).
O smbolo desse sensor pode servisto na figura 21, e na figura 22 mostrado um exemplo de aplicao.
Quando trabalhamos em ambien-tes com partculas em suspenso(poeira), devemos tomar cuidado nautilizao dos sensores pticos. Casoele no possa ser substitudo por ou-tro tipo (magntico, capacitivo, etc.)deve-se contemplar um plano de lim-peza peridica das lentes a fim de seevitar um mau funcionamento.
Figura 13 - Alterao do campo magntico do sensor indutivo na aproximao de um corpometlico.
Figura 12 - Mudana da tenso em R em funo
da posio do ncleo.
Figura 14 - Estrutura funcional de um sensor indutivo.Figura 15 - Smbolo do sensor indutivo e
aparncia.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
22/58
DISPOSITIVOS
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20022 4
Figura 16 - Exemplos prticos de aplicao de sensores indutivos.
Figura 18 - Reflexo.
Figura 19 - Barreira.
Figura 20 - Emissor/Receptor.
Figura 21 - Simbolo do sensor ptico.
Figura 22 - Contagem de caixas em uma esteira.
Figura 23 - Exemplo de uma chave fim-de-curso.
Figura 24 - Chave fim-de-curso tipo NF.
CHAVES FIM-DE-CURSO
As chaves fim-de-curso, como o
prprio nome sugere, so aplicadas
para detectar o fim do movimento de
eixos (figura 23).Seu princpio de funcionamen-
to muito simples, e trata-se ape-
nas de uma chave eletromecnicaconvencional. A chave fim-de-cur-
so pode ser normalmente aberta
(NA) ou normalmente fechada
(NF). Vide figura 24.
CONCLUSOAlguns tipos de sensores no fo-
ram contemplados neste artigo (efei-
to Hall, ultrassnicos, etc).
Embora sejam eles para aplica-
es mais especficas, pretendemosabord-los em um futuro prximo.
Aguardem!l
Figura 17 - Sensor ptico.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
23/58
MECATRNICA ATUAL N 3 - ABRIL/2002
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 3 - ABRIL/2002 2 5
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002 2 5
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
MECNICA INDUSTRIAL
25
Douglas Ribeiro dos Santos
prof issional atual notem mais medo de ensi-nar, pois est continua-mente aprendendo e, fun-
damentalmente, ele est aberto aconhecer e atuar em novas reasdo conhecimento.
Trabalhar com automao de pro-cessos confere ao profissional co-nhecimento em diferentes reas da
indstria: veja, por exemplo, que al-gum que trabalha hoje naautomao de fornos de tratamentotrmico, acaba conhecendo as carac-tersticas dos aos para os proces-sos de cementao e tmpera e tam-bm as caractersticas das peasque devem ou podem sofrer essestipos de tratamento, e estuda ossensores termopares, isso sem fa-lar nas vrias outras variveis do pro-cesso. Digamos que a mesma pes-soa que trabalhou na automao de
fornos, agora esteja trabalhando na
automao de uma estao de tra-tamento de gua e, portanto, pas-sando a conhecer os padres esta-belecidos pela Organizao Mundi-al da Sade para aceitao da guapotvel, ou seja, as quantidadesaceitveis de produtos qumicoscomo o cloro, o flor e tambm asquantidades de metais como, porexemplo, o mercrio, e passa a es-
tudar quais sensores atendem essetipo de exigncia do processo.Trabalhar com automao isso!
entrar em vrias reas de conhe-cimento, no economizar aprendi-zado, procurar conhecer novastecnologias, sem desprezar as tc-nicas ou os elementos j consagra-dos pelo uso.
O nosso intuito neste artigo co-mear a falar sobre o Projeto deMquinas partindo de determinadosconceitos, e chegar at alguns Ele-
mentos de Mquinas, pois muitos
querem aplicar os elementos de m-quinas sem ter uma viso geral so-bre o projeto; na verdade alguns atdesprezam esta etapa to importan-te na atividade de construo de m-quinas, equipamentos e dispositivos.
PROJETO DE MQUINAS -PARMETROS BSICOS
Nos dias de hoje tudo est maisacessvel principalmente na rea daeletrnica, e por causa da crescenteprocura por produtos para realizaode prottipos e mesmo produo demquinas dentro do conceito damecatrnica, cresce tambm a pro-cura por produtos e servios na reada mecnica.
Algumas pessoas, por exemplo,procuram servios de usinagem demetais, outras de soldagem, outrasainda de injeo de plsticos ou fa-bricao de produtos plsticos, e haquelas que j pensam na produoem escala, estando procura de es-tamparias, forjarias e indstrias defundio.
No entanto, antes de solicitarum servio (ou produto) precisoconsiderar a funo da pea ou do
elemento de mquina dentro do pro-jeto, e analisar sua operao e ma-nuteno. necessrio estudar, porexemplo, os materiais, pois elesiro influenciar diretamente no pro-cesso de fabricao, tornando-omais caro ou mais econmico, maisfcil ou mais difcil.
Em relao s mquinas preci-so ter em mente alguns parmetrosbsicos como operao, manuten-o, movimentao, segurana,transporte, embalagem e proteo ao
meio ambiente.
interessante analisar as exigncias do mercado e da inds-tria atual e a postura do novo profissional que est sendo forma-do. Antigamente, os profissionais se dedicavam exclusivamentes atividades relativas a sua profisso, hoje o profissional precisa
conhecer a sua rea de atuao, falar mais de uma lngua, co-nhecer as exigncias legais, estar preocupado com o meio ambi-ente, conhecer as ferramentas necessrias para o bom desem-penho de seu servio como, por exemplo, programas deinformtica. Isto uma verdade para todas as reas, com maiorpeso para a Mecatrnica e Automao de Processos.
Atualmente, vivemos uma poca em que profissionais so cha-mados ou contratados para conhecer o processo da empresa,para depois atuar em na elaborao da otimizao do processo,qualificao do processo e, principalmente, na sua automao.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
24/58
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20022 6
MECNICA INDUSTRIAL
Operao: Um bom equipamen-to simples de operar, no ofereceriscos para quem deseja us-lo, no carregado de botes e alavancasou dizeres relativos s aes de fun-cionamento, deve-se preferir a lingua-
gem analgica para transmitir men-sagens de maneira que operador comuma rpida olhada j verifique o queest acontecendo.
Manuteno: de fcil manu-teno, com espaos adequadospara soltar e fixar peas, encaixare desencaixar mdulos, etc. Em al-gumas mquinas percebemos queno foi dada devida ateno para aexecuo da manuteno do equi-pamento, pois muitos elementosso de difcil acesso. Deve-se pre-
ferir usar elementos de fcil aqui-sio no mercado, normalizados,intercambiveis (elementos queatendem a diferentes tipos de equi-pamentos, a partir da utilizao dedispositivos referenciadores, comobases ou sobrebases ou calos).
Hoje possvel disponibilizarmanuais de operao e manutenoatravs de acesso fcil via internet.
Movimentao : Deve possuiralas para possibilitar uma melhor
pega, pode ter rodzios para me-lhor movimentao. Alguns equipa-mentos so muito bons, mas nahora de moviment-los apresentamgrandes dif iculdades, s vezesnem por causa do peso, mas pelotamanho. Se estamos projetandoeletrodomsticos, precisamos noslembrar das dimenses padres,como dos batentes, p direito,etc.,uma vez que se o equipamento de uso industrial devemos pes-quisar as dimenses e capacida-
des das empilhadeiras.Segurana: Quem vai operar?
Qual o perfil do usurio? Sendo brin-quedo ou equipamento para diverso,a segurana depende da idade dousurio, preciso ento pesquisar asnormas para esse tipo de projeto.
A segurana depende da utilida-de do projeto, ou seja, equipamen-to para trabalho ou lazer? Para ope-rar o equipamento ser preciso algumtipo de curso ou mesmo habilitao?Tudo isso depende do projeto ser ouno motorizado, e at automtico.
Transporte: prefervel que sejapossvel ser desmontado ou possuirdispositivos especficos de amarraou iamento, e deve ser pensadoqual veculo possibilita o transporte:carros de passeio, pick-up ou mes-
mo caminho.Embalagens: Quanto mais sim-trico mais fcil de projetar a embala-gem; o formato deve ser tal que re-duza os custos com embalagem.
Proteo ao meio ambiente:No citada na maioria dos livrostradicionais antigos por ser umapreocupao relativamente recen-te, porm as conseqncias paraos que ignoram este parmetrobsico sero altamente sensveisem relao aprovao, cer-
tificao e vendagem do projeto ouproduto.
Quais materiais voc empregacomo matria-prima, tipos de plsti-cos, leos de lubrificao? A emba-lagem do tipo reciclvel? Algunsmateriais no so legais, ao con-trrio, so proibidos como, por exem-plo, o amianto, antes usado nas pas-tilhas de freio de automveis.
PROJETOS DE MQUINAS -
RELAO:FUNO X ECONOMIA
Quando comeamos a pensar emum projeto devemos ter em mente arelao funo versus economia, ouseja, preciso que o elemento ouequipamento execute satisfatoria-mente a funo para a qual foi proje-tado com o menor custo possvel, equando se fala em economia, refere-se economia na concepo dapea, na escolha do material, na es-
colha do processo de fabricao daspeas e processo de montagem.
Por isso, quando necessitamos dealgum elemento de mquina deve-mos pensar em usar elementosnormalizados, padronizados, elemen-tos que por serem muito produzidostm seu custo mais reduzido, sendoelementos de fcil reposio no casode quebra ou manuteno.
Podemos mensurar o custo donosso projeto pelo nmero de pe-as e tambm por indicadores decusto como, por exemplo, rea,
volume, capacidade, velocidade,torque, potncia, etc.
Abordaremos agora alguns fa-tores de projeto que no so bsi-cos, mas de grande importnciapara o sucesso do projeto, fatores
que conferem uma viso mais am-pla sobre as caractersticas dosmateriais e, portanto, auxiliam naelaborao de projetos e mesmo naresoluo de alguns casos de ma-nuteno.
PROJETOS DE MQUINAS -FATORES DE PROTEO
O Fator Resistncia
Uma considerao fundamental
no momento de elaborao do proje-to de mquinas e seus elementos a resistncia, a qual deve ser neces-sariamente maior do que a tensoque solicita a mquina e seus ele-mentos.
Figura 2 - Diagrama tenso x deformao -
Determinao do limite escoamento.
Figura 1 - Diagrama tenso x deformao.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
25/58
MECATRNICA ATUAL N 3 - ABRIL/2002
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 3 - ABRIL/2002 2 7
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002 2 7
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
MECNICA INDUSTRIAL
27
Resistncia uma proprieda-de inerente pea devido ao seumaterial, tratamento trmico a elaaplicado e ao processo de fabri-cao utilizado para a sua produ-o.
Falar sobre resistncia dos ele-mentos de mquina exige a apre-sentao de alguns conceitos epropriedades mecnicas, comodureza e ductilidade.
Atravs da realizao de en-saios normalizados em corpos deprova com dimenses padroniza-das possvel verificar os valo-res de resistncia trao e com-presso de diversos materiais, osresultados desses testes com osvalores de tenso so encontra-
dos em tabelas de fcil acesso eem livros e tambm apresentadospelos fabricantes de materiaispara a indstria atravs de cat-logos.
O grfico denominado de dia-grama de tenso x deformaonos d a idia do que acontececom o corpo de prova durante arealizao do ensaio de trao, nomomento do ensaio durante aaplicao das tenses.
Antes do ensaio de trao co-mear so anotados o compri-mento e rea originais do corpode prova. O corpo de prova en-to tracionado lentamente e, aomesmo tempo, se observa a car-ga aplicada e a deformao pro-duzida, e no final do ensaio osresultados so representadosatravs do grfico diagrama detenso x deformao.(Ver figura1 Diagrama Tenso x Deforma-o).
O ponto A, na figura1, deno-mina-se limite de proporciona-lidade. Este o ponto a partir doqual o Diagrama Tenso x Defor-mao comea a se desviar dalinha reta que apresentava desdesua origem. O ponto B chama-selimite elstico, e sendo a cargaretirada antes deste ponto, no seobservar deformao permanen-te no corpo de prova. Entre A eB, o diagrama j no uma linhareta, no entanto, o corpo de provaainda est em regime elstico.
Sendo assim, a le i de Hooke(=Kx) que estabelece que a ten-so proporcional deformao s valida at o limite de propor-cionalidade.
Alguns materiais durante o tes-
te de trao a partir de um deter-minado ponto apresentam um au-mento muito rpido da deformaosem um aumento correspondenteda tenso, este o ponto C da fi-gura 1, conhecido como limite deescoamento. Como nem todos osmateriais apresentam o mesmo tipode curva quando submetidos ao en-saio de trao, muitas vezes o pon-to C no um ponto de fcil deter-minao. Define-se ento para es-ses materiais o limite de escoamen-tocomo sendo o ponto onde o va-lor de tenso corresponde a umadeterminada deformao perma-nente. Aps o alvio da tenso, estadeformao permanente normal-mente fixada entre 0,2 a 0,5% docomprimento inicial. Obtm-se gra-ficamente este limite de escoamen-to atravs da marcao do valorpr-fixado de deformao (0,2 a0,5%) no eixo das deformaes(eixo horizontal) traando-se, por
esse ponto, uma reta paralela tan-gente curva que passa pela ori-gem. O ponto de interseco des-sa reta com a curva Tenso x De-formao determina o ponto corres-pondente ao limite de escoamen-to, veja figura 2.
O limite de resistnciaou resis-tncia trao a maior tensoalcanada durante o ensaio, esteponto est representado na figura
3. Alguns materiais apresentamuma diminuio da tenso depoisde atingir o limite de resistncia,mas tambm verdade que outrosmateriais como os aos de alta re-sistncia e o ferro fundido sofrem
ruptura na parte ascendente dodiagrama. possvel tambm determinar
a resistncia a toro de um ma-terial, aplicando-se sobre corposde prova cilndricos determinadastores e registrar os torques apli-cados e os ngulos de toro cor-respondentes, em seguida obtm-se o Diagrama Torque x ngulo de
Figura 5 - Diagrama tenso x deformao - (a) Material frgil - (b) Matria dtil.
Figura 4 - Diagrama torque x ngulo detoro.
Figura 3 - Diagrama tenso x deformao -Teste de trao de material dctil.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
26/58
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20022 8
MECNICA INDUSTRIAL
Toro, de acordo com a figura 4,onde : Tp = Tenso Limite deProporcionalidade, Te = Tenso deEscoamentoe Tr = Tenso de Rup-tura.
A partir destes conhecimentos
bsicos possvel esclarecer osconceitos de dureza e ductilidade.Pode-se ter dois materiais com amesma resistncia e dureza, noentanto um deles devido proprie-dade chamada ductilidade tem me-lhor capacidade de absorver sobre-cargas. A figura 5 apresenta a di-ferena entre dois materiais quepossuem aproximadamente a mes-ma dureza e resistncia. Em (a)nota-se atravs do Diagrama Ten-so x Deformao de um material
frgil, uma pequena deformaoplstica, j em (b) observa-se queo material apresenta capacidade desuportar uma deformao plsticarelativamente grande antes de fra-turar-se.
A ductil idade medida peloalongamento percentual que ocor-re no material por ocasio da fratu-ra. A l inha divisr ia entreductilidade e fragilidade o alon-gamento de 5%. Diz-se que um
material com menos de 5% de alon-gamento na fratura frgil, enquan-to um que tenha mais de 5% dctil, mede-se normalmente oalongamento de um material comrelao a um comprimento de 50mm.
A caracterstica de um materialdctil de permitir a absoro degrandes sobrecargas um fator desegurana a mais no projeto. Aductilidade tambm importante noque diz respeito ao trabalho de con-
formao por processo deestampagem, onde geralmente omaterial trabalhado a frio.
A dureza normalmente impor-tante quando precisamos de mate-riais para resistir ao uso, erosoou deformao plstica.
Os testes de dureza mais co-nhecidos so Shore, Rockwell,Brinell, Vickers e Knoop. A maiorparte dos sistemas de testes dedureza, exceto o Shore, aplica umacarga-padro. Esta carga aplica-da a uma esfera ou pirmide que Figura 6 - Tabela de converso de durezas.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
27/58
MECATRNICA ATUAL N 3 - ABRIL/2002
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 3 - ABRIL/2002 2 9
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002 2 9
MECNICA INDUSTRIAL
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/2002
MECNICA INDUSTRIAL
29
colocada em contato com o mate-rial a ser testado. A dureza do ma-terial expressa em funo do ta-manho da massa criada pelo tes-te. A dureza fcil de se medir, jque o teste pode ser aplicado dire-
tamente sobre a pea, pois o tes-te no destrutivo.A figura 6 apre-senta uma correspondncia entreos diferentes sistemas de dureza,e nos d uma idia de grandeza,entretanto, estes valores so ape-nas orientativos, pois as corres-pondncias entre os diferentesensaios so aproximadas.
O fator corroso
Para quem trabalha na elabora-
o e construo de mquinas, indispensvel a questo da prote-o anticorrosiva. preciso ternoes das reatividades entremateriais metlicos, conhecer ostipos de corroso, pois pelo sim-ples toque da mo o ferro comeaa se oxidar por causa do cidorico.
A corroso qumica decorrn-cia de reaes com o oxignio pelasimples exposio dos metais
como ar (atmosfera), gua, solu-es aquosas, cidos ou bases, oumesmo outros materiais ativos qui-micamente. Da teremos um pro-cesso de oxidao, que pode serconsideravelmente acelerado atra-vs da temperatura, atravs doscantos vivos nas peas, darugosidade superficial e das impu-rezas no material.
A corroso eletroqumica de-corrente da formao de paresgalvnicos, ou seja, quando dois
metais com diferentes potenciaisso colocados juntos, imersos emum lquido eletrlito, que pode atser gua que se condensou entreos metais, acontece a corroso dometal menos nobre como, porexemplo, o Zinco(-0,76) em relaoao Cobre(+0.34). A figura 7 apre-senta uma tabela de potenciaisinicos de alguns metais.
H vrias maneiras para evitara corroso, desde a adio de ele-mentos ao ao quando da sua fa-bricao, o que requer uma maior
especializao para adquirir estetipo de material, at um revesti-mento por verniz, uma fosfa-tizao, galvanizao ou oxidao.
Revestimentos metlicos, comocromagem e niquelagem, so bons
para evitar corroso, todavia, redu-zem o limite de resistncia fadi-ga da pea. necessrio, portan-to, estudar os tipos de tratamentoe revestimento para uma aplicaoadequada. A seguir, abordaremosum pouco mais sobre os revesti-mentos e tratamentos superficiais.
O fator desgaste
O desgaste dos elementos demquina inevitvel, no entanto,
devemos minimizar o desgastepodendo fazer isso atravs da as-sociao adequada de materiaispor meio de uma melhor definiodo acabamento superficial e tam-bm atravs de seleo corretade lubrificantes para os elemen-tos que funcionam em condiesde deslizamento ou rolamento. possvel apl icartratamento trmicoem alguns elemen-
tos ou apenas nassuperfcies de con-tato.
Podemos tam-bm compensar odesgaste (e mesmoa corroso) apl i-cando revestimen-tos e tratamentossuperficiais conhe-cidos na indstriacomo servios darea de tecnologia
de superfcies. Den-
tro desta cincia podemos desta-car as camadas eletrodepositadas(atravs da galvanoplastia) paraproteo contra desgaste. Algunsmetais muito aplicados e bastanteconhecidos so o cromo, o nquel
e o cobre. Para se ter uma idia, aespessura da camada de cromoduro normalmente aplicada estentre 0,025 e 0,3 milmetros e con-fere dureza superficial da ordem de900 HV (Dureza Vickers), consultea tabela comparativa de durezaspara ter idia de correspondncias.A dureza pode ser verificada atra-vs de ensaios de microdureza(Knnop ou Vickers); outros ensai-os de verificao de dureza j ci-tados aqui no devem ser aplica-
dos para verificar a dureza destascamadas eletrodepositadas em vir-tude das elevadas cargas envolvi-das no ensaio.
A cobreao empregada na in-dstria txtil em rolos cobreados naparte de estamparia de tecidos, etambm na indstria grfica nos ro-los para rotogravura; a niquelao
Figura 7 - Potenciais inicos dos metais.
Figura 8 - Revestimento em carcaa de bomba.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
28/58
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20023 0
MECNICA INDUSTRIAL
eletroltica tem aplicao nas in-dstrias qumicas e alimentcias,graas ao seu alto nvel de resis-tncia a vrios meios agressivos.
Outra tcnica muito empregada a metalizao por asperso tr-
mica. um processo que permiteaplicar camadas de metais e ma-teriais cermicos sobre superfci-es preparadas previamente. Os pro-cessos para metalizao por as-perso trmica podem ser por cha-ma, arco eltrico ou plasma.
Dentre os vrios tipos de revesti-mentos possveis contra abraso ecorroso, vale a pena citar os reves-timentos denominados revestimen-tos orgnicos. So basicamente de-psitos constitudos por compostos
o r g n i c o s , t i n t a s , b o r r a c h a s ,polmeros e massas plsticas. A fi-gura 8 mostra o revestimento emCarcaa de Bomba, que um exem-plo de revestimento contra a abraso.
O fator rudo
A reduo de rudo nos novos pro-jetos tem sido uma exigncia cadavez mais acentuada, tanto por partedas empresas e reas de segurana
do trabalho como por parte do con-sumidor final. s vezes, o rudo baixo, mas por ser constante traz umdesgaste e aumenta o cansao aousurio ou operador do equipamen-to. Assim, por exemplo, no caso detransmisses por meio deengrenamentos deve-se preferir co-roa-parafuso-sem-fim e engre-namentos cnicos descentrados aengrenamentos cilndricos. As en-grenagens de dentes retos gerammuito mais rudo do que as engre-
nagens helicoidais (Vide figura 9).Na caixa de cmbio dos autom-veis, por exemplo, comum engre-nagens de dentes inclinados nasmarchas normais (aquelas que seusa mais freqentemente), mas namarcha r aplica-se engrenagensde dentes retos, por isso o uso damarcha a r apresenta aquele ru-do caracterstico, j pensou se to-das as engrenagens fossem dedentes retos? Hoje j temos car-ros com engrenagens helicoidaistambm para a marcha a r.
A reduo de rudo tambmpode ser obtida atravs da seleode materiais que absorvem ouamortecem os rudos, tais como aborracha e o ferro fundido, se com-parado com o ao.
O fator vibrao
Assim como o rudo, a vibraotem sido cada vez mais indesejada,pelo fato de trazer conseqnciasdanosas ao equipamento. lgicoque aqui se exclui os equipamen-tos onde a vibrao um fator cal-culado e, sem ele, o equipamentono cumpriria sua funo como, porexemplo, num alimentador de pe-as (onde atravs da vibrao), um
conjunto de peas encaminhadopara um canal ou funil, e por meiode um sistema, a pea alimenta-da num dispositivo de montagem,o mesmo ocorrendo em peneirasvibratrias, compactadores, mis-turadores de concreto e descar-regadores de silos.
A vibrao a que nos referi-mos aquela no calculada, nodesejada, aquela oriunda det ransmisses que ut i l izamos
com bastante normalidade e que,de repente, est l causando fol-gas nos sistemas de fixao, des-gaste prematuro de elementos demquina, fadiga das estruturas,perdas de energia, gastos commanuteno e, conseqentemen-te, aumento nos custos da pro-duo, isso sem falar no ambientede trabalho, que se torna inadequa-do. O que fazer diante de um fatorextremamente importante no mo-mento do projeto, modernizao ou
atualizao de uma mquina?Na verdade, tudo vibra com uma
certa freqncia e intensidade, oque precisamos ter ateno aosnveis de vibrao e saber quaisso as principais fontes de vibra-o. Dentre as diversas causas, po-demos citar o desequilbrio de mas-sas girantes (mais conhecido comodesbalanceamento),desal inha-mento de eixos, correias, estrutu-ras soltas ou sem elementos, amor-tecedores, folgas acima do reco-mendado, mancais com problema
ou sem lubrificao, campo mag-ntico desequilibrado, algo queocorre em motores eltricos, sis-temas de transporte e sistemas debombeamento ou escoamento defluido entre outros.
Existem maneiras de reduzir oumesmo controlar os nveis de vi-brao, tanto na concepo do pro-
jeto, quanto na instalao adequa-da das peas durante a montagem.Podemos citar trs maneiras prin-cipais de controlar este fenmeno,so elas:
1) Eliminao das fontes devibrao, ou seja, preciso reali-zar um perfeito balanceamento deconjuntos girantes, alinhamentoadequado entre eixos, eliminaode apoios mancos, aperto ade-quado de parafusos, e at a insta-lao de amortecedores de cho-
ques ou vibrao, muito utilizadosem mquinas operatrizes.
2) Isolamento das par tes:aqui significa prever no projeto acolocao de um acoplamento ousistema de transmisso elsticoou amortecedor de maneira a re-duzir a transmisso da vibraoentre as partes. A figura 10 ilus-tra como podemos realizar umbom isolamento de vibrao en-t re as par tes, pois ent re os
acoplamentos temos um materi-
Figura 9 - Engrenagens, A - Dentes retos,B - Helicoidal.
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
29/58
8/2/2019 Revista Mecatronica Atual - Edicao 004
30/58
MECATRNICA ATUAL N 4 - JUNHO/20023 6
AUTOMAO
CLPCLPCLPCLPCLPPaulo Cesar de Carvalhoadder significa escada
em ingls. O nome ladderfoi dado em funo da
listagem do programa pa-
recer uma escada. A idia original da
linguagem ladder era propiciar uma
ferramenta de programao que fos-
se facilmente aprendida por usuriosque conhecessem comandos eltri-
cos, afinal os programadores de CLPs
precisavam lidar com uma ferramenta
que fosse parecida com os comandos
eltricos que eles estavam acostuma-
dos a projetar. Existem outras lingua-gens de programao como, por
exemplo, o STEP5 e Lista de Instru-es. Neste artigo, vamos tratar da
linguagem ladder que ainda
a mais utilizada para a programao
de CLPs.
A maioria dos programadores de
CLPs atuais so softwares que o
usurio instala em um computador
de mesa ou laptope, atravs de uma
porta serial ou placa colocada no
slot do computador, realiza a co-
municao com o CLP.
Na ilustrao desta pgina, voc
v um computador com o software j
instalado e configurado para operar
como programador de CLP . Atravs
do cabo serial so feitas todas as co-
municaes com o CLP.
Para os CLPs que dispem derecurso de
programao
off-lineno
n e c e s s r i o
que o pro-
g r a m a d o r
esteja co-
nectado a
eles para
desenvol-
ver o
so f tware ,
porm a conexo fundamentalpara ler/enviar o programa, duran-
te a colocao em funcionamento
do software e para as atividades
de manuteno.
Para cada marca de CLP existe
um programador especfico e o
usurio vai perceber aps programar
alguns deles que a idia bsica da
linguagem ladder a mesma em to-
dos, mas, o nome e sintaxe das ins-
trues variam em cada marca de
forma que ele dever consultar osmanuais de programao toda vez
que tiver que programar uma marca
diferente, porm uma vez aprendi-
dos os conceitos, o usurio ser
capaz de programar qualquer mar-
ca. Este artigo pretende enfocar os
conceitos que servem para a maio-
ria dos equipamentos do mercado.
Antes de iniciar a programao
de um CLP, a primeira coisa a fazer
entender alguns conceitos referen-
tes linguagem ladder:
DECLARAO DOEQUIPAMENTO A SER
PROGRAMADO
Normalmente, um software pro-
gramador pode ser utilizado para v-
rios tipos diferentes de CPU de um
m
Recommended